Certamen Quiz Macchina Pratica: 12 Passi (con Immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Il Certamen quiz a squadre della Junior Classical League prevede quiz su argomenti greco/romani. I singoli concorrenti premono i pulsanti del cicalino quando hanno una risposta. La macchina tiene traccia dell'ordine in cui sono stati premuti i pulsanti, soggetta alla regola di blocco della squadra che una volta che un giocatore di una squadra preme un pulsante, le altre pressioni di quella squadra non contano. La macchina che abbiamo costruito era per tre squadre di quattro giocatori ciascuna. Inoltre, in modo che altri gruppi scolastici possano utilizzare la macchina come una macchina per quiz standard, esiste un'opzione per ignorare le squadre e tenere traccia dell'ordine dei pulsanti.

Il team di Certamen della scuola aveva bisogno di una macchina su cui esercitarsi, ma la macchina ufficiale costa $ 545 per il sistema autonomo (una variante che si collega a un computer costa $ 435), il che era irrealizzabile dal punto di vista del budget. Inoltre ovviamente troppo caro!

E così ne ho progettato uno molto più economico, basato su un Arduino Mega. Non è approvato per i tornei ufficiali, ma va bene per gli allenamenti.

Uno dei problemi di progettazione che ho tenuto a mente era che avevamo bisogno di cavi moderatamente lunghi e dovevamo avere un filtraggio del segnale per evitare falsi positivi dovuti al rumore elettrico dei dispositivi vicini. Ho finito per utilizzare il cavo CAT-6, con i segnali di ciascun pulsante che passavano su un doppino intrecciato. Abbiamo testato il rumore elettrico con un oscilloscopio e un temperamatite elettrico alimentato a corrente alternata in esecuzione su una pila disordinata di cavi e abbiamo scoperto che un condensatore da 100 nF dovrebbe essere sufficiente per il filtraggio.

Parti necessarie (prezzi di ottobre 2017):

• 3 segmenti di cavo CAT-6, ciascuno lungo 26,5 piedi, con una spina RJ-45 maschio su ciascuno (un cavo da 70 piedi, $ 16 su Amazon, da tagliare a metà, più un cavo da 30 piedi, $ 9 su Amazon)
• Arduino 2560 rev.3 o clone con cavo USB ($ 8 su Aliexpress)
• pezzo di stripboard 94 mm x 53 mm ($ 3,29 per confezione da tre su ebay)
• resistori, uno di ciascuno: 2.2K, 1K, 100R (se non li hai a portata di mano, puoi acquistare un set di resistori vari da 600 pezzi su Aliexpress per $ 2,30)
• 12 condensatori, 100nF, ceramici o monolitici (100 pezzi per $ 0,81 su Aliexpress)
• transistor, 2N3904 (10 pezzi per $ 0,74 su Aliexpress)
• 3 prese RJ45 (10 pezzi per $ 0,89 su Aliexpress)
• 3 schede breakout RJ45 ($ 0,55 ciascuna su Aliexpress)
• Modulo LCD 1602 blu ($ 1,75 su Aliexpress); se usi un colore diverso, potresti aver bisogno di un valore di resistenza diverso dal 2.2K che sto usando
• set di 65 cavi jumper maschio per breadboard ($ 1,09 su Aliexpress; o creane uno tuo)
• set di 40 maglioni dupont maschio-femmina da 15 cm ($ 1,39 su Aliexpress)
• interruttore a levetta ($ 0,43 su Aliexpress) per cambiare modalità

• 13 pulsanti, idealmente in modo tale che ogni squadra di quattro persone possa ottenere lo stesso colore, e c'è un quarto colore per il pulsante di cancellazione:

  • abbiamo usato pulsanti arcade da 30 mm (20 pezzi per $ 10 su Aliexpress)
  • questi pulsanti tattili cliccabili avrebbero potuto essere migliori, ma avrebbero richiesto un design diverso del pulsante (ne parlerò nelle istruzioni) (acquista tre set da 10 pezzi, per un totale di $ 1,20 in Aliexpress)
• 52 piedini in silicone appiccicoso ($ 1,14 per 100 pezzi su Aliexpress)
• assortimento di guaine termorestringenti (meno di $ 2 su Aliexpress)
• 64 viti, viti n. 4, viti da 3/8 "(circa $ 3,50 per 100 nel negozio di ferramenta locale, ne occorrono solo 16 se si utilizza il design clicker manuale alternativo)
• 24 fascette per cavi piccole (stile zip) (circa $ 4 a Lowes)

Subtotale: circa $ 68 più tasse applicabili.

E poi devi pensare alle custodie per i pulsanti e la scatola di controllo. Ho progettato e stampato in 3D il nostro, utilizzando circa $ 10 di filamento. Se non hai accesso a una stampante 3D, puoi stampare i miei progetti con un servizio commerciale (o forse a un costo ragionevole farmi stampare e spedire?), o semplicemente utilizzare una scatola di progetto standard o solo un alimento di plastica contenitore: per la scatola principale e un design del pulsante alternativo. Puoi vedere in anteprima i disegni qui.

Le nostre scatole di pulsanti clicker stampate in 3D siedono bene su una scrivania, a differenza di quelle ufficiali Certamen portatili, quindi è dubbio che la Junior Classical League le approverebbe per la competizione ufficiale, ma la nostra macchina era pensata per fare pratica.

Se preferisci una versione clicker portatile più standard (ancora non approvata ufficialmente, ma puoi provare a chiedere l'approvazione dal JCL se vuoi usarli per i tornei piuttosto che solo per la pratica scolastica), descriverò anche un design alternativo, che in realtà non ho costruito, ma dovrebbe essere semplice. Un vantaggio di questo design è che non ha bisogno della stampa 3D (anche se hai ancora bisogno di una sorta di custodia per la scatola principale). Richiede circa sei piedi di tubo in PVC da 80 1/2 , resina epossidica e colla a caldo e riduce il costo del progetto di circa $ 6.

Passaggio 1: scatola di controllo: introduzione

La scatola di controllo conterrà Arduino Mega, una stripboard con prese RJ-45, condensatori di filtraggio e varie altre connessioni, un pulsante CLEAR e un interruttore MODE. Le connessioni sul lato Arduino utilizzeranno i ponticelli, quindi possono essere facilmente modificate.

Suppongo che tu stia realizzando una versione a tre squadre, con tre prese RJ-45. Con un po' di attenzione, potrebbe essere possibile inserire quattro prese RJ-45 e le modifiche al firmware saranno lievi. Se vuoi una versione a due squadre, salta solo una delle prese.

Passaggio 2: scatola di controllo: prese RJ-45

Saldare le prese RJ-45 alle schede breakout.

Saldare le schede breakout ai bordi della stripboard. Se stai usando il design della mia scatola di controllo stampata in 3D, dovresti saldarli nelle stesse posizioni della foto.

Passaggio 3: scatola di controllo: condensatori e connessioni

Lo stripboard ora necessita di una serie di ulteriori connessioni. Dovrai fare riferimento allo schema (per ingrandire ulteriormente, questa versione-p.webp

Gran parte della saldatura comporta la saldatura di ponticelli sulla scheda. È possibile utilizzare un cavo 22AWG a nucleo solido o ponticelli prefabbricati. Se usi maglioni preconfezionati, a volte sarai in grado di tagliarne uno lungo a metà e utilizzare entrambe le metà separatamente. Assicurati sempre che i tuoi jumper siano abbastanza lunghi da raggiungere dove devono andare. Se non diversamente specificato, "jumper" significa "jumper maschio-maschio".

Puoi semplicemente seguire lo schema e ignorare i seguenti suggerimenti, ma potresti trovarne alcuni utili.

1. Riservare una striscia centrale della stripboard per la messa a terra e saldare un ponticello (idealmente, nero) che va a uno dei pin GND di Arduino.

2. Ogni presa RJ-45 serve una squadra e ha otto connettori che vanno in coppie (twisted) ai quattro pulsanti. Metti un condensatore da 100nF tra 1 e 2, 3 e 6 (!), 4 e 5 (!) e 7 e 8. Collega 2, 4, 6 e 8 a terra. Collega 1, 3, 5 e 7 ai cavi dei ponticelli, la cui altra estremità andrà ai pin digitali di Arduino. Idealmente, usa cavi di collegamento dello stesso colore per ogni squadra, così sarà più facile tenerne traccia.

3. Saldare il semplice circuito a transistor che serve l'altoparlante nello schema. I pin del transistor nello schema sono disposti da sinistra a destra con il lato piatto rivolto verso di te: il sinistro dovrebbe essere collegato a un ponticello che andrà a uno dei pin di massa di Arduino, il cavo centrale a un resistore da 1K la cui altra estremità va a un ponticello al pin digitale 9 di Arduino e il pin destro va a un resistore da 100 ohm la cui altra estremità va a un filo a una delle connessioni degli altoparlanti. L'altra connessione dell'altoparlante dovrebbe andare a un ponticello che si collegherà a uno dei pin Arduino 5V.

4. Cablare l'interruttore a levetta. Puoi semplicemente saldare un filo da uno dei contatti dell'interruttore a levetta della modalità alla striscia di terra e saldare un ponticello maschio da un altro contatto per collegarlo eventualmente all'Arduino.

5. Il pulsante trasparente è più complicato se usi i pulsanti arcade da 30 mm, poiché dovrà essere agganciato al case dall'esterno e non vuoi occuparti del caso a questo punto. Consiglio di prendere un ponticello con un'estremità femmina, tagliarlo vicino all'estremità femmina e saldare l'altra estremità al bottone. Quindi salda un ponticello maschio alla striscia di terra dello stripboard e alla fine puoi collegare quel ponticello al pulsante. Inoltre, saldare un ponticello maschio all'altro connettore sul pulsante; questo alla fine si collegherà ad Arduino.

Nota: ho messo un resistore da 150 ohm in serie con un condensatore da 100 nF sia sull'interruttore a levetta che sul pulsante di cancellazione, ma francamente è probabilmente eccessivo, quindi non l'ho incluso nello schema e probabilmente non devi preoccupartene. (Il firmware esegue comunque tutto il necessario antirimbalzo nel software.)

Passaggio 4: scatola di controllo: LCD

Il display LCD "1602" a due righe probabilmente viene fornito con un'intestazione maschio che devi saldare ad esso. Una volta che hai l'intestazione maschio, collega semplicemente i 16 ponticelli da femmina a maschio.

Si noti che nello schema del circuito, ci sono quattro pin sull'LCD che vanno a massa, uno dei quali attraverso un resistore da 2,2K. Per conservare i preziosi pin GND di Arduino, tagliare le estremità maschio da tre dei ponticelli femmina-femmina, in particolare, incluso quello V0 che riceve il resistore. Saldare un'estremità del resistore al ponticello V0. Quindi unire l'altra estremità del resistore e i restanti tre ponticelli in modo tale che convergano tutti a una spina maschio che può andare a un pin GND di Arduino.

Ricordati di coprire eventualmente tutte le cose esposte con nastro isolante o termoretraibile.

Ma nota: potrebbe essere necessario cambiare la resistenza da 2,2 K nel passaggio successivo se il contrasto del display non è buono, quindi forse non fare ancora il termoretraibile.

Inoltre, ci sono due pin sull'LCD che vanno a 5V: uniscili allo stesso modo. Potresti voler controllare che il connettore LED+ si colleghi a un resistore sull'LCD (lo ha fatto sulla scheda che ho preso). In caso contrario, aggiungi un resistore da 220 ohm.

Quindi collegare le estremità maschio all'Arduino come nello schema elettrico.

Passaggio 5: casella di controllo: caricamento del firmware e test

Assicurati di avere installato l'IDE Arduino. Scarica il mio software da qui. Puoi semplicemente scaricare il file zip e inserire il suo contenuto nella directory Arduino.

All'interno del file zip, troverai un altro file zip, chiamato ModNewLiquidCrystal.zip. Questo è un po' difficile da affrontare. È una libreria altamente ottimizzata per gestire l'LCD 1602, e migliorerà la precisione di temporizzazione del dispositivo Certamen. Elimina la libreria LiquidCrystal Arduino predefinita. (Su Windows, è in C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries.) Quindi estrai il contenuto di ModNewLiquidCrystal.zip nella cartella delle librerie utente di Arduino.

Collega Arduino al computer, imposta Strumenti | Consiglio | Arduino Mega … 2560, Strumenti | Processore | ATmega2560 e strumenti | Porta sulla porta seriale del tuo Arduino (si spera che ci sia solo lì). Quindi caricare con il pulsante freccia destra.

Se tutto va bene, il display LCD mostrerà un messaggio Certamen e andrà a una schermata che dice solo "Certamen". In caso contrario, qualcosa non va nelle connessioni LCD. Se il contrasto è scarso, potresti sostituire il resistore da 2,2 K con qualcos'altro. Oppure usa un potenziometro da 10K, come qui.

Scollega l'Arduino e collega i ponticelli stripboard, clear e mode all'Arduino come da schema.

Accendi di nuovo Arduino e ora puoi testarlo ancora un po'. Ci sono due modalità: modalità Certamen e modalità Quiz. Ti capovolgi tra loro con l'interruttore. In modalità Certamen, la pressione di un pulsante blocca la squadra. Nella modalità Quiz, non c'è il blocco della squadra. La modalità Quiz è utile anche per verificare che tutte le connessioni funzionino. Poiché i pulsanti non sono ancora stati collegati, per i test è sufficiente utilizzare un cacciavite per unire i contatti sulle prese RJ45.

Passaggio 6: Casella di controllo: Fine

La tua scatola del progetto deve essere in grado di avere fori per pulsante trasparente, interruttore modalità, porta USB, porte RJ-45 e schermo LCD. Potrebbe essere una buona idea avere delle aperture per l'oratore, ma puoi sperimentare. Puoi capirlo o usare la scatola stampabile in 3D.

Se usi un pulsante arcade da 30 mm come pulsante di cancellazione e il pulsante di attivazione/disattivazione della modalità ha le stesse dimensioni del mio, puoi semplicemente stampare i file STL.

Ma se vuoi cambiare le cose, dovrai scaricare OpenSCAD e modificare il file mainbox.scad. OpenSCAD può intimidire, ma se hai solo bisogno di apportare piccole modifiche, sarà facile:

• Se non si utilizza un pulsante arcade da 30 mm come pulsante di cancellazione, è possibile creare un foro circolare più semplice modificando use30MMArcadeButton su false e quindi regolando i parametri clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength e clearButtonOuterDiameter a proprio piacimento.
• Per ridimensionare il foro di commutazione della modalità, regolare modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Se hai un altoparlante di dimensioni diverse, ci sono vari parametri di speakerXXX.

Per vedere gli effetti, fare clic sul pulsante di anteprima ">>". Nella parte superiore del file, c'è un "mode =" che ti consente di selezionare se stai rendendo il TOP, il BOTTOM o alcune RONDELLE che potrebbero essere utili per adattare le cose. Una volta soddisfatto, fai clic sul pulsante cubo con clessidra per eseguire il rendering, quindi sul pulsante STL per creare un file STL stampabile.

Una volta che la scatola è pronta, monta l'Arduino, la stripboard e l'LCD con le viti n. Per alcuni dei fori inferiori le viti potrebbero essere un po' troppo lunghe e sporgere. Puoi semplicemente limare le estremità delle viti o usarne di più corte. Infilare l'altoparlante nelle guide vicino alla griglia dell'altoparlante e montare l'interruttore di modalità e i pulsanti.

Passaggio 7: preparare i cavi

La configurazione che ho scelto prevedeva che ciascun cavo uscisse dalla scatola di controllo per circa 14,5 piedi fino alla prima scatola clicker, quindi il cavo passava attraverso la scatola clicker a quella successiva, e così via fino all'ultima scatola clicker. Volevo circa 3,5-4 piedi tra le scatole dei clicker.

Ogni clicker box si collega a una coppia di cavi a doppino intrecciato:

• arancione / arancione-bianco: pulsante 1 (vicino all'estremità, più vicino alla spina)
• verde/verde-bianco: tasto 2
• blu / blu-bianco: pulsante 3
• marrone / marrone-bianco: pulsante 4 (estremo)

Dovrai connetterti ai doppini intrecciati giusti dal cavo nei punti giusti.

Misura dove vuoi che vadano i clicker box, con l'ultimo che va a circa tre pollici dall'estremità del cavo (l'estremità opposta alla spina RJ-45) e spella con cura circa mezzo pollice dell'isolamento esterno da il cavo in ciascuno di questi quattro punti.

Quindi, spoglia le punte della coppia marrone / marrone-bianco nel punto 4 del pulsante.

Passare all'area spogliata del pulsante 3. Tagliare la coppia blu/blu-bianco sul lato opposto dell'area spogliata da 1/2" (cioè il lato lontano dalla spina), lasciando 1/2" di coppia sul. Spellare le estremità della coppia blu/blu-bianco e saldare i fili di giunzione (ad esempio, i ponticelli rimanenti) sul lato vicino (spina) dei fili, circa 3 pollici per l'uso con i clicker sulla scrivania e 6 pollici per il quelli in mano. Copri bene le giunture con il termoretraibile.

Ripetere con il pulsante 2 e verde/verde-bianco.

Ripetere con il pulsante 1 e arancione/arancio-bianco.

Ora hai un cavo con quattro coppie di fili che sporgono in vari punti. Ripetere per gli altri due cavi.

Ho avuto una procedura molto più complicata in cui ho saltato le giunzioni e ho tirato fuori i fili dall'estremità del cavo. In tal modo, ho occasionalmente danneggiato i fili e consiglio invece la procedura di cui sopra.

Passaggio 8: Opzione A: pulsanti Arcade da 30 mm e Clicker Box stampati in 3D

Se scegli i clicker da 30 mm sulla scrivania che ho fatto, ora dovrai stampare tutte le 12 scatole clicker. Sono nella pagina github del progetto, sia in formato stl che in un file OpenSCAD che è stato utilizzato per generarli. Le caselle dei pulsanti sono etichettate per squadra e giocatore (squadre: A, B e C; giocatori: 1, 2, 3 e 4), quindi sono tutte diverse. Inoltre, la scatola del lettore 4 va all'estremità del cavo, quindi ha solo uno slot per cavi invece di due. Ci sono anche basi per le scatole dei pulsanti. Le basi per i giocatori 1-3 sono tutte uguali, ma la base per i giocatori 4 è diversa. Per risparmiare la plastica, ho realizzato le basi in compensato da 1/4 invece con una sega a tazza (e poi gli accessori forati).

Tirare i fili che vanno a ciascun pulsante verso l'alto attraverso la parte inferiore della scatola dei pulsanti e saldare al pulsante. Assicurati che tutti i giunti siano coperti con nastro isolante o termoretraibile. Inserisci il cavo nei fori nella parte inferiore della scatola dei pulsanti (o in un foro se è il pulsante 4) e fissa le fascette all'interno per evitare che il cavo si sfili. Fissare le basi con le viti e mettere i piedini in silicone.

Passaggio 9: Opzione B: Clicker portatili

Tagliare un tubo in PVC schedula 80 da 1/2 in segmenti da cinque pollici per le maniglie dei clicker.

Limare una fessura per il cavo su entrambi i lati del fondo dei pezzi di tubo, tranne nel caso del pulsante 4 che necessita di una sola fessura.

File la parte superiore interna del pezzo di tubo in modo da poter ottenere un adattamento a frizione del pulsante sulla parte superiore.

Tirare i fili attraverso il tubo e saldare al pulsante. Epossidica il pulsante nel punto in cui ha la frizione. Inserisci il cavo attraverso gli slot che hai archiviato in basso. Metti le fascette all'interno del tubo sul cavo per evitare che si sfili. Quindi sigillare il fondo del tubo, con resina epossidica o con colla a caldo.

Consiglio di mettere un po' di sigillante per scarpe o silicone all'esterno del cavo dove fuoriesce dal tubo come serracavo.

Passaggio 10: utilizzare

Prima dell'uso, testare tutti i pulsanti. Imposta l'interruttore di modalità su "Quiz" e chiedi a tutti i giocatori di premere un pulsante. Dovresti avere tutti e 12 i pulsanti visualizzati sullo schermo. Quindi passa a "Certamen" e otterrai la funzione di blocco della squadra. Per cancellare lo schermo, premere il pulsante Cancella.

Le dimensioni dei miei cavi sono state progettate in modo che i pulsanti potessero essere su banchi separati in un'aula.

Passaggio 11: note tecniche

In caso di parità, il software effettua una scelta casuale.

La precisione temporale per determinare chi è il primo giocatore a premere un pulsante non è inferiore a 50 microsecondi (testato con l'oscilloscopio).

Nelle rare occasioni peggiori, la precisione temporale per distinguere il secondo dalla terza pressione sarà di circa 2 millisecondi. Questo accade solo se tutte e tre le pressioni avvengono entro 2 millisecondi l'una dall'altra ed è dovuto al fatto che il processore è impegnato ad aggiornare lo schermo dopo la prima pressione. Per ridurre al minimo questa fonte di errore di temporizzazione, l'LCD ha una connessione parallela a 8 bit (normalmente le persone collegano 1602 LCD usando meno pin su Arduino) e ho incluso una libreria LiquidCrystal ottimizzata per farne uso (la maggior parte delle ottimizzazioni non sono mio, ma ho aggiunto l'ottimizzazione parallela a 8 bit).

Passaggio 12: uova di Pasqua

Se tieni premuto il pulsante di cancellazione mentre il dispositivo si avvia, ottieni uno dei due easter egg, a seconda dello stato dell'interruttore di modalità: un pianoforte azionato dai pulsanti clicker o una poesia latina sullo schermo. Per uscire, capovolgere l'interruttore di modalità.

Secondo classificato al Concorso Insegnanti 2017