Caixa de fuga para quarentena (o tédio): 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este projeto tem sido meu Projeto Arduino Quarentena pessoal. Trabalhei nisso de forma constante durante as primeiras semanas em quarentena, mas depois tive alguns problemas ao usar servo motores que não consegui resolver facilmente, então deixei de lado por algumas semanas. Mas agora com nosso estado começando a se abrir novamente, eu decidi: Chega de procrastinar; é hora de terminar isso!

Sou programador de computador e consultor de banco de dados durante o dia, mas tenho fascínio por salas de escape e quebra-cabeças. Embora eu não tenha interesse em construir projetos do Arduino que atendam às necessidades que já foram tratadas comercialmente (por que eu construiria uma luz noturna com sensor de luz quando posso comprar uma por alguns dólares na loja?), Quando decidi construir a minha própria sala de fuga criada localmente para amigos no final do ano passado, aprender a usar um Arduino em quebra-cabeças personalizados de sala de fuga de repente tornou-se algo que me interessou. Dito isso, não sou um engenheiro elétrico e estou aprendendo a soldar e usar componentes elétricos corretamente muitas vezes tem sido um desafio! Graças a Deus pela abundância de exemplos e documentação do Arduino na Internet!

Então, cerca de uma semana antes de a Carolina do Sul ser fechada. Eu estava vasculhando os corredores em minha loja Goodwill local, e me deparei com um objeto de caixa de madeira com prateleiras e uma porta e alguns ganchos. Não ficou claro para mim para que a caixa foi projetada, mas pensei que com um Arduino nela, poderia ser um bom suporte na sala de fuga caseira que eu estava planejando para alguns amigos em um futuro próximo. Depois que cheguei em casa, no entanto, finalmente reconheci o que era: uma estação de carregamento / correio / chave grande demais. Uma semana depois daquela viagem de compras, disseram-nos para "ficar em casa", e dei outra olhada na caixa. Achei que talvez pudesse se tornar mais do que eu pensava originalmente. Pensei que com todos os lados e compartimentos separados, talvez pudesse ser transformado em uma caixa de quebra-cabeça de várias etapas que pudesse ser compartilhada com amigos ou crianças durante a quarentena em vez de uma sala de fuga real de contato próximo. Como a caixa em si é basicamente aglomerado com um acabamento bonito, eu queria projetar algo que exigisse alterações mínimas na caixa para que não precisasse de retoques ou pintura para cobrir buracos ou arranhões. Portanto, eu precisava que meus quebra-cabeças funcionassem com a arquitetura existente das laterais da caixa. Eu também queria criar quebra-cabeças suficientes para sentir que todos os lados da caixa estavam envolvidos em pelo menos um quebra-cabeça. Então, olhei para ele por alguns dias e pensei … Em cada seção abaixo, compartilharei minhas idéias iniciais, planos e soluções finais para os vários lados da caixa. A última seção resumirá o início ao fim da sequência de reprodução e fornecerá meu código do Arduino. No final das contas, consegui inserir 8 quebra-cabeças distintos na caixa, o que achei um número decente para uma caixa menor.

Esperançosamente, se esse é o tipo de coisa em que você está interessado, minhas anotações e fotos podem lhe dar algumas idéias para projetar o seu próprio.

Suprimentos

Vários componentes do Arduino, incluindo:

Placa ELEGOO MEGA 2560 R3 (Arduino Mega off-brand)

Trava solonóide de 6 volts

2 ou 3 sensores Hall sem travamento

3 lâmpadas LED UV de 10 mm

2 lasers vermelhos

Luzes String LED VISDOLL WS2801 Pixel (endereçáveis individualmente)

3 interruptores de botão de pressão (interruptores à prova d'água de 12/17 mm sem trava)

HiLetgo mp3 Player Mini (DFPlayer)

Alto-falante barato

6 fotoresistores / resistores dependentes de luz 5mm

Módulo de Relé Tolako 5 Volt

Sensor de peso de célula de carga digital AuBreey 5Kg

Carregador Anker PowerCore (para alimentar luzes e arduino)

Bateria de 9 volts (para alimentar o solonóide)

Fio (conforme necessário)

Adaptadores (conforme necessário)

Jumper Wires (conforme necessário)

Placas PCB (conforme necessário)

Vários resistores (conforme necessário)

Outros suprimentos:

Pequenas fechaduras de combinação

Bolsas com zíper pequenas (que podem ser travadas com fechaduras acima)

Filme plástico de cores ou tonalidades diferentes

Espelhos pequenos do tipo dentista, telescópicos e giratórios

Arruelas e porcas

Caneta UV (tinta invisível)

Pequeno símbolo ou personagem usado para segurar o ímã (usei um recipiente de protetor labial vazio em forma de raposa)

Fio

Ímãs de terras raras

Papel

Sucata de Tecido

Sobras de madeira

Etapa 1: o lado dos ganchos da caixa

Minha caixa continha um lado com dois ganchos. Eu poderia tê-los removido completamente, mas, como mencionei, a caixa em si era de aglomerado e eu estava tentando mantê-la o mais livre de cicatrizes possível. Então, para que serviriam os ganchos laterais? A resposta óbvia era pendurar algo deles. Mas como pendurar algo neles pode ser transformado em um quebra-cabeça? Eu decidi que poderia ser algum tipo de quebra-cabeça de peso. Originalmente, planejei anexar cada gancho a uma balança individual, mas depois de investigar os sensores de peso e deformação, percebi que provavelmente não tinha espaço para dois sensores na caixa e apenas usar um tornaria a programação e o trabalho elétrico muito mais simples. Portanto, embora eu soubesse que apenas um dos ganchos estaria realmente funcionando, não queria que o próprio jogador percebesse isso. Planejei fazer vários itens de vários pesos. O jogador teria que usar alguma lógica ou suposição para descobrir como dividir esses itens igualmente entre os dois ganchos. Teria sido bom ter pequenos caracteres ou itens de metal bonitos, mas pesados, em colares, mas optei por um caminho barato e me contentei com várias arruelas e porcas em barbante. Cada laço de fio de hardware é marcado com um peso em gramas. O jogador deve dividir o hardware em dois conjuntos pares e pendurar cada conjunto em um gancho separado para resolver o quebra-cabeça. O sensor de peso que usei é um sensor de peso de célula de carga HX711 de 5 kg. Sua faixa de peso provavelmente é muito grande para o trabalho, mas funciona bem o suficiente quando calibrado. Levei um bom tempo para descobrir como colocar o sensor de peso na caixa para que um gancho pudesse puxar o sensor e registrar o peso. Finalmente eu vim com a configuração retratada. O lado estático do sensor é conectado a um bloco que é aparafusado dentro da caixa. O outro lado do sensor tem um bloco menor preso em sua parte superior no qual o gancho do lado de fora da caixa é aparafusado (por todo o lado da caixa). Para isso, foi necessário usar um parafuso mais longo e tornar o orifício no qual o gancho foi inicialmente aparafusado com força por fora muito maior, de modo que o parafuso do gancho ceda um pouco, de modo que a tensão nele possa ser detectada pelo sensor de peso.

Visto de fora, o gancho parece normal, mas ele se move o suficiente para colocar alguma pressão no sensor de peso interno e fornecer uma leitura precisa (quando calibrado).

Etapa 2: o lado alto do bolso de correspondência da caixa

Para a lateral da caixa que contém um bolso alto para correspondência, tive uma série de ideias. Finalmente decidi que queria usar lasers em algum lugar da caixa, e foi aqui que eles foram finalmente colocados. Como o compartimento alto é inserido, fui capaz de adicionar dois lasers na parte superior e dois fotorresistores no lado esquerdo. O jogador deve determinar que ele precisa encontrar uma maneira (com espelhos) para direcionar um laser em cada sensor simultaneamente. Além de apenas dar aos jogadores dois espelhos de mão, eu queria que os jogadores pudessem encontrar uma maneira de posicionar os espelhos individualmente que não exigisse o uso de ambas as mãos para segurar os espelhos. Eu pensei sobre o que poderia funcionar para fazer isso por um longo tempo. Finalmente, percebi que os espelhos dentais giratórios poderiam fazer o que eu queria. Eu pensei que se seus eixos pudessem ser mantidos estáticos, suas funções de telescópio e rotação poderiam ser usadas para direcionar os feixes de laser para o sensor de forma independente.

Furei um pedaço de madeira com uma broca pouco acima do diâmetro do eixo do espelho em um pedaço de madeira que coloquei no fundo do bolso lateral. Assim, os espelhos são apoiados na vertical enquanto o jogador ajusta suas cabeças para apontar os lasers.

Os pequenos espelhos telescópicos também têm a vantagem de serem curtos o suficiente para caber horizontalmente abaixo do topo do bolso, então não é imediatamente evidente que há espelhos nas laterais.

Etapa 3: o lado frontal da caixa com prateleiras

A frente da caixa tinha duas prateleiras inclinadas. Eu sabia que queria usar as duas prateleiras para quebra-cabeças diferentes.

Decidi que um quebra-cabeça usaria uma luz negra para iluminar a tinta UV invisível, e o outro usaria vários sensores de luz (fotoresistores) em uma fileira. Depois de experimentar uma única lâmpada ultravioleta que saía da ponta de uma caneta de tinta invisível, achei seu feixe de luz insatisfatório. Em vez disso, encomendei lâmpadas maiores (10 mm) e usei três delas para iluminar a prateleira superior na qual havia desenhado um desenho de quebra-cabeça de tangram tradicional em tinta UV. Liguei cada luz individualmente a um pino de saída do Arduino com um resistor de 100K (a fiação em série exigiria mais do que os 5 volts que fornecia ao meu Arduino). Desconhecido para o jogador, um sensor Hall (que detecta a presença de um ímã forte) é conectado a um resistor e colado a quente em um ponto específico atrás do painel traseiro. Quando as luzes negras estão acesas, o jogador deve usar peças de tangram de madeira que lhe foram fornecidas para completar o desenho do tangram. A peça quadrada do tangram tem um ímã de terras raras embutido e quando é colocado no local certo (no topo), o quebra-cabeça está concluído. No final das contas, fiquei satisfeito com o resultado desse quebra-cabeça. Para a prateleira inferior, tive a ideia de criar um quebra-cabeça que obrigasse o jogador a ler algumas pistas e, a partir delas, colocar quatro personagens na ordem correta da esquerda para a direita. Achei que poderia criar personagens (recortados com meu Silhouette Cameo) que tivessem janelas de filme transparente de vários tons.

Não sabendo muito sobre fotoresistores, pensei que se os personagens fossem colocados na ordem correta, seus filmes afetariam de forma confiável as leituras de luz em cada um dos sensores de luz. Encontrei vários filmes plásticos de cores diferentes e testei-os para determinar quais eram as quatro cores de filme mais distintas entre si. Mas essa ideia funcionou melhor na teoria do que na realidade.

Em última análise, os sensores de luz não são tão confiáveis, e descobri que a menor diferença nos ângulos instalados também afetou muito a leitura que cada sensor deu, mesmo que a luz brilhando em todos eles fosse exatamente a mesma. Dito isso, eu estava determinado a fazer este trabalho e encontrei uma maneira de ordenar os personagens e seus filmes sobre os sensores que 1) nunca permitiriam que o quebra-cabeça fosse resolvido por acidente e 2) poderia ser resolvido de forma confiável em uma sala com luz suficiente o tempo todo. Esses sensores de luz são conectados exatamente da mesma forma que os sensores usados com os lasers no lado da correspondência alta (com um resistor dividindo a perna não positiva em um pino negativo e de entrada). Há muita documentação sobre como conectar essas coisas por aí.

Porque eu não sabia quanta luz estaria ao redor quando os jogadores tentassem este quebra-cabeça, em vez de verificar valores específicos ou diferenças entre as medições, eu apenas verifico para ter certeza de que meu filme mais leve teve uma leitura mais alta do que o próximo filme mais leve, e que o filme teve uma leitura mais alta do que o próximo e assim por diante.

Minhas dicas de pedidos, com referências da Covid-19 para diversão, são mostradas. Outra coisa que inicialmente esperava fazer com esta caixa era ter alguns compartimentos escondidos acima das prateleiras que abririam automaticamente quando um jogador resolvesse um quebra-cabeça para fornecer a ele suprimentos para o próximo quebra-cabeça. Há uma quantidade significativa de espaço acima de cada prateleira para fazer isso. Então, instalei dois painéis de dobradiças e fiz alguns experimentos na tentativa de usar pequenos servo motores para empurrar os painéis, mas não sou engenheiro mecânico e simplesmente não conseguia fazer funcionar bem. Deixei o projeto de lado por algumas semanas em frustração.

Depois de algumas semanas, decidi que para encerrar esse projeto, era melhor descartar a ideia de mover portas. Para resolver o problema de fornecimento de suprimentos para o jogador, eu vim com uma solução muito simples descrita na etapa The Top of the Box abaixo.

Etapa 4: A parte superior da caixa

A parte superior da caixa possui uma tampa que se abre. Originalmente, planejei travar a tampa e só fazer a tampa destravar e abrir quando algum quebra-cabeça fosse concluído com sucesso. Mas depois que minha ideia de compartimentos secretos de abertura automática se mostrou muito difícil para eu implementar em um período de tempo razoável, percebi que precisava de uma solução mais simples. Decidi manter o topo desbloqueado e apenas usá-lo para armazenar os “suprimentos” que o jogador ganharia ao completar cada quebra-cabeça. Mas como eu poderia limitar os jogadores apenas aos suprimentos que deveriam receber quando concluíssem cada quebra-cabeça? Minha resposta simples era ter pequenas bolsas com cadeados. Cada vez que um jogador resolve um quebra-cabeça que tem uma recompensa, a combinação da fechadura correspondente é anunciada e o jogador pode testar as fechaduras para descobrir qual bolsa ele pode abrir.

Esta foi uma solução fácil e simplificou muito a mecânica da caixa sem comprometer muito a diversão de resolver quebra-cabeças. E me permitiu finalmente terminar a caixa! No final das contas, a parte superior da caixa também acabou armazenando uma boa quantidade de componentes elétricos das luzes, botões e lasers.

Etapa 5: o lado da porta traseira da caixa

Sempre pensei que a porta dos fundos da caixa conteria o “prêmio” por resolver todos os quebra-cabeças da caixa. No entanto, descobrimos que há tantos fios, carregadores e outros componentes elétricos lá que não há muito espaço para mais nada. Para o quebra-cabeça deste lado, inicialmente pensei que gostaria de ter uma grade de compensado que se encaixasse na parte de trás da porta, através da qual um token com um ímã em sua base faria o seu caminho em torno de um labirinto, mas não tinha como de cortar uma grade de madeira, e decidi que um labirinto em um pedaço de papel ou tecido poderia funcionar tão bem, mesmo que não fosse tão bonito. No final, eu nem fiz um labirinto de verdade. Acabei de fazer um caminho simples usando vinil para passar a ferro em um pedaço de tecido de linho. O tecido é preso à porta com ímãs (embutidos na parte de trás da porta). O jogador move seu token (contendo um ímã na base) do "início" ao "fim" e, no processo, aciona um sensor hall para completar o quebra-cabeça com sucesso e destravar a fechadura solenóide na porta. (Para tornar um pouco mais difícil "trapacear" [ou ir diretamente para o final], eu adicionaria um segundo sensor de corredor em algum lugar da rota, mas como o caminho é tão simples, parecia um exagero.) Meu "token" é apenas um recipiente antigo de protetor labial que encaixa um ímã de terra rara em sua base.

O solenóide é alimentado por uma bateria de 9 volts e conectado ao Arduino por meio de um relé de 5 volts.

Embora o quebra-cabeça seja simples, espero que o desafio para alguns jogadores seja que não seja imediatamente evidente o que deve ser feito com o tecido, token e ímãs quando encontrados na sacola de suprimentos.

Etapa 6: Luzes, botões e sons

Eu sabia que queria que a caixa do quebra-cabeça tivesse luzes e sons. Também pensei que, se tivesse botões, teria muito mais flexibilidade com os quebra-cabeças que poderia criar. Decidi adicionar botões e luzes ao redor da parte superior da caixa para mantê-la o mais organizada possível. Fiz 4 furos de cada lado. As luzes usadas são 9 LEDs multicoloridos endereçáveis individualmente em uma única string. Eles exigem bateria adicional de fora do Arduino, mas são fáceis de programar. Este foi meu primeiro experimento com botões Arduino. Os botões também exigiam resistores conectados a eles. Há muita documentação sobre botões por aí. O som era fornecido por um reprodutor de mp3 DFPlayer conectado a uma única caixa de som barata que tirei de uma caixa de som barata. Tive alguns problemas ao fazer referência aos arquivos por nomes ou até números (consulte o código), mas no final das contas não foi muito difícil descobrir como fazê-lo funcionar. Com três luzes e 1 botão em cada um dos três lados (esquerdo, direito e frontal), tentei ter ideias para quebra-cabeças. Finalmente decidi por um quebra-cabeça de cores, um quebra-cabeça de luz piscando e um quebra-cabeça de história de escuta. Para o quebra-cabeça de cores, as duas luzes externas de cada lado são definidas com cores primárias. A luz interna está inicialmente desligada. O jogador pressiona o botão para ligar e mudar a cor da luz para a cor secundária correta. Por exemplo, se os dois externos são Vermelho e Azul, a luz interna precisa ser configurada para Roxo. Para o quebra-cabeça piscando, as duas luzes externas de cada lado da caixa piscam o número de tempo correspondente à sua posição. Da esquerda para a direita, 1, 3, 4, 6, 7, 9. A luz do meio em cada lado deve ser sincronizada com sua posição pressionando o botão esse número de vezes. Em última análise, o quebra-cabeça é vencido pela luz na posição 1 piscando uma vez, luz na posição 2 piscando duas vezes, até a luz na posição 9 piscando 9 vezes. Para o quebra-cabeça de escuta, uma história gravada é lida. A história contém as palavras ESQUERDA e DIREITA várias vezes. Os botões esquerdo e direito devem ser pressionados na mesma ordem da história para completar o quebra-cabeça. Além disso, as luzes e o som são usados para denotar que o jogador completou com sucesso certos quebra-cabeças, para dar ao jogador as combinações para as sacolas de suprimentos e para que ele saiba que resolveu a caixa inteira.

Etapa 7: a sequência de reprodução e o código

A caixa de jogo é sequencial. Os 8 quebra-cabeças devem ser resolvidos em ordem. E embora haja inúmeras possibilidades para ordenar os quebra-cabeças, terminei com isto: A caixa do quebra-cabeça é inicializada pelo jogador (ou guia da caixa, também conhecido como eu) pressionando os botões esquerdo e direito simultaneamente. As luzes coloridas do quebra-cabeça são iluminadas e o jogador deve determinar que ele precisa definir as luzes centrais em cada um dos 3 lados com a cor secundária correta (laranja, verde, roxo).

Depois de definir as cores corretamente, os lasers sobre o bolso de correspondência são ligados e o jogador deve encontrar os espelhos invisíveis e usá-los para direcionar os feixes de laser para os sensores de laser.

Em seguida, o quebra-cabeça das luzes piscando começa. O jogador pressiona o botão para que a luz do meio em cada lado pisque o número correto de vezes e, ao concluir, 1) um número é lido para a combinação de uma das sacolas de suprimentos e 2) as luzes UV são acesas.

O primeiro saco contém as peças de tangram de madeira. O jogador vê o contorno iluminado por ultravioleta do quebra-cabeça tangram e completa a forma com as peças de madeira. Quando a peça de cima é colocada, o quebra-cabeça é resolvido e uma mensagem é reproduzida basicamente dizendo ao jogador para apertar o botão frontal para continuar.

Quando o jogador aperta o botão frontal, o quebra-cabeça começa a história ESQUERDA-DIREITA. Ele pode repetir a história pressionando o botão frontal novamente. Eventualmente, ele percebe que precisa apertar o botão esquerdo ou direito toda vez que a história diz uma das instruções.

Quando ele completou a sequência do botão ESQUERDO-DIREITO corretamente, outra mensagem é anunciada com a combinação de outra sacola de suprimentos. Desta vez, o saco contém os laços de fio com peso. Os números nos loops dão ao jogador dicas de que ele precisa dividi-los em pilhas iguais. Quando o mesmo peso é colocado em cada gancho (na verdade, é apenas o gancho certo que mede), outra combinação é anunciada.

Desta vez, a sacola de suprimentos contém os personagens com filme colorido e as pistas para instruir o jogador como ordenar os personagens. O jogador os coloca na ordem correta e, finalmente, o anúncio é feito para a última combinação de sacola de suprimentos.

A última bolsa contém o tecido de linho com linha de início> fim, 5 pequenos ímãs e um token com um ímã escondido na base. O jogador move o token do início ao fim e a porta traseira é finalmente destrancada e luzes e sons anunciam que o jogador é o grande vencedor.

Com tantos sensores de entrada e saídas, eu precisava de mais pinos do que o Arduino Uno ou o Nano poderiam fornecer. Ultimate eu usei um Mega off-brand. Usei uma combinação de 1) soldagem direta aos sensores e fios positivos e negativos e 2) pinos de jumper inseridos diretamente no Mega. Eu particularmente não gostei da sensação dos pinos dos jumpers no Mega (meio soltos), então usei um pouco de cola quente para dar um pouco mais de apoio. E por enquanto funciona, e estou ansioso para ter mais pessoas jogando!

Avise-me se tiver alguma dúvida específica sobre suprimentos ou métodos que usei para preencher esta caixa e farei o possível para responder.

Se você gosta da ideia de usar um Arduino para criar quebra-cabeças do tipo Escape Room, recomendo assinar a Playful Technology no YouTube. O anfitrião, Alastair, é meu herói Arduino!

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