Máquina para praticar o questionário Certamen: 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

A competição por equipes de questionários Certamen da Liga Clássica Júnior envolve perguntas de questionários sobre assuntos gregos / romanos. Os competidores individuais pressionam os botões da campainha quando têm uma resposta. A máquina mantém registro da ordem em que os botões foram pressionados, sujeito à regra de bloqueio de equipe que, uma vez que um jogador em uma equipe pressiona um botão, os outros toques daquela equipe não contam. A máquina que construímos era para três equipes de quatro jogadores cada. Além disso, para que outros grupos escolares possam usar a máquina como uma máquina de teste padrão, existe a opção de desconsiderar as equipes e apenas acompanhar a ordem dos botões.

A equipe da escola Certamen precisava de uma máquina para praticar, mas a máquina oficial custa US $ 545 para o sistema autônomo (uma variante que se conecta a um computador custa US $ 435), o que era financeiramente inviável. Além disso, obviamente caro!

E então projetei um muito mais barato, baseado em um Arduino Mega. Não é aprovado para torneios oficiais, mas é bom para praticar.

Um dos problemas de design que mantive em mente foi que precisávamos de cabos moderadamente longos e tínhamos que ter filtragem de sinal para evitar falsos positivos devido ao ruído elétrico de dispositivos próximos. Acabei usando o cabo CAT-6, com cada sinal de botão passando por um par trançado. Testamos o ruído elétrico com um osciloscópio e um apontador elétrico alimentado por CA em cima de uma pilha bagunçada de cabos e descobrimos que um capacitor de 100nF deve ser suficiente para a filtragem.

Peças necessárias (preços de outubro de 2017):

• 3 segmentos de cabo CAT-6, cada um de 26,5 pés de comprimento, com um plugue RJ-45 macho em cada (um cabo de 70 pés, $ 16 na Amazon, para cortar pela metade, mais um cabo de 30 pés, $ 9 na Amazon)
• Arduino 2560 rev.3 ou clone com cabo USB (US $ 8 no Aliexpress)
• pedaço de stripboard de 94 mm x 53 mm (US $ 3,29 para pacote de três no ebay)
• resistores, um de cada: 2,2K, 1K, 100R (se você não os tiver em mãos, você pode comprar um conjunto de resistores diversos de 600 peças no Aliexpress por $ 2,30)
• 12 capacitores, 100nF, cerâmicos ou monolíticos (100 peças por US $ 0,81 no Aliexpress)
• transistor, 2N3904 (10 peças por $ 0,74 no Aliexpress)
• 3 soquetes RJ45 (10 peças por $ 0,89 no Aliexpress)
• 3 placas de breakout RJ45 ($ 0,55 cada no Aliexpress)
• Módulo LCD 1602 azul (US $ 1,75 no Aliexpress); se você usar uma cor diferente, pode precisar de um valor de resistor diferente dos 2,2K que estou usando
• conjunto de 65 cabos jumper de placa de ensaio (US $ 1,09 no Aliexpress; ou faça o seu próprio)
• conjunto de 40 jumpers duplo masculino-feminino de 15 cm ($ 1,39 no Aliexpress)
• interruptor de alternância ($ 0,43 no Aliexpress) para alterar o modo

• 13 botões de pressão, idealmente de modo que cada equipe de quatro possa obter a mesma cor, e há uma quarta cor para o botão limpar:

  • usamos botões de arcade de 30 mm (20 peças por US $ 10 no Aliexpress)
  • esses botões táteis clicáveis podem ter sido melhores, mas exigiriam um design de botão diferente (irei discuti-lo nas instruções) (compre três conjuntos de 10 peças, por um total de $ 1,20 no Aliexpress)
• 52 pés de silicone pegajosos (US $ 1,14 por 100 peças no Aliexpress)
• variedade de tubos termorretráteis (abaixo de $ 2 no Aliexpress)
• 64 parafusos, # 4, parafusos de 3/8 "(cerca de US $ 3,50 por 100 na loja de ferragens local; você só precisa de 16 se for com o design alternativo de clicker portátil)
• 24 abraçadeiras pequenas (estilo zip) (cerca de US $ 4 na Lowes)

Subtotal: cerca de US $ 68 mais impostos aplicáveis.

E então você precisa pensar em casos para os botões e a caixa de controle. Eu projetei e imprimi o nosso em 3D, usando cerca de US $ 10 de filamento. Se você não tiver acesso a uma impressora 3D, você pode imprimir meus projetos com um serviço comercial (ou talvez por uma taxa razoável, mande-me imprimir e enviar?), Ou apenas usar uma caixa de projeto padrão - ou apenas um alimento de plástico recipiente - para a caixa principal e um design de botão alternativo. Você pode visualizar os designs aqui.

Nossas caixas de botões clicker impressas em 3D assentam bem em uma mesa, ao contrário das portáteis oficiais Certamen, então é duvidoso se a Junior Classical League as aprovaria para competição oficial, mas nossa máquina foi feita para ser prática.

Se você preferir uma versão do clicker portátil mais padrão (ainda não aprovado oficialmente, mas você pode tentar obter a aprovação do JCL se quiser usá-los para torneios em vez de apenas prática escolar), também descreverei um design alternativo, que eu realmente não construí, mas deve ser simples. Uma vantagem desse design é que ele não precisa de impressão 3D (embora você ainda precise de algum tipo de case para a caixa principal). Requer cerca de seis pés de tubo de PVC de 80 1/2 , epóxi e cola quente, e reduz o custo do projeto em cerca de US $ 6.

Etapa 1: Caixa de Controle: Introdução

A caixa de controle conterá o Arduino Mega, um stripboard com soquetes RJ-45, capacitores de filtragem e várias outras conexões, um botão CLEAR e uma chave seletora MODE. As conexões no lado do Arduino usarão jumpers, portanto, podem ser facilmente alteradas.

Presumo que você esteja fazendo uma versão de três equipes, com três soquetes RJ-45. Com algum cuidado, pode ser possível encaixar quatro soquetes RJ-45 e as modificações no firmware serão pequenas. Se você quiser uma versão para duas equipes, basta pular um dos soquetes.

Etapa 2: Caixa de controle: soquetes RJ-45

Solde os soquetes RJ-45 nas placas de breakout.

Solde as placas de breakout nas bordas do stripboard. Se você estiver usando o design da minha caixa de controle impressa em 3D, deve soldá-la nos mesmos locais da foto.

Etapa 3: Caixa de controle: capacitores e conexões

O stripboard agora precisa de várias conexões adicionais. Você vai querer consultar o esquema (para ampliar ainda mais, esta versão-p.webp

Grande parte da soldagem envolve a soldagem de jumpers na placa. Você pode usar fio 22AWG de núcleo sólido ou jumpers pré-fabricados. Se você usar jumpers pré-fabricados, às vezes poderá cortar um longo ao meio e usar as duas metades separadamente. Sempre certifique-se de que seus jumpers sejam longos o suficiente para chegar onde precisam ir. A menos que eu mencione o contrário, "saltador" significa "saltador macho-macho".

Você pode simplesmente seguir o esquema e ignorar as dicas a seguir, mas algumas delas podem ser úteis.

1. Reserve uma faixa central do stripboard para aterramento e solde um jumper (de preferência, preto) que vai para um dos pinos GND do Arduino.

2. Cada soquete RJ-45 serve a uma equipe e tem oito conectores que vão em pares (trançados) para os quatro botões. Coloque um capacitor de 100nF entre 1 e 2, 3 e 6 (!), 4 e 5 (!) E 7 e 8. Conecte 2, 4, 6 e 8 ao aterramento. Conecte 1, 3, 5 e 7 aos fios de jumper, cuja outra extremidade irá para os pinos digitais do Arduino. O ideal é usar fios de jumper da mesma cor para cada equipe, assim será mais fácil de controlar.

3. Solda no circuito de transistor simples servindo ao alto-falante no esquema. Os pinos do transistor no esquema são dispostos da esquerda para a direita com o lado plano voltado para você: o fio esquerdo deve ser conectado a um fio de jumper que irá para um dos pinos de aterramento do Arduino, o fio do meio para um resistor de 1K cuja outra extremidade vai para um jumper para o pino 9 digital do Arduino, e o pino direito vai para um resistor de 100 ohms cuja outra extremidade vai para um fio para uma das conexões do alto-falante. A outra conexão de alto-falante deve ir para um jumper que se conectará a um dos pinos do Arduino 5V.

4. Ligue a chave seletora. Você pode simplesmente soldar um fio de um dos contatos da chave seletora de modo à faixa de aterramento e soldar um jumper macho de outro contato para eventualmente conectar ao Arduino.

5. O botão transparente é mais complicado se você usar os botões de arcade de 30 mm, pois ele terá que ser encaixado na caixa por fora, e você não quer lidar com a caixa neste momento. Eu recomendo pegar um jumper com ponta feminina, cortando perto da ponta feminina e soldando a outra ponta no botão. Em seguida, solde um jumper macho à tira de aterramento da placa de strip, e você pode eventualmente anexar esse jumper ao botão. Além disso, solde um jumper macho no outro conector do botão; isso eventualmente se conectará ao Arduino.

Nota: Eu coloquei um resistor de 150 ohm em série com um capacitor de 100nF tanto na chave seletora quanto no botão de limpar, mas francamente isso é provavelmente um exagero, então eu não o incluí no esquema e você provavelmente não precisa se preocupar com isso. (O firmware faz todo o debouncing necessário no software de qualquer maneira.)

Etapa 4: Caixa de controle: LCD

O LCD "1602" de duas linhas provavelmente vem com um conector macho que você precisa soldar nele. Assim que tiver o cabeçalho masculino, basta conectar os 16 jumpers feminino para masculino nele.

Observe que no diagrama de circuito, existem quatro pinos no LCD que vão para o aterramento, um deles através de um resistor de 2.2K. Para conservar os preciosos pinos GND do Arduino, corte as pontas macho de três jumpers fêmea-fêmea, especialmente, incluindo o V0 que recebe o resistor. Solde uma extremidade do resistor ao jumper V0. Em seguida, junte a outra extremidade do resistor e os três jumpers restantes de forma que todos eles convergam para um plugue macho que pode ir para um pino GND do Arduino.

Lembre-se de, eventualmente, cobrir todas as coisas expostas com fita isolante ou termorretrátil.

Mas observe: o resistor de 2.2K pode precisar ser alterado na próxima etapa se o contraste da tela não for bom, então talvez não faça o encolhimento por calor ainda.

Além disso, existem dois pinos no LCD que vão para 5V: mescle-os da mesma forma. Você pode querer verificar se o conector LED + se conecta a um resistor no LCD (fez na placa que comprei). Caso contrário, adicione um resistor de 220 ohm.

Em seguida, conecte as extremidades macho no Arduino como no diagrama de circuito.

Etapa 5: Caixa de controle: upload de firmware e teste

Certifique-se de ter o IDE do Arduino instalado. Baixe meu software aqui. Você pode simplesmente baixar o arquivo zip e colocar seu conteúdo no diretório do Arduino.

Dentro do arquivo zip, você encontrará outro arquivo zip, denominado ModNewLiquidCrystal.zip. Isso é um pouco complicado de lidar. É uma biblioteca altamente otimizada para lidar com o LCD 1602 e irá melhorar a precisão do tempo do dispositivo Certamen. Exclua a biblioteca LiquidCrystal Arduino padrão. (No Windows, está em C: / Arquivos de programas (x86) Arduino / libraries.) Em seguida, extraia o conteúdo de ModNewLiquidCrystal.zip para a pasta de bibliotecas do usuário do Arduino.

Conecte o Arduino ao computador, defina Ferramentas | Board | Arduino Mega… 2560, Ferramentas | Processor | ATmega2560 e Ferramentas | Faça a porta para a porta serial do seu Arduino (espero que só haja lá). Em seguida, faça upload com o botão de seta para a direita.

Se tudo estiver bem, o LCD mostrará uma mensagem Certamen e irá para uma tela que diz apenas "Certamen". Caso contrário, algo está errado com as conexões do LCD. Se o contraste estiver ruim, você pode trocar o resistor de 2.2K por outro. Ou use um potenciômetro de 10K, como aqui.

Desligue o Arduino e conecte o stripboard, clear e jumpers de modo ao Arduino de acordo com o esquema.

Ligue o Arduino novamente e agora você pode testá-lo mais um pouco. Existem dois modos: modo Certamen e modo Quiz. Você alterna entre eles com o botão de alternância. No modo Certamen, um toque de botão bloqueia a equipe. No modo Quiz, não há bloqueio de equipe. O modo de teste também é útil para verificar se todas as conexões funcionam. Como você ainda não tem os botões engatados, para fazer o teste basta usar uma chave de fenda para unir os contatos nos soquetes RJ45.

Etapa 6: Caixa de Controle: Concluir

Sua caixa de projeto deve ser capaz de ter orifícios para botão de liberação, alternância de modo, porta USB, portas RJ-45 e tela LCD. Pode ser uma boa ideia ter algumas aberturas para o alto-falante, mas você pode experimentar. Você pode descobrir ou usar a caixa para impressão em 3D.

Se você usar um botão de arcade de 30 mm como o botão limpar, e seu botão de alternância de modo tiver as mesmas dimensões que o meu, você pode simplesmente imprimir os arquivos STL.

Mas se você quiser mudar as coisas, você precisará baixar o OpenSCAD e editar o arquivo mainbox.scad. OpenSCAD pode ser intimidante, mas se você só precisar fazer pequenas alterações, será fácil:

• Se você não estiver usando um botão de arcade de 30 mm como botão de limpar, pode fazer um orifício de botão circular mais simples alterando use30MMArcadeButton para falso e, em seguida, ajustando os parâmetros clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength e clearButtonOuterDiameter de acordo com sua preferência.
• Para redimensionar o orifício de alternância de modo, ajuste modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Se você tiver um alto-falante de tamanho diferente, existem vários parâmetros de speakerXXX.

Para ver os efeitos, clique no botão ">>" de visualização. No topo do arquivo, há um "modo =" que permite selecionar se você está renderizando o TOPO, o FUNDO ou algumas LAVADORES que podem ser úteis para encaixar as coisas. Quando estiver satisfeito, clique no botão cubo com ampulheta para renderizar e, em seguida, no botão STL para criar um arquivo STL imprimível.

Quando a caixa estiver pronta, monte o Arduino, o stripboard e o LCD com os parafusos # 4. Para alguns dos orifícios inferiores, os parafusos podem ser um pouco longos e salientes. Você pode simplesmente lixar as pontas dos parafusos ou usar parafusos mais curtos. Deslize o alto-falante nas corrediças pela grade do alto-falante e monte o seletor de modo e os botões.

Etapa 7: preparar os cabos

A configuração que escolhi tinha cada cabo saindo da caixa de controle por cerca de 14,5 pés para a primeira caixa do clicker e, em seguida, o cabo passou pela caixa do clicker para o próximo e assim por diante até a última caixa do clicker. Eu queria cerca de 3,5 a 4 pés entre as caixas do clicker.

Cada caixa clicker se conecta a um par de fios de par trançado:

• laranja / laranja-branco: botão 1 (próximo à extremidade, mais próximo do plugue)
• verde / verde-branco: botão 2
• azul / branco-azulado: botão 3
• marrom / marrom-branco: botão 4 (extremidade)

Você precisará conectar os pares trançados certos do cabo nos pontos certos.

Meça onde você deseja que as caixas do clicker vão, com a última indo a cerca de três polegadas da extremidade do cabo (a extremidade oposta ao plugue RJ-45) e cuidadosamente retire cerca de meia polegada do isolamento externo o cabo em cada um desses quatro pontos.

Em seguida, tire as pontas do par marrom / marrom-branco na ponta do botão 4.

Passe para a área despojada do botão 3. Corte o par azul / azul-branco no lado oposto da área despojada de 1/2 "(ou seja, o lado oposto ao plugue), deixando 1/2" do par no. Tira as pontas do par azul / azul-branco e solda os fios de emenda (por exemplo, jumpers restantes) para o lado próximo (plugue) dos fios, cerca de 3 polegadas para uso com os clickers na mesa e 6 polegadas para o em mãos. Cubra bem as juntas com termorretrátil.

Repita com o botão 2 e verde / verde-branco.

Repita com o botão 1 e laranja / laranja-branco.

Agora você tem um cabo com quatro pares de fios saindo em vários pontos. Repita para os outros dois cabos.

Tive um procedimento muito mais complicado, em que pulei as emendas e retirei os fios da outra extremidade do cabo. Ao fazer isso, ocasionalmente danifiquei os fios e, em vez disso, recomendo o procedimento acima.

Etapa 8: Opção A: Botões Arcade de 30 mm e Caixas Clicker impressas em 3D

Se você escolher os clickers de mesa com botão de 30 mm que usei, agora você precisará imprimir todas as 12 caixas de clicker. Eles estão na página do github do projeto, no formato stl e em um arquivo OpenSCAD que foi usado para gerá-los. As caixas de botões são rotuladas por equipe e jogador (equipes: A, B e C; jogadores: 1, 2, 3 e 4), portanto, são todas diferentes. Além disso, a caixa do player 4 fica na extremidade do cabo, portanto, tem apenas um slot de cabo em vez de dois. Também existem bases para as caixas de botão. As bases para os jogadores 1-3 são todas iguais, mas a base para o jogador 4 é diferente. Para economizar plástico, fiz bases de compensado de 1/4 , em vez de uma serra copo (e depois perfurei os acessórios).

Puxe os fios que vão para cada botão para cima, através da parte inferior da caixa do botão e solde no botão. Certifique-se de que todas as juntas estão cobertas com fita isolante ou termorretrátil. Coloque o cabo nos orifícios na parte inferior da caixa de botões (ou em um orifício se for o botão 4) e prenda as braçadeiras de cabo dentro para evitar que o cabo saia. Fixe as bases com parafusos e coloque pés de silicone.

Etapa 9: Opção B: Clickers portáteis

Corte o tubo de PVC 80 de 1/2 em segmentos de cinco polegadas para alças clicker.

Lixe uma ranhura para o cabo em ambos os lados da parte inferior dos tubos, exceto no caso do botão 4 que necessita apenas de uma ranhura.

Lime a parte superior interna do tubo para que você possa obter um ajuste de fricção do botão na parte superior.

Puxe os fios para cima através do tubo e solde no botão. Epoxy o botão no lugar onde tem o ajuste de fricção. Passe o cabo pelos slots preenchidos na parte inferior. Coloque abraçadeiras dentro do tubo do cabo para evitar que se solte. Em seguida, vede o fundo do tubo, com epóxi ou cola hot melt.

Recomendo colocar um pouco de Shoe Goo ou selante de silicone do lado de fora do cabo, de onde sai do tubo, para aliviar a tensão.

Etapa 10: use

Antes de usar, teste todos os botões. Defina a chave de modo para "Quiz" e peça a todos os jogadores que pressionem um botão. Você deve ter todos os 12 botões exibidos na tela. Em seguida, mude para "Certamen" e você obterá o recurso de bloqueio de equipe. Para limpar a tela, pressione o botão Limpar.

Minhas dimensões de cabo foram projetadas para que os botões pudessem ficar em carteiras separadas em uma sala de aula.

Etapa 11: Notas Técnicas

Em caso de empate, o software faz uma escolha aleatória.

A precisão do tempo para determinar quem é o primeiro jogador a pressionar um botão não é pior do que 50 microssegundos (testado com osciloscópio).

Em raras ocasiões de pior caso, a precisão do tempo para distinguir o segundo a partir do terceiro pressionamento será de cerca de 2 milissegundos. Isso acontece apenas se todos os três pressionamentos acontecerem dentro de 2 milissegundos um do outro e é devido ao processador estar ocupado atualizando a tela após o primeiro pressionamento. Para minimizar essa fonte de erro de tempo, o LCD tem uma conexão paralela de 8 bits (normalmente as pessoas conectam LCDs de 1602 usando menos pinos no Arduino) e eu incluí uma biblioteca LiquidCrystal otimizada para fazer uso dela (a maioria das otimizações não são meu, mas adicionei a otimização paralela de 8 bits).

Etapa 12: Ovos de Páscoa

Se você segurar o botão limpar enquanto o dispositivo está inicializando, você obterá um de dois ovos de páscoa, dependendo do estado do botão de modo: um piano operado pelos botões do clicker ou alguma poesia latina na tela. Para sair, gire o botão de modo.

Vice-campeão no Concurso de Professores de 2017