Mesin Latihan Kuis Certamen: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Kompetisi tim kuis Certamen dari Liga Klasik Junior melibatkan pertanyaan kuis tentang mata pelajaran Yunani/Romawi. Kontestan individu menekan tombol bel ketika mereka memiliki jawaban. Mesin melacak urutan penekanan tombol, tunduk pada aturan penguncian tim bahwa begitu seorang pemain dalam tim menekan tombol, penekanan lain dari tim itu tidak dihitung. Mesin yang kami buat adalah untuk tiga tim yang masing-masing terdiri dari empat pemain. Selain itu, agar kelompok sekolah lain dapat menggunakan mesin tersebut sebagai mesin kuis standar, ada opsi untuk mengabaikan tim dan hanya melacak urutan tombol.

Tim Certamen sekolah membutuhkan mesin untuk berlatih, tetapi mesin resminya seharga $545 untuk sistem yang berdiri sendiri (varian yang dicolokkan ke komputer seharga $435), yang secara anggaran tidak layak. Ditambah jelas terlalu mahal!

Jadi saya merancang yang jauh lebih murah, berdasarkan Arduino Mega. Ini tidak disetujui untuk turnamen resmi, tapi bagus untuk latihan.

Salah satu masalah desain yang saya ingat adalah bahwa kami membutuhkan kabel yang cukup panjang, dan harus memiliki penyaringan sinyal untuk menghindari kesalahan positif karena gangguan listrik dari perangkat terdekat. Saya akhirnya menggunakan kabel CAT-6, dengan sinyal setiap tombol melewati satu pasangan bengkok. Kami menguji kebisingan listrik dengan osiloskop dan rautan pensil listrik bertenaga AC yang berjalan di atas tumpukan kabel yang berantakan dan menemukan bahwa kapasitor 100nF seharusnya cukup untuk penyaringan.

Suku cadang yang dibutuhkan (harga Oktober 2017):

• 3 segmen kabel CAT-6, masing-masing sepanjang 26,5 kaki, dengan masing-masing colokan RJ-45 jantan (satu kabel 70 kaki, $16 di Amazon, untuk dipotong setengah, ditambah kabel 30 kaki, $9 di Amazon)
• Arduino 2560 rev.3 atau kloning dengan kabel USB ($8 di Aliexpress)
• sepotong stripboard 94mm x 53mm ($3,29 untuk paket tiga di ebay)
• resistor, masing-masing: 2.2K, 1K, 100R (jika Anda tidak memilikinya, Anda dapat membeli 600 buah resistor lain-lain yang dipasang di Aliexpress seharga $2.30)
• 12 kapasitor, 100nF, keramik atau monolitik (100 buah seharga $0,81 di Aliexpress)
• transistor, 2N3904 (10 buah seharga $0,74 di Aliexpress)
• 3 soket RJ45 (10 buah seharga $0,89 di Aliexpress)
• 3 papan breakout RJ45 (masing-masing $0,55 di Aliexpress)
• 1602 modul LCD biru ($ 1,75 di Aliexpress); jika Anda menggunakan warna yang berbeda, Anda mungkin memerlukan nilai resistor yang berbeda dari 2.2K yang saya gunakan
• set 65 kabel jumper papan tempat memotong roti ($1,09 di Aliexpress; atau buat sendiri)
• set 40 jumper dupont 15 cm pria-wanita ($ 1,39 di Aliexpress)
• sakelar sakelar ($0,43 di Aliexpress) untuk mengubah mode

• 13 tombol tekan, idealnya masing-masing tim yang terdiri dari empat orang bisa mendapatkan warna yang sama, dan ada warna keempat untuk tombol clear:

  • kami menggunakan tombol arcade 30mm (20 buah seharga $10 di Aliexpress)
  • tombol taktil clicky ini mungkin lebih baik, tetapi akan membutuhkan desain tombol yang berbeda (saya akan membahasnya dalam instruksi) (beli tiga set 10 buah, dengan total $1,20 di Aliexpress)
• 52 kaki silikon lengket ($ 1,14 untuk 100 buah di Aliexpress)
• bermacam-macam tabung panas menyusut (di bawah $2 di Aliexpress)
• 64 sekrup, sekrup #4, 3/8" (sekitar $3,50 untuk 100 di toko perangkat keras lokal; Anda hanya perlu 16 jika Anda menggunakan desain clicker genggam alternatif)
• 24 ikatan kabel kecil (gaya zip) (sekitar $4 di Lowes)

Subtotal: sekitar $68 ditambah pajak yang berlaku.

Dan kemudian Anda perlu memikirkan kasing untuk tombol dan kotak kontrol. Saya mendesain dan mencetak 3D milik kami, menggunakan filamen sekitar $10. Jika Anda tidak memiliki akses ke printer 3D, Anda dapat mencetak desain saya dengan layanan komersial (atau mungkin dengan biaya yang wajar, minta saya mencetak dan mengirimkannya?), atau hanya menggunakan kotak proyek standar--atau hanya makanan plastik wadah--untuk kotak utama dan desain tombol alternatif. Anda dapat melihat pratinjau desain di sini.

Kotak tombol clicker cetak 3D kami duduk dengan baik di atas meja, tidak seperti yang dipegang tangan resmi Certamen, jadi diragukan apakah Liga Klasik Junior akan menyetujuinya untuk kompetisi resmi, tetapi mesin kami dimaksudkan untuk latihan.

Jika Anda lebih suka versi clicker genggam yang lebih standar (masih belum disetujui secara resmi, tetapi Anda dapat mencoba meminta persetujuan dari JCL jika Anda ingin menggunakannya untuk turnamen daripada hanya latihan sekolah), saya juga akan menjelaskan desain alternatif, yang sebenarnya belum saya buat tetapi harus mudah. Keuntungan dari desain ini adalah tidak memerlukan pencetakan 3D (walaupun Anda masih memerlukan semacam wadah untuk kotak utama). Ini membutuhkan sekitar enam kaki dari jadwal 80 1/2 pipa PVC, epoksi dan lem panas, dan mengurangi biaya proyek sekitar $6.

Langkah 1: Kotak Kontrol: Pendahuluan

Kotak kontrol akan berisi Arduino Mega, stripboard dengan soket RJ-45, kapasitor filter, dan berbagai koneksi lainnya, tombol tekan CLEAR, dan sakelar sakelar MODE. Koneksi di sisi Arduino akan menggunakan jumper, sehingga dapat dengan mudah diganti.

Saya akan menganggap Anda membuat versi tiga tim, dengan tiga soket RJ-45. Dengan hati-hati, empat soket RJ-45 dapat dipasang, dan sedikit modifikasi pada firmware. Jika Anda menginginkan versi dua tim, lewati saja salah satu soket.

Langkah 2: Kotak Kontrol: Soket RJ-45

Solder soket RJ-45 ke papan breakout.

Solder papan breakout ke tepi stripboard. Jika Anda menggunakan desain kotak kontrol cetak 3D saya, Anda harus menyoldernya di lokasi yang sama seperti di foto.

Langkah 3: Kotak Kontrol: Kapasitor dan Koneksi

Stripboard sekarang membutuhkan sejumlah koneksi lebih lanjut. Anda akan ingin merujuk ke skema (untuk memperbesar lebih jauh, versi-p.webp

Banyak penyolderan melibatkan jumper penyolderan ke papan. Anda dapat menggunakan kabel 22AWG inti padat, atau jumper yang sudah jadi. Jika Anda menggunakan jumper yang sudah jadi, terkadang Anda bisa memotong yang panjang menjadi dua dan menggunakan kedua bagian secara terpisah. Selalu pastikan jumper Anda cukup panjang untuk mencapai tempat yang mereka tuju. Kecuali saya menyebutkan sebaliknya, "jumper" berarti "pelompat pria-pria".

Anda bisa mengikuti skema dan mengabaikan petunjuk berikut, tetapi Anda mungkin menemukan beberapa di antaranya bermanfaat.

1. Cadangan strip tengah stripboard untuk ground, dan solder jumper (idealnya, hitam) yang masuk ke salah satu pin GND Arduino.

2. Setiap soket RJ-45 melayani satu tim dan memiliki delapan konektor yang masuk (dipilin) berpasangan ke empat tombol. Letakkan kapasitor 100nF antara 1 dan 2, 3 dan 6 (!), 4 dan 5 (!), dan 7 dan 8. Hubungkan 2, 4, 6 dan 8 ke ground. Hubungkan 1, 3, 5 dan 7 ke kabel jumper, yang ujung lainnya akan masuk ke pin digital Arduino. Idealnya, gunakan kabel jumper dengan warna yang sama untuk setiap tim, sehingga akan lebih mudah untuk melacak.

3. Solder pada rangkaian transistor sederhana melayani speaker dalam skema. Pin transistor dalam skema disusun dari kiri ke kanan dengan sisi datar menghadap Anda: kiri harus terhubung ke kabel jumper yang akan menuju ke salah satu pin ground Arduino, kabel tengah ke resistor 1K yang ujung lainnya pergi ke jumper ke Arduino digital pin 9, dan pin kanan pergi ke resistor 100ohm yang ujung lainnya pergi ke kabel ke salah satu koneksi speaker. Sambungan speaker lainnya harus menuju ke jumper yang akan dicolokkan ke salah satu pin Arduino 5V.

4. Pasang sakelar sakelar. Anda cukup menyolder satu kabel dari salah satu kontak sakelar sakelar mode ke strip ground, dan menyolder jumper pria dari kontak lain untuk akhirnya terhubung ke Arduino.

5. Tombol tekan yang jelas lebih sulit jika Anda menggunakan tombol arcade 30mm, karena tombol ini harus dijepit ke casing dari luar, dan Anda tidak ingin berurusan dengan casing saat ini. Saya sarankan mengambil satu jumper dengan ujung perempuan, memotongnya dekat dengan ujung perempuan, dan menyolder ujung lainnya ke tombol. Kemudian solder jumper jantan ke strip ground stripboard, dan Anda akhirnya dapat memasang jumper itu ke tombol. Selain itu, solder jumper laki-laki ke konektor lain pada tombol; ini pada akhirnya akan terhubung ke Arduino.

Catatan: Saya memasang resistor 150ohm secara seri dengan kapasitor 100nF di kedua sakelar sakelar dan tombol hapus, tapi terus terang itu mungkin berlebihan, jadi saya tidak memasukkannya ke dalam skema, dan Anda mungkin tidak perlu repot dengan itu. (Firmware melakukan semua debouncing yang diperlukan dalam perangkat lunak.)

Langkah 4: Kotak Kontrol: LCD

LCD "1602" dua baris mungkin dilengkapi dengan header laki-laki yang perlu Anda solder. Setelah Anda mendapatkan header pria, cukup colokkan 16 jumper female-to-male ke dalamnya.

Perhatikan bahwa dalam diagram rangkaian, ada empat pin pada LCD yang terhubung ke ground, salah satunya melalui resistor 2.2K. Untuk menghemat pin Arduino GND yang berharga, potong ujung jantan dari tiga jumper wanita-wanita, terutama, termasuk yang V0 yang mendapat resistor. Solder salah satu ujung resistor ke jumper V0. Kemudian gabungkan ujung resistor yang lain dan tiga jumper yang tersisa sedemikian rupa sehingga semuanya menyatu ke satu colokan jantan yang dapat masuk ke pin Arduino GND.

Ingatlah untuk menutupi semua barang yang terbuka dengan pita listrik atau heatshrink.

Tetapi perhatikan: Resistor 2.2K mungkin perlu diubah pada langkah berikutnya jika kontras tampilan tidak bagus, jadi mungkin jangan lakukan heatshrink.

Juga, ada dua pin pada LCD yang masuk ke 5V: gabungkan dengan cara yang sama. Anda mungkin ingin memeriksa apakah konektor LED+ terhubung ke resistor pada LCD (ada di papan yang saya dapatkan). Jika tidak, tambahkan resistor 220ohm.

Kemudian pasang ujung male ke Arduino seperti pada diagram rangkaian.

Langkah 5: Kotak Kontrol: Unggah Firmware dan Uji

Pastikan Anda telah menginstal Arduino IDE. Unduh perangkat lunak saya dari sini. Anda cukup mengunduh file zip dan memasukkan isinya ke dalam direktori Arduino.

Di dalam file zip, Anda akan menemukan file zip lain, bernama ModNewLiquidCrystal.zip. Ini sedikit rumit untuk dihadapi. Ini adalah perpustakaan yang sangat dioptimalkan untuk menangani LCD 1602, dan itu akan meningkatkan ketepatan waktu perangkat Certamen. Hapus pustaka LiquidCrystal Arduino default. (Pada Windows, ada di C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries.) Kemudian ekstrak konten ModNewLiquidCrystal.zip ke folder perpustakaan pengguna Arduino Anda.

Hubungkan Arduino ke komputer, atur Alat | Papan | Arduino Mega … 2560, Alat | Prosesor | ATmega2560, dan Alat | Port ke port serial Arduino Anda (semoga hanya ada di sana). Kemudian unggah dengan tombol panah kanan.

Jika semuanya baik-baik saja, LCD akan menampilkan pesan Certamen, dan pergi ke layar yang hanya mengatakan "Certamen". Jika tidak, ada yang salah dengan koneksi LCD Anda. Jika kontrasnya buruk, Anda dapat menukar resistor 2.2K dengan yang lain. Atau gunakan potensiometer 10K, seperti di sini.

Lepaskan daya Arduino dan hubungkan stripboard, clear dan mode jumper ke Arduino sesuai skema.

Nyalakan kembali Arduino, dan sekarang Anda dapat mengujinya lagi. Ada dua mode: mode Certamen dan mode Kuis. Anda membalik di antara mereka dengan sakelar. Dalam mode Certamen, penekanan tombol akan mengunci tim. Dalam mode Kuis, tidak ada penguncian tim. Mode kuis juga berguna untuk memeriksa apakah semua koneksi berfungsi. Karena Anda belum memasang tombol, untuk pengujian cukup gunakan obeng untuk menyambungkan kontak pada soket RJ45.

Langkah 6: Kotak Kontrol: Selesai

Kotak proyek Anda harus memiliki lubang untuk tombol hapus, sakelar mode, port USB, port RJ-45, dan layar LCD. Mungkin ide yang baik untuk memiliki beberapa celah untuk pembicara, tetapi Anda dapat bereksperimen. Anda dapat mengetahuinya, atau menggunakan kotak yang dapat dicetak 3D.

Jika Anda menggunakan tombol arcade 30mm sebagai tombol hapus, dan tombol pengalih mode Anda memiliki dimensi yang sama dengan milik saya, Anda cukup mencetak file STL.

Tetapi jika Anda ingin mengubah sesuatu, Anda harus mengunduh OpenSCAD dan mengedit file mainbox.scad. OpenSCAD dapat mengintimidasi, tetapi jika Anda hanya perlu membuat perubahan kecil, itu akan mudah:

• Jika Anda tidak menggunakan tombol arcade 30mm sebagai tombol clear, Anda dapat membuat lubang tombol melingkar yang lebih jelas dengan mengubah use30MMArcadeButton menjadi false, lalu menyesuaikan parameter clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength, dan clearButtonOuterDiameter sesuai keinginan Anda.
• Untuk mengubah ukuran lubang sakelar mode, sesuaikan modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Jika Anda memiliki speaker dengan ukuran berbeda, ada berbagai parameter speakerXXX.

Untuk melihat efeknya, klik tombol pratinjau ">>". Di bagian atas file, ada "mode =" yang memungkinkan Anda memilih apakah Anda sedang merender TOP, BOTTOM atau beberapa WASHERS yang mungkin berguna untuk memasang sesuatu. Setelah puas, klik tombol kubus dengan jam pasir untuk merender, lalu tombol STL untuk membuat file STL yang dapat dicetak.

Setelah kotak siap, pasang Arduino, stripboard, dan LCD dengan sekrup #4. Untuk beberapa lubang bawah, sekrup mungkin agak terlalu panjang dan menonjol. Anda bisa mengarsipkan ujung sekrup dengan rata, atau menggunakan yang lebih pendek. Selipkan speaker ke dalam slide dengan kisi-kisi speaker, dan pasang sakelar mode dan tombol.

Langkah 7: Siapkan Kabel

Pengaturan yang saya lakukan membuat setiap kabel keluar dari kotak kontrol sekitar 14,5 kaki ke kotak clicker pertama, dan kemudian kabel melewati kotak clicker ke kotak berikutnya, dan seterusnya ke kotak clicker terakhir. Saya ingin sekitar 3,5-4 kaki di antara kotak clicker.

Setiap kotak clicker terhubung ke sepasang kabel twisted pair:

• oranye / oranye-putih: tombol 1 (dekat ujung, paling dekat dengan steker)
• hijau / hijau-putih: tombol 2
• biru / biru-putih: tombol 3
• coklat / coklat-putih: tombol 4 (ujung jauh)

Anda perlu menyambungkan ke pasangan bengkok kanan dari kabel pada titik yang tepat.

Ukur di mana Anda ingin kotak clicker pergi, dengan yang terakhir sekitar tiga inci dari ujung kabel (ujung berlawanan dengan steker RJ-45), dan dengan hati-hati lepaskan sekitar setengah inci insulasi luar dari kabel di masing-masing dari empat titik ini.

Selanjutnya, strip ujung pasangan coklat/coklat-putih pada kancing 4 titik.

Pindah ke tombol 3 area yang dilucuti. Potong pasangan biru / biru-putih di sisi jauh dari area yang dilucuti 1/2 "(yaitu, sisi yang jauh dari steker), sisakan 1/2" dari pasangan di. Lepaskan ujung pasangan biru / biru-putih, dan kabel sambungan solder (misalnya, sisa jumper) ke sisi dekat (colokan) kabel, sekitar 3 inci untuk digunakan dengan clicker di meja dan 6 inci untuk yang ada di tangan. Tutupi sambungan dengan baik dengan heat shrink.

Ulangi dengan tombol 2 dan hijau / hijau-putih.

Ulangi dengan tombol 1 dan oranye / putih oranye.

Anda sekarang memiliki kabel dengan empat pasang kabel yang mencuat di berbagai titik. Ulangi untuk dua kabel lainnya.

Saya memiliki prosedur yang jauh lebih rumit di mana saya melewatkan sambungan dan menarik kabel dari ujung kabel. Dalam melakukannya, saya kadang-kadang merusak kabel, dan saya merekomendasikan prosedur di atas sebagai gantinya.

Langkah 8: Opsi A: Tombol Arkade 30mm dan Kotak Clicker yang dicetak 3D

Jika Anda menggunakan tombol klik di meja 30mm yang saya lakukan, Anda sekarang harus mencetak semua 12 kotak klik. Mereka ada di halaman github untuk proyek tersebut, dalam format stl dan file OpenSCAD yang digunakan untuk membuatnya. Kotak tombol diberi label oleh tim dan pemain (tim: A, B dan C; pemain: 1, 2, 3 dan 4), jadi semuanya berbeda. Selain itu, kotak pemain 4 berada di ujung kabel sehingga hanya memiliki satu slot kabel, bukan dua. Ada juga pangkalan untuk kotak tombol. Basis untuk pemain 1-3 semuanya sama, tetapi basis untuk pemain 4 berbeda. Untuk menghemat plastik, saya membuat alas dari kayu lapis 1/4 sebagai gantinya dengan gergaji lubang (dan kemudian mengebor lampiran).

Tarik kabel ke setiap tombol ke atas melalui bagian bawah kotak tombol dan solder ke tombol. Pastikan semua sambungan ditutup dengan pita listrik atau heat shrink. Masukkan kabel ke dalam lubang di bagian bawah kotak kancing (atau satu lubang jika kancing 4), dan pasang pengikat kabel di dalamnya agar kabel tidak tercabut. Pasang alasnya dengan sekrup, dan pasang kaki silikon.

Langkah 9: Opsi B: Clickers genggam

Potong 1/2 jadwal 80 pipa PVC menjadi segmen lima inci untuk pegangan clicker.

Tempatkan slot untuk kabel di kedua sisi bagian bawah potongan pipa, kecuali untuk tombol 4 yang hanya membutuhkan satu slot.

Rekatkan bagian dalam bagian atas potongan pipa sehingga Anda bisa mendapatkan gesekan tombol yang pas di bagian atas.

Tarik kabel melalui pipa, dan solder ke tombol. Epoxy tombol di tempat yang cocok dengan gesekan. Masukkan kabel melalui slot yang Anda masukkan di bagian bawah. Pasang pengikat kabel di dalam pipa pada kabel agar tidak tercabut. Kemudian tutup bagian bawah pipa, baik dengan epoksi atau dengan lem panas meleleh.

Saya merekomendasikan untuk meletakkan beberapa Shoe Goo atau sealant silikon di bagian luar kabel yang keluar dari pipa sebagai pelepas ketegangan.

Langkah 10: Gunakan

Sebelum menggunakan, uji semua tombol. Setel sakelar mode ke "Kuis", dan minta setiap pemain menekan tombol. Anda harus memiliki semua 12 tombol yang muncul di layar. Kemudian beralih ke "Certamen" dan Anda akan mendapatkan fitur penguncian tim. Untuk mengosongkan layar, tekan tombol Hapus.

Dimensi kabel saya dirancang agar tombolnya bisa diletakkan di meja terpisah di ruang kelas.

Langkah 11: Catatan Teknis

Dalam kasus seri, perangkat lunak membuat pilihan acak.

Ketepatan waktu untuk menentukan siapa pemain pertama yang menekan tombol tidak lebih buruk dari 50 mikrodetik (diuji dengan osiloskop).

Pada kasus terburuk yang jarang terjadi, ketepatan waktu untuk memberi tahu yang kedua dari pers ketiga akan menjadi sekitar 2 milidetik. Ini hanya terjadi jika ketiga penekanan terjadi dalam waktu 2 milidetik satu sama lain, dan karena prosesor sibuk memperbarui layar setelah penekanan pertama. Untuk meminimalkan sumber kesalahan waktu ini, LCD memiliki koneksi 8-bit paralel (biasanya orang menghubungkan 1602 LCD menggunakan lebih sedikit pin pada Arduino) dan saya menyertakan pustaka LiquidCrystal yang dioptimalkan untuk memanfaatkannya (sebagian besar pengoptimalan tidak milik saya, tetapi saya menambahkan optimasi 8-bit paralel).

Langkah 12: Telur Paskah

Jika Anda menahan tombol hapus saat perangkat sedang boot, Anda mendapatkan satu dari dua easter egg, tergantung pada status sakelar mode: piano yang dioperasikan oleh tombol clicker atau puisi Latin di layar. Untuk keluar, putar sakelar mode.

Juara 2 Lomba Guru 2017