Machine d'entraînement Certamen Quiz : 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Le concours d'équipes de quiz Certamen de la Junior Classical League comprend des questions de quiz sur des sujets grecs/romains. Les candidats individuels appuient sur les boutons de l'avertisseur lorsqu'ils ont une réponse. La machine garde une trace de l'ordre dans lequel les boutons ont été enfoncés, sous réserve de la règle de verrouillage de l'équipe selon laquelle une fois qu'un joueur d'une équipe appuie sur un bouton, les autres pressions de cette équipe ne comptent pas. La machine que nous avons construite était pour trois équipes de quatre joueurs chacune. De plus, afin que d'autres groupes scolaires puissent utiliser la machine comme une machine à quiz standard, il existe une option pour ignorer les équipes et simplement suivre l'ordre des boutons.

L'équipe Certamen de l'école avait besoin d'une machine pour s'entraîner, mais la machine officielle coûte 545 $ pour le système autonome (une variante qui se branche sur un ordinateur coûte 435 $), ce qui était budgétairement irréalisable. En plus évidemment trop cher !

Et j'en ai donc conçu un beaucoup moins cher, basé sur un Arduino Mega. Ce n'est pas approuvé pour les tournois officiels, mais c'est bon pour l'entraînement.

L'un des problèmes de conception que j'ai gardés à l'esprit était que nous avions besoin de câbles modérément longs et que nous devions avoir un filtrage du signal pour éviter les faux positifs dus au bruit électrique des appareils à proximité. J'ai fini par utiliser un câble CAT-6, les signaux de chaque bouton passant par une paire torsadée. Nous avons testé le bruit électrique avec un oscilloscope et un taille-crayon électrique alimenté en courant alternatif fonctionnant sur une pile de câbles en désordre et avons constaté qu'un condensateur de 100 nF devrait être suffisant pour le filtrage.

Pièces nécessaires (tarif octobre 2017):

• 3 segments de câble CAT-6, chacun de 26,5 pieds de long, avec une fiche RJ-45 mâle sur chacun (un câble de 70 pieds, 16 $ sur Amazon, à couper en deux, plus un câble de 30 pieds, 9 $ sur Amazon)
• Arduino 2560 rev.3 ou clone avec câble USB (8 $ sur Aliexpress)
• morceau de stripboard de 94 mm x 53 mm (3,29 $ pour un paquet de trois sur ebay)
• résistances, une de chaque: 2,2K, 1K, 100R (si vous ne les avez pas sous la main, vous pouvez acheter un ensemble de résistances diverses de 600 pièces sur Aliexpress pour 2,30 $)
• 12 condensateurs, 100nF, céramiques ou monolithiques (100 pièces pour 0,81 $ sur Aliexpress)
• transistor, 2N3904 (10 pièces pour 0,74 $ sur Aliexpress)
• 3 prises RJ45 (10 pièces pour 0,89 $ sur Aliexpress)
• 3 cartes de dérivation RJ45 (0,55 $ chacune sur Aliexpress)
• Module LCD bleu 1602 (1,75 $ sur Aliexpress); si vous utilisez une couleur différente, vous aurez peut-être besoin d'une valeur de résistance différente de celle de 2,2K que j'utilise
• ensemble de 65 câbles de cavalier mâles (1,09 $ sur Aliexpress; ou créez le vôtre)
• lot de 40 pulls dupont 15cm homme-femme (1,39$ sur Aliexpress)
• interrupteur à bascule (0,43 $ sur Aliexpress) pour changer de mode

• 13 boutons poussoirs, idéalement pour que chaque équipe de quatre puisse avoir la même couleur, et il y a une quatrième couleur pour le bouton clair:

  • nous avons utilisé des boutons d'arcade de 30 mm (20 pièces pour 10 $ sur Aliexpress)
  • ces boutons tactiles cliquables auraient peut-être été meilleurs, mais nécessiteraient une conception de bouton différente (j'en discuterai dans les instructions) (achetez trois ensembles de 10 pièces, pour un total de 1,20 $ dans Aliexpress)
• 52 pieds collants en silicone (1,14 $ pour 100 pièces sur Aliexpress)
• assortiment de tubes thermorétractables (moins de 2 $ sur Aliexpress)
• 64 vis, n° 4, vis 3/8" (environ 3,50 $ pour 100 dans une quincaillerie locale; vous n'en avez besoin que de 16 si vous optez pour la conception alternative du clicker à main)
• 24 petites attaches de câble (style zip) (environ 4 $ chez Lowes)

Sous-total: environ 68 $ plus les taxes applicables.

Et puis il faut penser aux boîtiers pour les boutons et le boîtier de commande. J'ai conçu et imprimé le nôtre en 3D, en utilisant environ 10 $ de filament. Si vous n'avez pas accès à une imprimante 3D, vous pouvez imprimer mes conceptions avec un service commercial (ou peut-être pour un prix raisonnable me faire imprimer et expédier ?), ou simplement utiliser une boîte de projet standard - ou juste un aliment en plastique conteneur - pour la boîte principale et une conception de bouton alternative. Vous pouvez prévisualiser les conceptions ici.

Nos boîtes à boutons clicker imprimées en 3D reposent bien sur un bureau, contrairement à celles officielles de Certamen, il est donc douteux que la Junior Classical League les approuve pour la compétition officielle, mais notre machine était destinée à être utilisée pour la pratique.

Si vous préférez une version de clicker portable plus standard (toujours pas officiellement approuvée, mais vous pouvez essayer de demander l'approbation du JCL si vous souhaitez les utiliser pour des tournois plutôt que pour des entraînements scolaires), je vais également décrire un autre design, que je n'ai pas réellement construit, mais cela devrait être simple. Un avantage de cette conception est qu'elle n'a pas besoin d'impression 3D (bien que vous ayez toujours besoin d'une sorte de boîtier pour la boîte principale). Il nécessite environ six pieds de tuyau en PVC de 80 1/2 , d'époxy et de colle chaude, et réduit le coût du projet d'environ 6 $.

Étape 1: Boîtier de commande: Introduction

Le boîtier de commande contiendra l'Arduino Mega, un stripboard avec des prises RJ-45, des condensateurs de filtrage et diverses autres connexions, un bouton-poussoir CLEAR et un interrupteur à bascule MODE. Les connexions côté Arduino utiliseront des cavaliers, ils peuvent donc être facilement modifiés.

Je suppose que vous faites une version à trois équipes, avec trois prises RJ-45. Avec un peu de précaution, il peut être possible d'installer quatre prises RJ-45, et les modifications du firmware seront légères. Si vous voulez une version à deux équipes, sautez simplement l'un des sockets.

Étape 2: Boîtier de commande: Prises RJ-45

Soudez les prises RJ-45 aux cartes de dérivation.

Soudez les panneaux de rupture aux bords du stripboard. Si vous utilisez ma conception de boîte de contrôle imprimée en 3D, vous devez les souder aux mêmes endroits que sur la photo.

Étape 3: Boîtier de commande: Condensateurs et connexions

Le stripboard a maintenant besoin d'un certain nombre de connexions supplémentaires. Vous voudrez vous référer au schéma (pour zoomer davantage, cette version-p.webp

Une grande partie de la soudure consiste à souder des cavaliers à la carte. Vous pouvez utiliser du fil solide 22AWG, ou bien des cavaliers préfabriqués. Si vous utilisez des cavaliers préfabriqués, vous pourrez parfois en couper un long en deux et utiliser les deux moitiés séparément. Assurez-vous toujours que vos cavaliers sont suffisamment longs pour atteindre l'endroit où ils doivent aller. Sauf mention contraire, "cavalier" signifie "cavalier mâle-mâle".

Vous pouvez simplement utiliser le schéma et ignorer les conseils suivants, mais certains d'entre eux pourraient vous être utiles.

1. Réservez une bande centrale du stripboard pour la terre et soudez un cavalier (idéalement noir) qui va à l'une des broches GND de l'Arduino.

2. Chaque prise RJ-45 dessert une équipe et dispose de huit connecteurs qui vont en paires (torsadées) vers les quatre boutons. Mettez un condensateur de 100nF entre 1 et 2, 3 et 6 (!), 4 et 5 (!), et 7 et 8. Connectez 2, 4, 6 et 8 à la masse. Connectez 1, 3, 5 et 7 aux fils de liaison, dont l'autre extrémité ira aux broches numériques de l'Arduino. Idéalement, utilisez des cavaliers de la même couleur pour chaque équipe, il sera donc plus facile de suivre.

3. Soudez dans le circuit à transistor simple desservant le haut-parleur dans le schéma. Les broches du transistor dans le schéma sont disposées de gauche à droite avec le côté plat face à vous: la gauche doit être connectée à un cavalier qui ira à l'une des broches de masse de l'Arduino, le fil du milieu à une résistance 1K dont l'autre extrémité va à un cavalier à la broche numérique Arduino 9, et la broche de droite va à une résistance de 100 ohms dont l'autre extrémité va à un fil à l'une des connexions de haut-parleur. L'autre connexion du haut-parleur doit aller à un cavalier qui se branchera sur l'une des broches Arduino 5V.

4. Câblez l'interrupteur à bascule. Vous pouvez simplement souder un fil de l'un des contacts de l'interrupteur à bascule de mode à la bande de terre et souder un cavalier mâle à partir d'un autre contact pour éventuellement vous connecter à l'Arduino.

5. Le bouton-poussoir transparent est plus délicat si vous utilisez les boutons d'arcade de 30 mm, car il devra être clipsé sur le boîtier de l'extérieur et vous ne voulez pas vous occuper du boîtier à ce stade. Je recommande de prendre un cavalier avec une extrémité femelle, de le couper près de l'extrémité femelle et de souder l'autre extrémité au bouton. Ensuite, soudez un cavalier mâle à la bande de terre du stripboard, et vous pouvez éventuellement attacher ce cavalier au bouton. De plus, soudez un cavalier mâle à l'autre connecteur du bouton; cela finira par se connecter à l'Arduino.

Remarque: j'ai mis une résistance de 150 ohms en série avec un condensateur de 100 nF à la fois sur l'interrupteur à bascule et le bouton d'effacement, mais franchement c'est probablement exagéré, donc je ne l'ai pas inclus sur le schéma, et vous n'avez probablement pas à vous en soucier. (Le micrologiciel fait de toute façon tous les anti-rebonds requis dans le logiciel.)

Étape 4: Boîtier de commande: LCD

L'écran LCD "1602" à deux lignes est probablement livré avec un en-tête mâle que vous devez y souder. Une fois que vous avez le connecteur mâle, branchez simplement les 16 cavaliers femelle-mâle dessus.

Notez que dans le schéma de circuit, il y a quatre broches sur l'écran LCD qui vont à la terre, l'une d'entre elles via une résistance de 2,2K. Pour conserver les précieuses broches Arduino GND, coupez les extrémités mâles de trois des cavaliers femelle-femelle, en particulier, y compris celui V0 qui reçoit la résistance. Soudez une extrémité de la résistance au cavalier V0. Ensuite, joignez l'autre extrémité de la résistance et les trois cavaliers restants de manière à ce qu'ils convergent tous vers une prise mâle pouvant aller sur une broche Arduino GND.

N'oubliez pas de recouvrir éventuellement tous les objets exposés avec du ruban isolant ou un thermorétractable.

Mais notez: la résistance de 2,2K devra peut-être être changée à l'étape suivante si le contraste de l'écran n'est pas bon, alors ne faites peut-être pas encore le thermorétractable.

De plus, il y a deux broches sur l'écran LCD qui vont à 5V: fusionnez-les de la même manière. Vous voudrez peut-être vérifier que le connecteur LED + se connecte à une résistance sur l'écran LCD (c'est le cas sur la carte que j'ai reçue). Sinon, ajoutez une résistance de 220 ohms.

Ensuite, branchez les extrémités mâles dans l'Arduino comme sur le schéma de circuit.

Étape 5: Boîtier de contrôle: Télécharger le micrologiciel et tester

Assurez-vous que l'IDE Arduino est installé. Téléchargez mon logiciel ici. Vous pouvez simplement télécharger le fichier zip et mettre son contenu dans le répertoire Arduino.

À l'intérieur du fichier zip, vous trouverez un autre fichier zip, appelé ModNewLiquidCrystal.zip. C'est un peu délicat à gérer. Il s'agit d'une bibliothèque hautement optimisée pour traiter l'écran LCD 1602, et elle améliorera la précision de synchronisation du dispositif Certamen. Supprimez la bibliothèque LiquidCrystal Arduino par défaut. (Sous Windows, il se trouve dans C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries.) Ensuite, extrayez le contenu de ModNewLiquidCrystal.zip dans votre dossier de bibliothèques utilisateur Arduino.

Connectez l'Arduino à l'ordinateur, définissez Outils | Conseil | Arduino Mega … 2560, Outils | Processeur | ATmega2560, et outils | Portez sur le port série de votre Arduino (j'espère qu'il n'y en a que là). Ensuite, téléchargez avec le bouton flèche droite.

Si tout va bien, l'écran LCD affichera un message Certamen et passera à un écran qui dit simplement "Certamen". Sinon, quelque chose ne va pas avec vos connexions LCD. Si le contraste est mauvais, vous pouvez remplacer la résistance de 2,2K par autre chose. Ou utilisez un potentiomètre 10K, comme ici.

Débranchez l'Arduino et connectez le stripboard, les cavaliers d'effacement et de mode à l'Arduino selon le schéma.

Remettez l'Arduino sous tension et vous pouvez maintenant le tester davantage. Il existe deux modes: le mode Certamen et le mode Quiz. Vous basculez entre eux avec la bascule. En mode Certamen, une pression sur un bouton verrouille l'équipe. En mode Quiz, il n'y a pas de verrouillage d'équipe. Le mode Quiz est également utile pour vérifier que toutes les connexions fonctionnent. Comme vous n'avez pas encore branché les boutons, pour le test, utilisez simplement un tournevis pour joindre les contacts sur les prises RJ45.

Étape 6: Boîtier de contrôle: Terminer

Votre boîte de projet doit pouvoir avoir des trous pour le bouton d'effacement, la bascule de mode, le port USB, les ports RJ-45 et l'écran LCD. Ce peut être une bonne idée d'avoir quelques ouvertures pour l'orateur, mais vous pouvez expérimenter. Vous pouvez le découvrir ou utiliser la boîte imprimable en 3D.

Si vous utilisez un bouton d'arcade de 30 mm comme bouton d'effacement et que votre bouton de basculement de mode a les mêmes dimensions que le mien, vous pouvez simplement imprimer les fichiers STL.

Mais si vous voulez changer les choses, vous devrez télécharger OpenSCAD et éditer le fichier mainbox.scad. OpenSCAD peut être intimidant, mais si vous avez juste besoin d'apporter des modifications mineures, ce sera facile:

• Si vous n'utilisez pas un bouton d'arcade de 30 mm comme bouton clair, vous pouvez créer une boutonnière circulaire plus simple en modifiant use30MMArcadeButton sur false, puis en ajustant les paramètres clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength et clearButtonOuterDiameter à votre convenance.
• Pour redimensionner le trou de bascule de mode, ajustez modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Si vous avez une enceinte de taille différente, il existe différents paramètres speakerXXX.

Pour voir les effets, cliquez sur le bouton d'aperçu ">>". En haut du fichier, il y a un "mode =" qui vous permet de sélectionner si vous faites le rendu du HAUT, du BAS ou de certaines RONDELLES qui peuvent être utiles pour ajuster les choses. Une fois satisfait, cliquez sur le bouton cube avec sablier pour effectuer le rendu, puis sur le bouton STL pour créer un fichier STL imprimable.

Une fois le boîtier prêt, montez l'Arduino, le stripboard et l'écran LCD avec les vis #4. Pour certains des trous du bas, les vis peuvent être un peu trop longues et dépasser. Vous pouvez simplement limer les extrémités des vis à plat ou en utiliser des plus courtes. Glissez le haut-parleur dans les glissières par la grille du haut-parleur et montez le commutateur de mode et les boutons.

Étape 7: préparer les câbles

Dans la configuration que j'ai choisie, chaque câble sortait du boîtier de commande sur environ 14,5 pieds jusqu'à la première boîte de sélection, puis le câble passait par la boîte de sélection jusqu'à la suivante, et ainsi de suite jusqu'à la dernière boîte de sélection. Je voulais environ 3,5 à 4 pieds entre les boîtes de sélection.

Chaque boîtier de sélection se connecte à une paire de fils à paire torsadée:

• orange / orange-blanc: bouton 1 (près de l'extrémité, le plus proche de la prise)
• vert / vert-blanc: bouton 2
• bleu / bleu-blanc: bouton 3
• marron / marron-blanc: bouton 4 (extrémité éloignée)

Vous devrez vous connecter aux bonnes paires torsadées du câble aux bons endroits.

Mesurez l'endroit où vous voulez que les boîtes de clics aillent, la dernière allant à environ trois pouces de l'extrémité du câble (l'extrémité opposée à la fiche RJ-45), et dénudez soigneusement environ un demi-pouce de l'isolation extérieure de le câble à chacun de ces quatre points.

Ensuite, dénudez les pointes de la paire marron/marron-blanc au niveau du bouton 4 point.

Passez à la zone dénudée du bouton 3. Coupez la paire bleu/bleu-blanc de l'autre côté de la zone dénudée de 1/2" (c'est-à-dire le côté éloigné de la prise), en laissant 1/2" de paire sur le. Dénudez les extrémités de la paire bleu/bleu-blanc et soudez les fils d'épissure (par exemple, les cavaliers restants) au côté proche (prise) des fils, environ 3 pouces pour une utilisation avec les sélecteurs sur le bureau et 6 pouces pour le ceux en main. Recouvrez bien les joints de thermorétractable.

Répétez avec le bouton 2 et vert/vert-blanc.

Répétez avec le bouton 1 et orange/orange-blanc.

Vous avez maintenant un câble avec quatre paires de fils qui dépassent à différents endroits. Répétez l'opération pour les deux autres câbles.

J'ai eu une procédure beaucoup plus compliquée où j'ai sauté les épissures et retiré les fils de l'extrémité du câble. Ce faisant, j'ai parfois endommagé les fils et je recommande plutôt la procédure ci-dessus.

Étape 8: Option A: Boutons d'arcade de 30 mm et boîtes de clic imprimées en 3D

Si vous optez pour les sélecteurs de 30 mm sur le bureau que j'ai utilisés, vous devrez maintenant imprimer les 12 boîtes de sélecteur. Ils se trouvent sur la page github du projet, à la fois au format stl et dans un fichier OpenSCAD qui a été utilisé pour les générer. Les boîtes à boutons sont étiquetées par équipe et par joueur (équipes: A, B et C; joueurs: 1, 2, 3 et 4), elles sont donc toutes différentes. De plus, la box player 4 passe au bout du câble donc elle n'a qu'un seul slot de câble au lieu de deux. Il existe également des bases pour les boîtes à boutons. Les bases pour les joueurs 1-3 sont toutes les mêmes, mais la base pour le joueur 4 est différente. Pour économiser du plastique, j'ai fabriqué des bases en contreplaqué de 1/4 à la place avec une scie cloche (puis j'ai percé des accessoires).

Tirez les fils allant à chaque bouton par le bas de la boîte à boutons et soudez au bouton. Assurez-vous que tous les joints sont recouverts de ruban isolant ou thermorétractable. Placez le câble dans les trous au bas de la boîte à boutons (ou un trou s'il s'agit du bouton 4) et attachez des attaches de câble à l'intérieur pour empêcher le câble de sortir. Fixez les bases avec des vis et placez des pieds en silicone.

Étape 9: Option B: Cliqueurs portatifs

Coupez un tuyau en PVC de 1/2 de série 80 en segments de cinq pouces pour les poignées à cliquet.

Limez une fente pour le câble des deux côtés du bas des morceaux de tuyau, sauf dans le cas du bouton 4 qui n'a besoin que d'une seule fente.

Limez le haut à l'intérieur de la pièce de tuyau afin que vous puissiez obtenir un ajustement par friction du bouton sur le dessus.

Tirez les fils à travers le tuyau et soudez au bouton. Époxy le bouton en place où il a l'ajustement par friction. Faites passer le câble dans la ou les fentes que vous avez déposées en bas. Mettez des attaches de câble à l'intérieur du tuyau sur le câble pour l'empêcher de sortir. Ensuite, scellez le bas du tuyau, soit avec de l'époxy, soit avec de la colle thermofusible.

Je recommande de mettre du Shoe Goo ou du mastic silicone à l'extérieur du câble à l'endroit où il sort du tuyau pour soulager la traction.

Étape 10: Utilisez

Avant utilisation, testez tous les boutons. Réglez le commutateur de mode sur "Quiz", et demandez à chaque joueur d'appuyer sur un bouton. Vous devriez avoir les 12 boutons affichés à l'écran. Passez ensuite à "Certamen" et vous obtiendrez la fonction de verrouillage d'équipe. Pour effacer l'écran, appuyez sur le bouton Effacer.

Les dimensions de mes câbles ont été conçues pour que les boutons puissent se trouver sur des bureaux séparés dans une salle de classe.

Étape 11: Notes techniques

En cas d'égalité, le logiciel fait un choix aléatoire.

La précision du timing pour déterminer qui est le premier joueur à appuyer sur un bouton n'est pas pire que 50 microsecondes (testé avec un oscilloscope).

Dans les rares cas les plus défavorables, la précision de synchronisation pour distinguer la deuxième pression de la troisième pression sera d'environ 2 millisecondes. Cela se produit uniquement si les trois pressions se produisent à moins de 2 millisecondes l'une de l'autre et est dû au fait que le processeur est occupé à mettre à jour l'écran après la première pression. Pour minimiser cette source d'erreur de synchronisation, l'écran LCD dispose d'une connexion parallèle 8 bits (normalement, les gens connectent 1602 écrans LCD en utilisant moins de broches sur l'Arduino) et j'ai inclus une bibliothèque LiquidCrystal optimisée pour l'utiliser (la plupart des optimisations ne sont pas le mien, mais j'ai ajouté l'optimisation parallèle 8 bits).

Étape 12: Oeufs de Pâques

Si vous maintenez le bouton d'effacement enfoncé pendant le démarrage de l'appareil, vous obtenez l'un des deux œufs de Pâques, selon l'état du commutateur de mode: un piano actionné par les boutons de clic ou de la poésie latine à l'écran. Pour quitter, basculez le commutateur de mode.

Finaliste au concours des enseignants 2017