CheminElectrique (skills game) - SRO2002: 9 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

I dag præsenterer jeg dig for at lave et spil, jeg lavede til skoleårsafslutningen for min søn. I Frankrig kalder vi disse festivaler "kermesser", jeg ved ikke, om de findes i andre lande, og hvad de kaldes …

I disse fester er der ofte de samme spil, det er det, jeg vil kalde klassiske spil, og i år besluttede jeg mig for at lave en mere moderne version af et af disse klassiske spil: "Chemin electrique" eller "Main chaude".

Målet med spillet er meget enkelt, der er en ledning, hvor en elektrisk strøm passerer, du har derefter et "joystick" sammensat af en metalkreds i enden, der passerer rundt om den elektriske ledning, og målet med spillet er at krydse ledning fra den ene ende til den anden uden at røre ved den ellers slukker en advarselslampe og/eller lyd, og du har tabt.

Traditionelt er der ikke rigtig nogen elektronik til at oprette dette spil, et simpelt 12V batteri med en pære og noget elektrisk ledning er nok, men jeg havde nogle fede ideer til at gøre spillet mere moderne.

Så lad os se, hvad jeg tilføjede som funktionalitet!

Trin 1: Funktioner

Som jeg lige sagde, tænder dette spil ganske enkelt et lys, når spilleren utilsigtet rører ledningen med "joysticket", sker det også ret ofte, at spillet producerer en lyd under kontakt. I min version af spillet vil der være i alt 6 blokke med 4 lysdioder (grøn-gul-gul-rød), der vil lyse op samtidigt, en summer, der producerer en lyd og også en vibrator integreret i controlleren, der aktiveres når der er kontakt mellem den elektriske ledning og "joysticket".

LED'erne lyser gradvist fra grønt til rødt, afhængigt af hvor lang tid kontakten mellem ledningen og controlleren varer.

Jeg tilføjede også et udvalg af sværhedsgraden (let-normalt-svært) samt evnen til at aktivere/deaktivere vibratoren og lyden. Lydstyrken kan også justeres med et potentiometer.

Valget af sværhedsgrad er faktisk ganske enkelt en mere eller mindre lang forsinkelse mellem det øjeblik, hvor der er kontakt mellem ledningen og joysticket og det øjeblik, hvor spillet begynder at lyse/ringe/vibrere. Jeg indstillede foruddefinerede tider ved at programmere, for eksempel i let tilstand venter spillet 1 sekund, før advarsler udløses, mens advarslerne i vanskelig tilstand udløses med det samme.

Jeg har designet spillet, så det er let at demontere, pålideligt og frem for alt, at det ikke udgør nogen fare for de børn, der vil bruge det. Da den elektriske ledning krydses af en strøm, og at den er fjernet, var jeg faktisk nødt til at sikre, at den ikke udgør nogen fare for brugerne af spillet.

Trin 2: Ansvarsfraskrivelse og yderligere oplysninger

Ansvarsfraskrivelse:

Spillet vil blive drevet af 4 batterier på 1,5V, en samlet spænding på 6V, jeg begrænser også strømmen, der krydser tråden til kun et par mikroampere. Vi er derfor inden for området meget lav sikkerhedsspænding (SELV) med en ekstremt lav strømværdi tilgængelig for brugeren.

Men opmærksomhed jeg præciserer godt, at ingen værdi af elektrisk strøm er ufarlig, en svag strøm kan i visse tilfælde være farlig for den person, der er elektrificeret. Jeg undersøgte meget om dette under oprettelsen af dette projekt, og selvom der ikke er videnskabelig konsensus om grænseværdien, før hvilken strøm ikke har indflydelse på menneskekroppen, har strømmen af nogle mikroampere, der krydser det elektriske kabel, meget lidt mulighed for at skade en person.

Men opmærksomhed vil jeg ikke kunne holdes ansvarlig i tilfælde af uheld! Der skal altid udvises forsigtighed ved håndtering af strømførende elektriske ledere, selv ved meget lave strømværdier. Jeg råder dig på det kraftigste til at informere dig selv så meget som muligt om risiciene ved elektricitet og de gode forholdsregler, du skal tage

Yderligere information:

Dette projekt fungerer meget godt og har alle de funktioner, jeg ønskede, men det har nogle fejl. Når jeg opretter et elektronisk projekt, prøver jeg, at alt er så optimeret som muligt med hensyn til omkostninger, antal komponenter, plads og især at driften af helheden er så "logisk" som muligt.

Mens jeg lavede dette projekt, og efter at have afsluttet det, tror jeg, at der var nogle valg, jeg tog, der ikke var de bedste, men jeg blev presset af tid, jeg havde kun 2 uger til at gøre alt fra bunden (design, programmering, bestilling af komponenter, oprettelse af struktur, og især samling af alle elementerne).

Jeg vil angive, når jeg går gennem fremstillingstrinnene, hvad jeg tror kunne optimeres, hvis jeg skulle oprette dette spil igen. Men jeg gentager, at projektet er ret funktionelt sådan, men jeg er perfektionistisk …

Jeg beklager også, at jeg ikke har taget flere billeder af de forskellige faser af projektet, men jeg foretrak at hellige mig så meget som muligt for projektet for at kunne afslutte det til tiden.

Jeg er glad for dette projekt, fordi det var en stor succes ved min søns skolefest, så lad os se, hvad der er i dyrets mave;)

Trin 3: Forpligtelser

- Skal være batteridrevet (for sikkerhed og mobilitet)- Spillet skal være sikkert (det vil blive brugt af børn fra 2 til 10 år)

- Indstillinger skal være tilgængelige (valg af lyd/vibratoraktivering og valg af sværhedsgrad)

- Indstillingerne skal være enkle at forstå og let tilgængelige (det må antages, at den person, der tager sig af spillet under festen, intet kender til elektronik/teknisk)

- Lyden skal være høj nok (spillet vil blive brugt ude i et temmelig støjende miljø).

- Systemet skal kunne fjernes maksimalt til opbevaring og let udskiftelige fysiske dele (joystick, elektrisk ledning …)

- Skal være attraktiv for børn (det er hovedmålet, de spiller for …:))

Trin 4: Komponenter (stykliste)

For sagen:- træplanke

- maleri

- nogle værktøjer til at bore og skære ….

Til "joystick":- 1 vibrator

- kabelstik 3,5 (stereo)

- stik 3,5 (stereo)

- elektrisk ledning 2,5 mm²

- et lille PVC -rør

Elektroniske komponenter:

- 16F628A

- 12F675

- ULN2003A

- 2 x 2N2222A

- Zenerdiode 2,7V

- 12 blå LED

- 6 grønne LED

- 6 røde LED

- 12 gule LED

- 5 modstande 10K

- 2 modstande 4.7K

- 1 modstand 470 ohm

- 6 modstande 2,2K

- 6 modstande 510 ohm

- 18 modstande 180 ohm

- 1 potentiometer 1K

- 1 TÆND / SLUK-kontakt

-2 ON-OFF-ON switch

- 1 summer

- 1 DC boost -konverter

- elektrisk ledning 2,5 mm²

- 2 bananstik hane

- 2 bananstik hun

- stik 3,5 (stereo)

- holder til 4 LR6 batterier

- nogle PCB -prototyper

Elektroniske værktøjer: - En programmør til at injicere koden i en Microchip 16F628A og 12F675 (f.eks. PICkit 2) -

Jeg råder dig til at bruge Microchip MPLAB IDE (freeware), hvis du vil ændre koden, men du skal også bruge CCS Compiler (shareware). Du kan også bruge en anden kompilator, men du skal bruge mange ændringer i programmet.

Men jeg vil give dig. HEX -filer, så du kan injicere dem direkte i mikrokontrollere.

Trin 5: Funktionsanalyse

Mikrokontroller 16F628A (Func1): Det er "hjernen" i hele systemet, det er denne komponent, der registrerer indstillingskontakternes position, som registrerer, om der er kontakt mellem "joysticket" og den elektriske ledning, og som udløser advarsler (lys, lyd og vibrator). Jeg valgte denne komponent, fordi jeg har et ret stort lager, og fordi jeg er vant til at programmere med det, og da jeg ikke havde meget tid til at lave dette projekt, foretrak jeg at tage noget materiale, som jeg godt kender.

Effektgrænseflade ULN2003A (Func2): Denne komponent fungerer som en strømgrænseflade mellem 16F628A og kredsløbene, der bruger mere energi, end mikrokontrolleren kan levere (LED, summer, vibrator).

Summerkontrol (Func3):

PIC 16F628A kan ikke levere tilstrækkelig strøm til at drive summeren, især da summeren skal drives via en boost -konverter for at øge lydeffekten.

Faktisk, da samlingen leveres i 6V, og at summeren kræver 12V for at fungere maksimalt, bruger jeg en konverter til at opnå den gode spænding. Så jeg bruger en transistor som en switch (kommutationstilstand) til at styre summerens strømforsyning. Komponenten jeg valgte er en klassisk 2N2222A, som er meget velegnet til denne brug.

Her er summerens funktioner: 12V 25mA, det betyder, at det har brug for en teoretisk effekt på P = UI = 12 x 25mA = 0,3W

Så der er et strømbehov på 0,3W ud af DC -boost -konverteren, DC -boost -modulet har en effektivitet på 95%, så der er et tab på omkring 5%. Derfor kræves en minimumseffekt på 0,3W + 5% = 0,315W ved konverterindgangen.

Vi kan nu udlede den nuværende Ic, der krydser transistoren Q1:

P = U * Ic

Ic = P / U

Ic = P / Vcc-Vcesat

Ic = 0, 315 / 6-0, 3

Ic = 52mA

Vi beregner nu basismodstanden, så transistoren kan være godt mættet:

Ibsatmin = Ic / Betamin

Ibsatmin = 52mA / 100

Ibsatmin = 0,5mA

Ibsat = K x Ibsatmin (jeg vælger en surmætningskoefficient K = 2)

Ibsat = 2 x Ibsatmin

Ibsat = 1mA

R12 = Ur12 / Ibsat

R12 = Vcc - Vbe

R12 = (6 - 0,6) / 1mA

R12 = 5,4K

Normaliseret værdi (E12) for R12 = 4,7K

Vibratorstyring (Func4):

Hvad angår summeren, kan 16F628A ikke levere nok strøm til vibratoren, som kræver en strøm på 70mA, og den skal desuden tilføres maksimum med en spænding på 3V. Så jeg valgte at bruge en zener -diode koblet med en transistor til at lave en 2,7V spændingsregulator til vibratoren. Driften af zener-transistorforeningen er enkel, zeneren fastsætter 2,7V spændingen på transistorens bund, og transistoren "kopierer" denne spænding og forsyner strømmen.

Strømmen, der krydser transistoren Q2, er således lig med Ic = 70mA

Vi beregner nu basismodstanden, så transistoren kan være godt mættet:

Ibsatmin = Ic/Betamin

Ibsatmin = 70mA / 100

Ibsatmin = 0, 7mA

Ibsat = K x Ibsatmin (jeg vælger en surmætningskoefficient K = 2) Ibsat = 2 x Ibsatmin

Ibsat = 1, 4mA

Minimumstrømmen i zenerdioden skal være mindst Iz = 1mA for dens drift, så vi kan udlede strømmen, der passerer gennem modstanden R13:

Ir13 = Ibsat + Iz

Ir13 = 1, 4mA + 1mA

Ir13 = 2, 4mA

For at sikre, at zenerdioden Iz's strøm altid er i det korrekte driftsområde, tages en sikkerhedsmargen med: Ir13_fixed = 5mA (fuldstændig vilkårligt værdivalg)

Lad os nu beregne værdien af R13:

R13 = U13 / Ir13_fixed

R13 = VCC-Vz / Ir13_fixed

R13 = 6-2, 7 / 5mA

R13 = 660 ohm

Normaliseret værdi (E12) for R13 = 470 ohm

Jeg kunne have valgt 560 ohm i E12 -serien, men jeg havde ikke denne værdi, så jeg tog den tidligere værdi …

Kan optimeres

Da jeg lavede designet af projektet tænkte jeg ikke på transistorens Vbe, så i stedet for at have 2,7V til at drive vibratoren, har jeg kun 2,7V-0,6V = 2,1V. Jeg skulle for eksempel have taget en 3.3V zener, vibratoren ville have været lidt mere kraftfuld, selvom resultatet er ganske tilfredsstillende, udnytter jeg ikke al vibratorens kraft …

Advarsels -LED'er (Func5):

Lysdioderne er placeret lodret, som om de dannede en måler: Rød

Gul 2

Gul 1

Grøn

Når der registreres en kontakt mellem "joysticket" og den elektriske ledning, lyser de gradvist fra grønt til rødt.

Lysdioderne er forbundet til VCC i grupper i henhold til deres farve:

- Alle anoderne på de grønne lysdioder er forbundet med hinanden

- Alle anode på de gule1 lysdioder er forbundet med hinanden

- Alle anoden på de gule2 lysdioder er forbundet med hinanden

- Alle anoderne på de røde lysdioder er forbundet med hinanden

Mikrokontrolleren aktiverer dem derefter ved at jorde deres katode via ULN2003A.

Bemærk:

På skematikken er der kun en LED i hver farve med et symbol "X6" ved siden af, fordi jeg bruger en gratis version af Cadence Capture, og jeg er begrænset af et maksimalt antal komponenter pr. Diagram, så jeg ikke kunne få alle LED'erne til at vises …

Summer lydstyring (Func6):

Det er simpelthen et potentiometer i serie med summeren, som gør det muligt at justere lydstyrken.

"Dekoration" lysdioder (Func7 - skematisk/side 2):

Formålet med disse lysdioder er at skabe en jagt på udsmykningen af spillet. De lyser op fra venstre mod højre. Der er i alt 12 blå lysdioder: 6 i starten af banen, der repræsenterer startstregen og 6 i slutningen af banen, der repræsenterer målstregen

Jeg valgte at lave en displaymultipleksering til disse lysdioder, fordi det ville have krævet mange flere stifter for at bestille dem (6 ben med mutliplexing, 12 pin uden multiplexing).

Desuden er det angivet i deres datablad, at Vf er 4V, derfor kunne jeg ikke sætte 2 lysdioder i serie (VCC er 6V), og jeg kunne heller ikke sætte parallelt, fordi de teoretisk har brug for 20 mA, og at mikrokontrolleren kun kan levere 25 mA max pr. stift, derfor ville 40mA have været umuligt.

For at opsummere kunne jeg ikke lave en sammenslutning af LED (sat i serie eller parallel), og jeg havde ikke nok pin på mikrokontrolleren til at køre dem alligevel … Så jeg valgte at bruge en anden mikrokontroller (12F675) på 8 ben for at kunne Takket være denne mikrokontroller styrer jeg aktiveringen af lysdioderne ved at indstille et højt logisk niveau (VCC) på deres anoder, og jeg bruger PIC 16F628A og ULN2003A til at udføre multipleksingen.

Kan optimeres:

Jeg indså, mens jeg udførte testene på et brødbræt, at lysdioderne for den samme strøm I = 20mA havde en stor forskel i lysstyrke i henhold til deres farver. For eksempel med 20mA var de blå lysdioder meget lysere end de grønne. Jeg fandt det ikke æstetisk, at nogle lysdioder var meget lysere end andre, så jeg varierede modstanden i serie med de blå lysdioder, indtil jeg fik den samme lysstyrke som de grønne lysdioder, der drives med en strøm på 20mA.

Og jeg indså, at de blå lysdioder havde samme lysstyrke som de grønne lysdioder med en strøm på kun 1mA! Hvilket betyder, at hvis jeg havde vidst det før, kunne jeg have valgt at sætte de blå lysdioder i serie (i grupper på 2). Og jeg havde kun brug for 3 flere ben på 16F675A (som er tilgængelige), så jeg behøvede ikke at tilføje en anden mikrokontroller dedikeret til at styre disse lysdioder.

Men på dette tidspunkt af designet kendte jeg det ikke, der er nogle gange en ikke ubetydelig forskel mellem egenskaberne ved de tekniske dokumentationer og de reelle egenskaber ved komponenterne …

Begrænsning af strømmen (Func0):

Jeg havde slet ikke planlagt denne del på tidspunktet for designet. Jeg tilføjede den først i slutningen af projektet, da alt allerede var færdigt. I begyndelsen havde jeg simpelthen tilsluttet VCC direkte til den elektriske ledning med blot en pull-down modstand for at sætte input fra mikrokontrolleren, som detekterer kontakten, til jorden.

Men som jeg sagde før, gjorde jeg en masse research for at finde ud af, om strømmen, der strømmer gennem den elektriske ledning, kunne være farlig, hvis den kom til at have kontakt mellem ledningen og en menneskekrop.

Jeg fandt ikke et præcist svar om dette emne, så jeg foretrak at tilføje en modstand mellem VCC og den elektriske ledning for at reducere strømmen, der krydser tråden, så meget som muligt.

Så jeg ville sætte en modstand med høj værdi for at reducere strømmen til den lavest mulige værdi, men da jeg allerede havde afsluttet projektet og derfor alle havde svejset og forbundet de forskellige kort, kunne jeg ikke længere fjerne pulldown -modstanden på 10Kohm. Jeg var derfor nødt til at vælge en modstandsværdi for at opnå 2/3 af VCC på BR0 -stiften (pin 6 på 16F628A), så mikrokontrolleren registrerer, selvom det er et højt logisk niveau, når der er kontakt mellem joysticket og den elektriske ledning. Hvis jeg havde tilføjet for meget modstand, havde jeg haft risikoen for, at mikrokontrolleren ikke ville have opdaget ændringen mellem den lave logiske tilstand og den høje logiske tilstand.

Så jeg valgte at tilføje en modstand på 4,7K for at opnå en spænding på omkring 4V på stiften, når der er kontakt mellem joysticket og den elektriske ledning. Hvis man tilføjer dette til modstanden fra den menneskelige hud i tilfælde af kontakt mellem den elektriske ledning og hånden, for eksempel vil strømmen, der strømmer gennem kroppen, være mindre end 1 mA.

Og selvom en person rører ved ledningen, vil han kun være i kontakt med batteriets positive terminal og ikke mellem den positive og negative terminal, men som jeg sagde i ansvarsfraskrivelsen, skal du altid være opmærksom på, hvad du gør med den elektriske strøm.

Bemærk: Jeg tøvede i lang tid med at tilføje denne modstand, da den elektriske strøm, der muligvis er tilgængelig for brugeren (via den elektriske ledning) er svag, og at samlingen forsynes med batteri med kun 6V spænding, og at det måske er strengt unødvendigt at begrænse strømmen fra batterierne, men da det er til børn, foretrak jeg at tage så mange forholdsregler som muligt.

Trin 6: Programmering

Programmer skrives på C -sprog med MPLAB IDE, og koden kompileres med CCS C Compiler.

Koden er fuldt kommenteret og ganske enkel at forstå, men jeg vil hurtigt forklare hovedfunktionerne i de 2 koder (for 16F628A og 12F675).

Det første program -CheminElectrique.c- (16F628A):

LED -multiplexstyring: Funktion: RTCC_isr ()

Jeg bruger mikrokontrollerens timer0 til at forårsage et overløb hver 2. ms, hvilket gør det muligt at styre multiplexering af LED'erne.

Håndtering af kontaktdetektering:

Funktion: void main ()

Dette er hovedsløjfen, programmet registrerer, om der er en kontakt mellem joysticket og den elektriske ledning og aktiverer lysdioderne/summer/vibratoren i henhold til kontakttiden.

Vanskeligheder ved at indstille ledelse:

Funktion: lang GetSensitivityValue ()

Denne funktion bruges til at kontrollere switchens position, som gør det muligt at vælge vanskeligheden og returnerer en variabel, der repræsenterer den tid, der skal ventes, før alarmerne aktiveres.

Administration af alarmindstillinger:

Funktion: int GetDeviceConfiguration ()

Denne funktion bruges til at kontrollere positionen af kontakten, der vælger summer og vibratoraktivering og returnerer en variabel, der repræsenterer de alarmer, der skal være aktive.

Det andet program -LedStartFinishCard.c- (12F675):

Blå LED -aktiveringsstyring: Funktion: void main ()

Dette er programmets hovedsløjfe, det aktiverer lysdioderne efter hinanden fra venstre mod højre (for at oprette en jagt)

Se nedenfor en zip -fil af MPLAB -projektet:

Trin 7: Lodning og samling

"Fysisk" del: Jeg startede med at oprette kassen, så jeg skar træplader omkring 5 mm tykke til toppen og siderne og valgte et bræt 2 cm tykt for at få bunden til at have mere vægt, og at spillet ikke bevæger sig.

Jeg samlede brædderne mellem at være med trælim, jeg lagde ingen skruer eller søm, og det er virkelig solidt!

For at gøre spillet mere attraktivt end en simpel malet æske bad jeg min kone om at lave en indretning til toppen af kassen (fordi jeg virkelig er vild med grafisk design …). Jeg bad ham om at lave en snoede vej (for at have et forhold til ledningen …) Med dåser/panel på kanterne af kurverne, så jeg kan inkorporere mine advarsels -LED'er. De blå lysdioder i dekorationerne vil være som start- og målstregen. Hun skabte et sceneri i "Route 66" -stil med en vej, der krydser en slags ørken, og efter flere indtryk for at finde lysdiodernes gode placering var vi ret tilfredse med resultatet!

Derefter borede jeg huller til alle stik, kontakter og selvfølgelig lysdioderne.

Den elektriske ledning er snoet for at skabe zig-zags for at øge sværhedsgraden af spillet, og hver ende er skruet ind i et mandligt bananstik. Stikkene vil derefter blive tilsluttet de kvindelige bananstik, der er fastgjort til husdækslet.

Elektronisk del:

Jeg har opdelt den elektroniske del i flere små prototypekort.

Der er:

- et kort til 16F628A

- et kort til 12F675

- 6 advarsels -LED -kort

- 4 kort til dekorative lysdioder (startlinje og målstrege)

Jeg fikseret alle disse kort under låget på kassen, og jeg satte batteriholderen i boksens nederste del med summeren og DC boost -modulet.

Alle de elektroniske elementer er forbundet med indpakningstråde, jeg har samlet dem så meget som muligt i henhold til deres retning, og jeg har snoet dem sammen og fikset dem med varm lim, så de er så "rene" som muligt og især at der er ingen falske kontakter eller ledninger, der afbrydes. Det tog mig virkelig meget tid at klippe/strippe/svejse/placere ledninger korrekt!

"Joystick" -del:

Til joysticket tog jeg et lille stykke PVC -rør (1,5 cm i diameter og en længde på 25 cm). Derefter lodde jeg hunkontakten sådan:

- en terminal forbundet til ledningen for enden af joysticket (ContactWire på skematisk)

- en terminal forbundet til vibratorens positive terminal (2A på J1A -stik på skematisk)

- en terminal forbundet til vibratorens negative terminal (1A på J1A -stik på skematisk)

Jeg integrerede derefter ledningen, vibratoren og stikket i røret og fikserede stikket med varm lim for at sikre, at der ikke bevæger sig noget, når jackkablet tilsluttes mellem joysticket og den anden del af systemet.

Trin 8: Video

Trin 9: Konklusion

Nu er projektet slut, det var virkelig fedt at lave dette projekt, selvom jeg fortryder, at jeg havde meget lidt tid til at gøre det. Det gav mig mulighed for at tage en ny udfordring op;) Jeg håber, at dette spil vil fungere i mange år, og at det vil underholde mange børn, der vil fejre afslutningen på deres skoleår!

Jeg leverer en arkivfil, der indeholder alle de dokumenter, jeg brugte/oprettede til projektet.

Jeg ved ikke, om min skrivestil vil være korrekt, fordi jeg delvis bruger en automatisk oversætter for at gå hurtigere, og da jeg ikke er engelsktalende indfødt, tror jeg, at nogle sætninger sandsynligvis vil være underlige for folk, der skriver perfekt engelsk.

Hvis du har spørgsmål eller kommentarer til dette projekt, så lad mig det vide!