Czasowstrzymywacz: stoper z sensorami dotykowymi

Czasowstrzymywacz to projekt typu “Zrób to Sam (DIY)” zainspirowany stoperem Speedstacks. Oczywiście mój stoper jest o wiele lepszy i tańszy niż oryginalny Speedstacks. Jego siła tkwi w niezliczonej ilości funkcji oraz… możesz go zrobić w domu! Sercem Czasowstrzymywacza jest popularny mikrokontroler ATMEGA 328P-PU. Zamieściłem wszelkie potrzebne materiały, aby niedużym kosztem samodzielnie wykonać układ: kod, pliki Intel Hex i schematy. Poniżej chciałbym szerzej opisać funkcje stopera, tak aby jego działanie zrozumiał zarówno speedcuber jak i osoba nie mająca nic wspólnego z kostkami Rubika.

Do czego służy Czasowstrzymywacz?

Tego typu stopery są używane przez speedcuberów (osoby układające kostkę Rubika średnio w 10 sekund) do pomiaru szybkości ułożeń. Szczęśliwi czasu nie liczą – tak, to prawda. Jednakże dla speedcuberów to podstawowa miara, aby móc rywalizować ze sobą na ogólnopolskich zawodach (kto szybciej ułoży kostkę?) lub mieć motywację, aby być jeszcze szybszym.

Jaka jest przewaga Czasowstrzymywacza nad stoperem firmy Speedstacks?

Ano bardzo prosta: podstawowe stopery pokazują jedynie ostatni czas. Tyle. W dodatku z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Kolejną różnicą jest fakt, że Speedstacks Timer jest produktem zamkniętym, firma nie udostępnia oprogramowania czy choćby schematu. Cena i dostępność w Polsce jest osobną kwestią. Owszem, są tańsze zamienniki (QJTimery), ale szczerze mówiąc: ich wytrzymałość i jakość pozostawia wiele do życzenia. Mając tak naprawdę monopolistę z cudownymi cenami postanowiłem zrobić własny timer. …A co on potrafi?

Funkcje i właściwości Czasowstrzymywacza:

  • Otwarty projekt, udostępniony kod i schematy. Każdy może dopisać kolejne funkcje do Czasowstrzymywacza modyfikując zastany kod lub zrobić coś jeszcze lepszego! Obecna funkcjonalność to zasługa komentarzy na forum oraz YouTube. Społeczność speedcuberów jest naprawdę fajna.
  • W głównym menu wyświetla się 20 ruchowy scramble. Po każdym ułożeniu generuje się nam kolejny, losowy scramble (czyli “instrukcja” pokazująca jak pomieszać kostkę).
  • Jeżeli ułożymy kostkę i naciśniemy lewy sensor w głównym menu pokaże się nam poprzedni scramble. Dzięki temu możemy go przepisać i pokazać światu, wysłać wraz z rekordem do nieoficjalnych rankingów lub zostawić po prostu na pamiątkę.
  • Po naciśnięciu prawego sensora w menu ukaże się nam następująco: ostatni czas, średnia z n ułożeń, najlepszy i najgorszy czas, najlepsza średnia z 10 oraz analogicznie najgorsza średnia z 10 kolejnych ułożeń.
  • Główne menu to świecąca się na czerwono dioda RGB.
  • Naciśnięcie jednocześnie obu sensorów przeniesie nas do ekranu odliczania (od 3 do 1). Łącznie czekanie na możliwość rozpoczęcia układania kostki trwa 1,5 sekundy.
  • Jeżeli usuniemy prawą / lewą rękę (lub obie) podczas czekania wrócimy do głównego menu. Scramble będzie oczywiście identyczny.
  • Gdy czekamy mamy czerwone światełko. Natomiast po 1,5 sekundy zapala się nam zielone światło i otrzymujemy komunikat informujący o możliwości rozpoczęcia ułożenia. Możemy zdjąć jedną rękę lub obie.
  • Leci czas podczas układania, chyba logiczne i niewymagające wyjaśnień.
  • Podczas układania możemy trzymać prawą lub lewą rękę na stoperze. Dopiero przyłożenie drugiej zatrzyma odliczanie czasu. Udogodnienie dla OH-owców (ludzi układających kostkę jedną ręką, OH – one hand). Przyświeca nam niebieska światełko.
  • Zatrzymanie czasu spowoduje wyświetlenia się czasu, średniej z N czasów, najlepszy i najgorszy czas.
  • Teraz mamy trzy przyciski i tyle samo możliwości: NEXT, +2 oraz REMOVE.
  • Przycisk NEXT: naciskamy i powracamy do głównego menu. Nowy scramble, nowe wyzwanie.
  • Przycisk +2: “10e3 Jeśli jest potrzebny jeden ruch, uznaje się, że kostka jest ułożona z karą 2 sekund.” Mówiąc prościej: doliczamy karę dwóch sekund do ułożenia. Automatycznie kara jest uwzględniana w ustalaniu -naj czasów oraz -naj średnich.
  • Przycisk REMOVE to całkowicie mój wymysł polegający na tym: jeżeli nam kostka POP-nie (rozleci się) lub kot wskoczy na głowę podczas układania chcielibyśmy powtórzyć ułożenie. Usuwamy ten czas i ponownie automatycznie kara jest uwzględniana w ustalaniu -naj czasów oraz -naj średnich.
  • Po dodaniu kary (+2 lub REMOVE) należy nacisnąć NEXT, aby powrócić do głównego menu.
  • Oczywiście dodałem zabezpieczenie: możemy tylko raz przyznać sobie karę. Nie jesteśmy masochistami i wciśnięcie “+2″, a następnie “DNF” nie miałoby sensu. Lub na odwrót. Czyli: naciskasz +2/REMOVE i pozostaje ci jedynie NEXT. Wciskanie jakichkolwiek innych przycisków lub sensorów nie daje żadnego efektu.
  • Mamy do dyspozycji jeszcze jeden przycisk “RESET”. Naciśnięcie go w głównym menu lub po ułożeniu usunie bezpowrotnie nam wszystkie wyniki.

Kilka technicznych rzeczy, czyli najciekawsze informacje:

  • Maksymalny czas pojedynczego pomiaru: około 1193 godzin, czyli 49 dni. Dla porównania maksymalny czas pomiaru Speedstacksa: 10 minut…
  • Maksymalna ilość wyników: 349. Od razu jestem winien wyjaśnienia, bo ktoś powie, że śmieszna ilość. Z nieoficjalnych rankingów: “Konkurencja polega na ułożeniu jak największej liczby kostek Rubika w ciągu godziny, najlepszy wynik: 178″. W ciągu doby około 30 osób w Polsce ułożyło więcej niż 350 razy.
  • Oczywiście – można zwiększyć liczbę ułożeń, ale wtedy pamięć SRAM zostanie przepełniona na samym starcie – brak stabilności układu.
  • Opóźnienie: w początkowych wersjach stoper używał funkcji “delay(x);”, która służyła do zatrzymywania pracy wyświetlacza, dzięki temu redukowałem migotanie tekstu. Wtedy obliczyłem, że maksymalny błąd pomiaru czasu wynosi około 60-100 milisekund. W chwili obecnej NIE MA ANI JEDNEJ funkcji delay(x); podczas wykonywania pomiarów – a co za tym idzie brak jakichkolwiek opóźnień.
  • Brak migotania tekstu, które były dokuczliwe w wersjach 0.1 – 0.7.
  • Każda wewnętrzna instrukcja wykonuje się 16 milionów razy na sekundę, zatem kilka milionów linijek kodu może się wykonywać w ciągu sekundy. Dość szybko.
  • Program liczy 696 linijek kodu. Miało być over 9000… ;-)
  • Sensory dotykowe… Tak naprawdę powinny się one nazywać sensory pojemnościowe, ponieważ do pomiarów wykorzystuję pojemność elektryczną ciała człowieka. A tu ciekawostka: W 1952 roku C. Söderbaum, wykonując pomiary pomiędzy palcami wskazującymi lewej i prawej ręki, określił pojemność elektryczną ciała człowieka od 6 nF/cm2 do 10 nF/cm2.
  • Nie używam liczb zmiennoprzecinkowych, bo to zło. ZŁO!!!
  • Dokładność wyników do 3 miejsca po przecinku.
  • Przyciski są podłączone do jednego wejścia analogowego, wykorzystuję ADC.

Wykaz komponentów

Identyfikator Wartość Komponent
B1_(DNF) Przycisk (switch)
B2_NEXT Przycisk (switch)
B3_(+2) Przycisk (switch)
B4_RESET Przycisk (switch)
C1 100nF Kondensator ceramiczny
C2 10uF Kondensator elektrolityczny
C3 100nF Kondensator ceramiczny
C4 10uF Kondensator elektrolityczny
C5 18pF Kondensator ceramiczny
C6 18pF Kondensator ceramiczny
IC1 Atmega328P-PU
LCD-4X20 HD44780 wyświetlacz LCD 4×20
LED1 LED (5MM)
LED2 LED (5MM)
LED3 LED (5MM)
Q2 16MHz kwarc
Q3_LEFT Goldpin
Q4_RIGHT Goldpin
R1 1k Rezystor
R2 50k Rezystor
R3 10k Rezystor
R4 220R Rezystor
R5 220R Rezystor
R6 220R Rezystor
R7 1k Rezystor
R8 10k Rezystor
R9 10k Rezystor
R10 1k Rezystor
R11 1k Rezystor
R12 1k Rezystor
X1 5V Gniazdo USB typu B
IC1 DIL28 – podstawka precyzyjna lub wąska pod mikrokontroler
Obudowa 149x80x33 mm Obudowa plastikowa Z-44 firmy Nikomp (lub jakakolwiek inna)
Przewody od PCB do przycisków i LED-ów kilkanaście cm Taśma AWG28 przewód kolorowy 20 żył (lub jakakolwiek inne przewody)

Capacitive Sensor – sensory pojemnościowe (dotykowe)

Biblioteka „Capacitive Sensor” zamienia dwa lub więcej pinów Arduino w sensory pojemnościowe (dotykowe), których zadaniem jest pomiar pojemności elektrycznej ludzkiego ciała. Aby przygotować taki sensor potrzebujemy rezystorów o średnich lub dużych wartościach, przewodów oraz na końcu folię aluminiową o pożądanej powierzchni. W tej roli mogą się sprawdzić również jakakolwiek inne metalowe rzeczy. Co ciekawe, sensor potrafi zadziałać, gdy będziemy trzymać rękę lub ciało w pobliżu czujnika (musimy tylko ustawić wysoką czułość).

Czujniki pojemnościowe mogą być używane wszędzie tam, gdzie pożądane jest bardzo małe lub znikome użycie siły. Co więcej, nasz czujnik możemy zakryć bezpośrednio plastikiem, drewnem lub innym maskującym materiałem zyskując ochronę i walory estetyczne. Zakrycie papierem lub innym izolatorem jest również możliwe.

Jak to działa?

Pin wysyłający przełącza się na „nowy stan” i czeka na odbierający pin, aby zmienił swój stan na identyczny jaki przybrał pin wysyłający. Zmienna jest inkrementowana wewnątrz pętli while aż do czasu zmiany stanu pinu odbierającego. Dzięki tej metodzie uzyskujemy wartość zmiennej, przyjętej w umownych jednostkach.

A w praktyce?

W układzie wykorzystujemy rezystory od średnich do dużych wartości (100k – 50M) pomiędzy pinem wysyłającym, a odbierającym (sensorem). Przewód łączący pin wyjściowy z folią aluminiową jest bardzo dobrym sensorem. Dla wielu aplikacji, programów bardziej użyteczne będzie przykrycie papierem lub innym izolującym materiałem, aby nie dotykać bezpośrednio folii. Uzyskamy dzięki temu lepszy zakres wartości. Dodanie małego kondensatora o pojemności 100 pF pomiędzy sensor, a masę poprawia stabilność układu.

Gdy pin wysyłający zmienia swój stan jest pewne, że zmieni również stan pinu odbierającego. Opóźnienie pomiędzy tymi zmianami jest zdeterminowane przez stałą czasową RC, zdefiniowaną następująco: R * C, gdzie R to wartość rezystora, a C jest pojemnością pinu odbierającego i nie tylko (ludzkie ciało).

Dwa rezystory użyte w Czasowstrzymywaczu mają jednakowe wartości 10k

W nawiasie użyłem liczby 50, zatem maksymalna wartość może wynosić 100. Liczba 30 reprezentuje minimum. Jeżeli dotykamy sensora i wartości przyjmowane przez niego są większe od 30 zmienna left_value przyjmuje stan wysoki, w przeciwnym przypadku (nie dotykamy) stan jest niski. Regulowanie minimum umożliwia nam ustalanie czułości sensorów (lekki dotyk – mocny docisk).

Schematy wykonane w Eagle’u:

Kod do podejrzenia:

Pobieralnia:

Czasowstrzymywacz: stoper z sensorami dotykowymi, 4.6 out of 5 based on 60 ratings

Oceń post Kategoria: Arduino, Elektronika, Tagi: , ,

GD Star Rating
loading...