معرفی
آیا تا به حال آرزو داشته اید که یک بازی دارت به طور خودکار بدون استفاده از آن دارت های پلاستیکی مزاحم به ثمر برسد؟ ما به این نتیجه رسیدیم که این رویایی است که اکثر ما در مقطعی دیدهایم، و بنابراین تصمیم گرفتیم یک سیستم امتیازدهی خودکار را برای یک تخته دارت چوب پنبهای «واقعی» پیادهسازی کنیم.
ما به عنوان دانشجویان کالج دریافتیم که دارت راهی عالی برای گذراندن زمان و آرامش است. پس از سالهای دوم تحصیلی، ما خود را بازیکنانی نسبتاً جدی دارت میدانستیم و تصمیم گرفتیم که از یک دارتبورد الکترونیکی به تخته دارت چوب پنبهای ارتقاء دهیم، اما از نبود امتیاز خودکار بسیار ناامید شدیم. بنابراین، انگیزه پشت پروژه نهایی ما قبل از اینکه بدانیم پروژه ما وجود دارد، وجود داشت. وقتی رویای دارت خود را به عنوان کاربرد احتمالی میکروکنترلرها دیدیم، فرصت را از دست ندادیم.
بنابراین، برای پروژه خود، ما یک تخته دارت الکترونیکی "واقعی" طراحی کردیم. امتیاز روی یک LED ساعت زنگ دار نگه داشته شد که ما آن را از ساعت زنگ دار شکسته کورتیس برداشتیم. کاربران توانستند دو بازی را روی برد ما انجام دهند: 301 و کریکت.
طراحی سطح بالا
ما تصمیم گرفتیم که این پروژه را نه تنها به نفع خودمان، بلکه به نفع همه آن دسته از دوستداران دارت بالقوه ای که در ابتدا مرعوب دارت های چوب پنبه ای و حفظ امتیاز خود هستند، انجام دهیم. کورتیس صاحب یک تخته دارت الکترونیکی بود و مارک صاحب یک تخته دارت چوب پنبه ای بود و با ترکیب قدرتمان یک تخته دارت الکترونیکی چوب پنبه ای ساختیم.
ما دارت را با استفاده از دو لایه فوم اتلاف الکترواستاتیک (ESD)، یک شبکه تقسیم کننده ولتاژ، دو مالتی پلکسر آنالوگ 16 به 1 و مبدل A/D میکروکنترلر Mega 32 شناسایی کردیم. لایه اول فوم ESD تشخیص داد که کدام یک از 20 شماره مورد اصابت قرار گرفته است و لایه دوم تشخیص می دهد که کدام یک از حلقه ها (تک، دوتایی، سه تایی یا گاو نر) مورد اصابت قرار گرفته است. امتیازات بازیکنان روی یک LED ساعت زنگ دار که از ساعت زنگ دار شکسته کورتیس برداشت شده بود، نمایش داده می شد.
در ابتدا، ما شگفت زده شدیم که هیچ کس در ابتدا به این ایده به ظاهر عالی فکر نکرده بود. ما تصور می کردیم که اگر کسی بتواند چنین تخته دارت را به طور موثر پیاده کند، مطمئناً تقاضا در بازار وجود خواهد داشت. از آنجایی که به نظر نمی رسید چیزی شبیه به طراحی ما وجود داشته باشد، ما نگران تداخل با پتنت ها یا حق چاپ موجود نبودیم.
طراحی برنامه/سخت افزار
سخت افزار
چندین مانع عمده برای اجرای امتیاز دهی خودکار با دارت های "واقعی" وجود داشت. سخت ترین مانع، تعیین دقیق موقعیت دارت ها بود. 82 ناحیه مجزا روی تخته دارت وجود دارد. 20 عدد، هر کدام دارای 2 ناحیه منفرد، 1 حلقه "دو" که در آن دارت ها دو برابر مقدار عددی خود حساب می کنند، و 1 حلقه "سه گانه" که در آن دارت ها سه برابر مقدار عددی خود را می شمارند، یک چشم گاو نر (چشم گاو نر بیرونی) حلقه)، و 1 چشم گاو "دو" که در آن ضربه ها به عنوان دو چشم گاو نر به حساب می آیند. هر یک از این نواحی باید با دقت در حدود یک میلی متر از ناحیه همسایه خود جدا می شد. بخش زیادی از زمان طراحی ما برای ابداع یک طرح عملی برای تشخیص دارت ها استفاده شد.
تشخیص دارت
ما چندین ایده برای عبور از این پل مطرح کردیم. ایده اولیه ما این بود که از سه حسگر موقعیت نوری در اطراف تخته برای تشخیص یک دارت و مثلث کردن موقعیت آن استفاده کنیم. اما این ایده محقق نشد زیرا قیمت قطعات ما به 50 دلار محدود شده بود. یافتن سنسورهای نوری با دقت میلیمتری بیش از 18 اینچ تخته دارت چوب پنبهای با قیمت کمتر از 100 دلار غیرممکن بود، چه رسد به اینکه سه سنسور با قیمت کمتر از 50 دلار.
ایده بعدی ما این بود که دارت هایی را که پرتاب می کردیم مغناطیسی کنیم و حسگرهای ارزان قیمت هال را در پشت تخته دارت قرار دهیم تا ضربه های دارت را تشخیص دهند. ما میدانستیم که میتوانیم حسگرهای جلوه هال را با قیمتی حدود 1 دلار بخریم، بنابراین در ابتدا جذاب به نظر میرسیدند. مشکل سنسورهای اثر هال این است که اگرچه ارزان هستند، اما دقیق نیستند. ما می دانستیم که برای بدست آوردن دقت مورد نیاز به بیش از 30 سنسور نیاز داریم و با بودجه 50 دلاری نمی توانستیم بیش از 30 سنسور بخریم.
در این مرحله ما گیر کرده بودیم و به تغییر کامل پروژه ها نزدیک بودیم. ما با پروفسور لند صحبت کردیم تا ببینیم آیا او ایده دیگری دارد یا خیر. او استفاده از دو لایه صفحه آلومینیومی را پیشنهاد کرد که با یک ورق عایق از ماده ای مانند Mylar از هم جدا شده اند. با استفاده از این طرح، یک ترکیب گوه و حلقه در هر زمان به هم متصل می شود. با استفاده از این دانش، میتوانیم ولتاژ را به مبدل A/D وارد کنیم و رمزگشایی کنیم که به کدام حلقه و گوه ضربه زده است. با این حال، این یک مشکل متفاوت ایجاد کرد، زیرا با یک هادی فلزی مانند آلومینیوم، ولتاژ یا کم یا زیاد میشد و ما نمیتوانیم دو دارت را در یک تعداد یا در یک حلقه تشخیص دهیم. با این حال، اگر بتوانیم ماهیت رسانایی آلومینیوم را دور بزنیم، این پیشنهاد خوبی به نظر می رسید.
وقتی این مشکل جدید را به پروفسور لند ارائه کردیم، او فوم ESD را به عنوان یک احتمال پیشنهاد کرد. فوم ESD فومی است که مقاومت محدودی دارد که صفر نیست. ما تصمیم گرفتیم که فوم ESD بهترین شانس ما برای به دست آوردن دقت قابل اعتماد روی تخته بدون اجبار بازیکنان به پرتاب یک دارت در یک زمان باشد، بنابراین ما مقداری از آن را از شرکت Foamtech در ماساچوست سفارش دادیم. این یک طرح شماتیک از طراحی سخت افزار نهایی ما برای تشخیص دارت است.