Автор проекта Осипов Вадим Владимирович (Санкт-Петербург, 2021)
Для наиболее полного раскрытия возможностей настольного хоккея Stiga Play Off автором была разработана и реализована на практике схема звуковой и световой индикации гола. Теперь играть в эту настольную игру стало гораздо интересней и увлекательней. При помощи доступных электронных технических средств удалось создать в игре ощущение реальности происходящего благодаря световым и звуковым эффектам, которые позволяют полностью погрузиться в атмосферу настоящего хоккейного матча.
То, что с 1983 года модель настольного хоккея “Play Off” (производитель шведская компания Stiga) до настоящего времени почти не изменилась, является показателем высокой степени совершенства игры, которая полюбилась многим поколениям игроков в настольный хоккей. Игра стала классикой, созданы национальные спортивные федерации настольного хоккея, где модель Stiga “Play Off” является официальной моделью при проведении международных соревнований.
Казалось бы, что нового можно привнести в игру, где всё отработано до совершенства? Внимательное изучение деталей пластмассового каркаса (основания) игры навело автора на мысль, что изначально игра задумывалась с использованием световой индикации гола. Позади каждых ворот в борту имелась трапециевидная ниша с отверстием в нижней части, где, скорее всего, предполагалось размещение красного сигнального индикатора (светодиода), включающегося при попадании шайбы в ворота. Именно для этого под воротами была сделана технологическая ниша, снабжённая кулачковым устройством выброса шайбы из ворот после забитого гола. Вероятнее всего в этой нише (или под ней) должен был размещаться датчик, срабатывающий при попадании шайбы в ворота. Стенки ниши имеют специальный уклон, чтобы после остановки шайба однозначно занимала позицию в строго определённом месте, вызывая надёжное срабатывание датчика для включения светового сигнала за воротами. Что заставило производителей настольного хоккея отказаться от реализации планов разработчика модели – нам не известно. В интернете не нашлось никакой информации об этом. Возможно, в то время не было необходимых технических средств и элементной базы, чтобы компактно поместить электронную схему индикации в каркас игры. Или техническое усложнение имеющейся модели снижало рентабельность её производства? Как бы то ни было, игра дошла до нас в том виде, где гол фиксируется только на примитивном табло, которое располагается вдоль борта и представляет собой цифровую шкалу с ползунковой рамкой. Забил гол – передвинь ползунок на следующую цифру. Вот и весь подсчёт забитых шайб! Да и сама игра проходит в относительной тишине, только шайба щёлкает о борта площадки, да жерди управления фигурками хоккеистов шуршат под белым «ледовым» полем. Нет ощущения присутствия на настоящем хоккее, хотя страсти на площадке кипят нешуточные! Радость по поводу забитого гола испытывает только один из играющих, и то по-тихому, про себя. Грустно как-то получается.
Хочется слышать звук сирены и видеть свет вспыхнувшего красного фонаря после того, как шайба влетает в ворота противника под восторженный рёв трибун и скандирование «Шайбу! Шайбу!» И чтобы потом среди этого ликования звучала бодрая ритмичная музыка, призывающая к новым победам! Чтобы присутствовал дух настоящего спортивного состязания и дарил участникам игры радость праздничного настроения!
Вот с такими мыслями я и приступил к разработке своего проекта звуковой и световой индикации гола. После множества проб и ошибок была создана схема, приведённая ниже.
Перечень элементов схемы
IC1, IC2 - К561ЛА7 (HCF4011BE) микросхема 2И-НЕ
IC3 - DFPlayer mini (МР3-плеер)
LED1 IR - ARL- 3014IRAB (ИК-диод 3мм)
LED2 - ARL-5923URC-3.5cd (светодиод 5мм красный))
HF1 - TSOP38238 (ИК-приемник 38 кГц 3 pin)
Т1, Т2, Т3 - 2SC1815Y (КТ3102А-Е) n-p-n транзистор
R1, R7 - 10 кОм (0,125 Вт)
R2, R3, R9 - 100 Ом (0,125 Вт)
R4, R5 - 15 кОм (0,125 Вт)
R6, R8 - 220 кОм (0,125 Вт)
R10 - 1 кОм (подстроечный)
C1 - 1500 пФ (конденсатор К10-17Б)
C2 - 22 мкФ (конденсатор электролитический 105С 10-50 В)
С3 - 2,2 мкФ (конденсатор электролитический 105С 10-50 В)
Ls1 - динамик 8 Ом (0,5 Вт)
Bat - батарея элементов питания 4,5 В (3 x LR6 size АА 1,5v)
S1 - мини выключатель
Схема основана на принципе срабатывания звуковой и световой индикации гола при пересечении инфракрасного луча шайбой попавшей в ворота. Основными элементами схемы являются: инфракрасные датчики (состоящие из инфракрасных диодов и приёмников), логические микросхемы, два мини-плеера mp3 и два малогабаритных звуковых динамика.
Когда шайба влетает в ворота, то она попадает в нижнюю часть ниши ворот, останавливаясь в самой нижней её точке. Тем самым шайба перекрывает инфракрасный луч, генерируемый инфракрасным диодом (ИК-диодом), расположенным под нишей ворот. Луч проходит от ИК-диода через отверстие в нише ворот и поступает на инфракрасный приёмник (ИК-приёмник), который расположен в воротах на уровне игрового поля. Когда схема находится в дежурном режиме, то луч проходит от ИК-диода к ИК-приёмнику беспрепятственно и никаких событий индикации не наблюдается. При пересечении ИК-луча шайбой, луч перекрывается и происходит срабатывание ИК-датчика, что приводит к срабатыванию схемы звуковой и световой индикации гола. За воротами, в которые попала шайба, начинает светиться красный светодиод и звучит сирена. После окончания звука сирены красный светодиод гаснет, и под рёв трибун продолжает звучать мотивирующая музыка, продолжительностью 15-20 сек. За это время шайба извлекается игроком из ниши ворот с помощью кулачкового механизма, и игра продолжается. Схема индикации снова автоматически устанавливается в дежурный режим и находится в этом режиме до следующего гола. Потом цикл повторяется.
Рассмотрим детально работу схемы индикации в дежурном режиме и в режиме срабатывания.
При первом включении электронной схемы выключателем S1, расположенным в нижней внешней части борта каркаса игры, от источника питания 4,5 вольта (состоящего из трёх элементов питания LR6 size АА 1,5v (пальчиковых батареек)) на схему подаётся напряжение 4,5 вольта, и происходит заряд конденсаторов схемы. При этом светодиоды за воротами кратковременно светятся красным светом и затем гаснут. После этого система автоматически устанавливается в дежурный режим.
Здесь надо отметить, что полная электрическая схема управления индикацией гола состоит из двух одинаковых сегментов, в каждый из которых входят:
1) один ИК-датчик (состоящий из LED1 и HF1).
2) генератор модулирующей частоты 38 кГц (собранный на двух элементах 2И-НЕ 1.1
и 1.2 микросхемы IC 1) по схеме мультивибратора.
3) схема управления световой индикацией (собранная на двух элементах 2И-НЕ 1.3 и 1.4 микросхемы IC 1 по схеме ждущего мультивибратора (одновибратора) и светодиоде красного свечения LED2(ARL-5923URC-3,5cd)).
4) схема управления звуковой индикацией (собранная на двух элементах 2И-НЕ 1.1
и 1.2 микросхемы IC 2) по схеме ждущего мультивибратора (одновибратора), и
одного мини-плеера mp3 (DFPlayer mini)).
Различие между этими двумя сегментами лишь в том, что в первом сегменте управляющий импульс низкого уровня поступает с выводов 1 и 4 микросхемы IC 2 по каналу управления 1 (это обычный провод) на вывод 11 первого мини-плеера mp3, который относится к первому сегменту.
Во втором сегменте управляющий импульс низкого уровня поступает с выводов 1 и 4 микросхемы IC 2 по каналу управления 2 (это обычный провод) на вывод 9 второго мини-плеера mp3, который относится ко второму сегменту.
Таким образом, на указанной выше принципиальной схеме индикации гола изображён лишь один из двух сегментов полной электрической схемы. Сегменты объединяет общий источник электропитания Bat 4,5v и общий выключатель S1, который коммутирует «минусовой» провод полной схемы, общий для двух сегментов. В остальном сегменты работают независимо друг от друга. Это связано с особенностями эксплуатации мини-плеера mp3 (DFPlayer mini), о которых я расскажу немного позже.
Все транзисторы схемы Т1, Т2 и Т3 n-p-n проводимости, серии 2SC1815Y (аналог КТ3102А-Е). Транзисторы Т1 и Т3 работают в ключевом режиме, т.е. они или полностью открыты, или закрыты в зависимости от приложенного к их базам потенциала (близкого к уровню логического нуля при низком значении, и близкого к напряжению источника питания при высоком значении (уровня логической единицы)). Транзистор Т2 работает в режиме импульсной модуляции тока, который проходит через его переход коллектор-эмиттер.
Работа схемы индикации в дежурном режиме.
На двух логических элементах 2И-НЕ 1.1 и 1.2 микросхемы IC 1 (К561ЛА7) собран генератор с тактовой частотой 38 кГц по схеме мультивибратора. Управляющие высокочастотные импульсы c вывода 4 микросхемы IC 1 через резистор R3 поступают на базу транзистора Т2, тем самым модулируя ток, проходящий через открытый транзистор. Этот ток проходит так же через ограничительный резистор R2 и через ИК-диод LED1 (ARL-3014IRAB), а так же через переход коллектор-эмиттер транзистора Т1, который в дежурном режиме открыт. ИК-диод LED1 излучает инфракрасный световой луч с частотой 38 кГц, который беспрепятственно достигает ИК-приёмника HF1 (TSOP38238) с рабочей частотой приёма 38 кГц. Использование такого ИК-приёмника с модулированной рабочей частотой снижает возможные ложные срабатывания от электрических наводок и помех. ИК-диод LED1 и ИК-приёмник HF1 вместе составляют ИК-датчик системы индикации гола.
В дежурном режиме на выходе 3 ИК-приёмника HF1 присутствует низкий потенциал, который приложен к базе транзистора Т3. Уровня этого потенциала не достаточно для того, чтобы открыть переход коллектор-эмиттер, поэтому транзистор Т3 закрыт. Сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора Т3 велико, и с «+» источника питания Bat 4,5v положительный потенциал высокого уровня (близкий по своему значению к уровню логической единицы) приложен к выводу 9 микросхемы IC 1, и к выводу 2 микросхемы IC 2 (К561ЛА7). При этом на выводах 8 и 11 микросхемы IC 1 и выводах 1 и 4 микросхемы IC 2 тоже присутствует потенциал высокого уровня. Это приводит к тому, что светодиод индикации гола LED2 не светится, а на управляющем контакте мини-плеера mp3 (DFPlayer mini) отсутствует отрицательный управляющий импульс. Таким образом, в дежурном режиме световая и звуковая системы индикации гола находятся в режиме ожидания, пока никак себя не проявляя.
Работа схемы индикации в режиме срабатывания.
Когда шайба попадает в ворота, то она перекрывает инфракрасный луч, направленный от ИК-диода LED1 к ИК-приёмнику HF1. При этом на выходе 3 ИК-приёмника HF1 потенциал низкого уровня изменяется на потенциал высокого уровня, вследствие чего транзистор Т3 открывается. «Минус» источника питания через открытый переход коллектор-эмиттер транзистора Т3 подаётся на вывод 9 микросхемы IC 1 и на вывод 2 микросхемы IC 2. При этом на выводах 8 и 11 микросхемы IC 1 и выводах 1 и 4 микросхемы IC 2 возникает потенциал низкого уровня. Это приводит к тому, что светодиод индикации гола LED2 начинает светиться в течение примерно 3-х секунд, а на управляющий контакт мини-плеера mp3 (DFPlayer mini) поступает короткий импульс низкого уровня, длительностью менее 0,5 сек.
Надо сказать, что звуковая и световая индикация гола срабатывают одновременно.
То есть, как только шайба попала в ворота, и сработал ИК-датчик, то за воротами вспыхивает красный сигнал и одновременно с ним начинает звучать сирена. Время звучания сирены и свечения красного светодиода выбрано одинаковым, и составляет около трёх секунд. После этого красный свет за воротами гаснет, и сирена умолкает. Но музыкальный трек не заканчивается, а продолжает звучать! При этом воспроизводится восторженный рёв трибун, скандирующих «Шайбу! Шайбу!» под один из двадцати записанных на карту памяти хоккейных джинглов (мотивирующих мелодий, которые воспроизводятся на хоккейных матчах для поднятия боевого духа игроков и болельщиков). Всё это музыкальное сопровождение забитого гола воспроизводится в течение 15-20 сек. Потом всё стихает до следующего забитого гола. Возникает атмосфера настоящего хоккейного матча!
С технической точки зрения вышеописанные действия происходят так:
Как только на вывод 11 или 9 мини-плеера поступает управляющий импульс низкого уровня, то плеер начинает воспроизводить очередной музыкальный трек при помощи звукового динамика Ls1 (8 Ом) подсоединённого к выводам 6 и 8. Желаемый уровень громкости воспроизведения изначально выставляется переменным резистором R10. На выводе 16 плеера (который обозначен на схеме Busy) в ждущем режиме (когда нет воспроизведение звукового сопровождения) присутствует электрический потенциал высокого уровня, который через резистор R1 приложен к базе транзистора Т1. При этом транзистор открыт, и через его полностью открытый переход коллектор-эмиттер протекает ток с частотой 38 кГц, который проходит так же через ИК-светодиод LED1. В результате чего светодиод излучает ИК-луч и ИК-датчик находится в дежурном состоянии ожидания.
После срабатывания системы индикации, когда начинает звучать сирена, на выводе 16 плеера устанавливается потенциал низкого уровня, который приложен к базе транзистора Т1. Транзистор закрывается. На протяжении всего времени воспроизведения звукового файла на выводе 16 плеера присутствует потенциал низкого уровня, который удерживает транзистор Т1 в закрытом положении на всё время звучания музыкального сопровождения. При этом ток не проходит через светодиод LED1 и ИК-луч в ИК-датчике отсутствует. Это позволяет за время звучания хоккейного джингла удалить шайбу из зоны ворот не вызывая повторного ложного срабатывания схемы индикации гола, так как ИК-датчик отключён от схемы. После окончания музыкального сопровождения на выводе 16 Busy появляется электрический потенциал высокого уровня, транзистор Т1 снова открывается, и система индикации переходит в дежурный режим ожидания следующего гола.
Поскольку шайба одна, то в текущий момент времени она может находиться только в одних воротах, вызывая срабатывание индикации только одного сегмента схемы. Второй сегмент в это время продолжает находиться в дежурном режиме. Задача игрока сводится к тому, что за 15-20 сек. (пока звучит музыка) успеть достать шайбу из ворот и после окончания звукового сопровождения гола продолжить игру.
Теперь более подробно расскажу о работе мини-плеера mp3 (DFPlayer mini) .
Особенности работы DFPlayer mini.
Плеер предназначен для воспроизведения файлов в формате mp3, которые записаны на карте памяти microSD 2Gb. Музыкальные файлы (треки) записываются на карту памяти заранее. Каждый из треков записан на карту памяти под своим номером: нумерация начинается с номера 0000 для первого трека и продолжается по возрастающей вплоть до номера 9999 для последнего трека. На карте памяти каждого проигрывателя записано 20 музыкальных треков. Карта памяти вставляется в держатель проигрывателя и фиксируется в нём.
Особенностью работы DFPlayer mini является то, что управление воспроизведением музыкальных треков осуществляется подачей однократных кратковременных управляющих импульсов низкого уровня на выводы 11 или 9. Для того чтобы началось воспроизведение музыкального трека, время длительности импульса не должно превышать 0,5 секунды.
Когда импульс поступает на вывод 11 плеера, то начинает воспроизводиться очередной музыкальный трек в порядке возрастания нумерации. Если же импульс поступает на вывод 9 плеера, то начинает воспроизводиться очередной музыкальный трек в порядке убывания нумерации.
Если управляющий импульс будет длиться больше 0,5 секунды, то плеер переходит в режим управления уровнем громкости звучания. При длительном воздействии (более 0,5 сек.) на вывод 11 плеера громкость будет увеличиваться, а при длительном воздействие (более 0,5 сек.) на вывод 9 плеера - громкость будет уменьшаться.
Микросхема IC2 формирует управляющий импульс низкого уровня, не превышающий по времени 0,5 сек, чтобы все музыкальные треки воспроизводились с одинаковым уровнем громкости. Поскольку в полной схеме индикации гола в каждом из двух сегментов используется свой плеер, то управление воспроизведением для первого плеера осуществляется по каналу 1 на вывод 11, а для второго плеера – по каналу 2 на вывод 9.
Почему была использована схема с двумя почти идентичными сегментами управления индикации гола?
Казалось бы, можно было обойтись одним мини плеером mp3, и управлять им, подавая управляющие импульсы на вывод 11 с каждой логической микросхемы IC2, которые срабатывали бы от своих ИК-датчиков в воротах. И генератор частоты 38 кГц можно было бы сделать общим для обоих датчиков. Понадобилось бы в два раза меньше комплектующих элементов. Экономия налицо! Но это теоретическое предположение опровергалось практикой подключения двух ИК-датчиков к своим логическим микросхемам с использованием одного плеера. Как только на плеер приходил управляющий сигнал по управляющему каналу от одного из датчиков, то сразу же за ним срабатывал и второй канал! Получалось, что красный свет загорался за обеими воротами одновременно. А звук серены, после срабатывания первого датчика, прерывался и начинал звучать заново от срабатывания второго канала управления. Таким образом, имел место быть конфликт состояний датчиков, когда к управляющему выводу плеера были одновременно приложены два разных потенциала: один (низкого уровня) от сработавшего датчика в одних воротах, и другой (высокого уровня) от датчика находящегося в режиме ожидания в других воротах. Было испробовано множество вариантов подключения с использованием гальванических развязок каналов управления с помощью оптопар, блокировки каналов при помощи реле, всяческих технических ухищрений и устранения возможных наводок. Ничего не помогло. Только разделение схемы на два независимых сегмента управления дало положительных результат!
Это разделение позволило решить ещё одну проблему при воспроизведении треков музыкального сопровождения. В каждый из двух мини плееров mp3 вставлены карты памяти с одинаковым порядком воспроизведения записанных на них треков. Каждый из треков отличается от других по своему музыкальному содержанию, чтобы после каждого забитого гола звучала разная музыка. На практике могла возникнуть ситуация, когда после первой шайбы забитой в одни ворота, звучал первый из записанных на карту памяти джинглов, а если следующая шайба влетала в другие ворота, то этот первый джингл звучал опять, но уже с другого плеера, поскольку на нём он воспроизводился тоже первым по очереди. Для того чтобы избежать повторения одного и того же музыкального джингла при игре, был выбран режим воспроизведения треков на одном из проигрывателей в прямом порядке следования, а на другом – в обратном. При этом исключалась возможность повторного воспроизведения одного и того же трека другим проигрывателем.
Таким образом, была реализована идея создания системы световой и звуковой индикации в настольном хоккее Stiga “Play Off”!
Следующим этапом работы над совершенствованием этой настольной игры будет создание автоматического электронного табло для визуальной индикации счёта забитых шайб.
Прошу уважаемых читателей статьи и подписчиков канала высказывать свои отзывы, замечания и предложения в комментариях, или присылая их автору на электронную почту: vad1610@yandex.ru
С уважением и наилучшими пожеланиями, Вадим Осипов.
Продолжение следует!
С предыдущими публикациями по этой теме Вы можете ознакомиться по ссылкe:
https://zen.yandex.ru/id/60788c034c3dae4e7deaf2e4