Tijdbomspel – Fort de Hel

Waarschuwing South_Africa_-_General_Warning_sign_(temporary).svg Lees dit eerst
Op deze pagina wordt een tijdbomspel besproken. Deze lijkt op een echte, maar is dus ‘inert’. Dat wil zeggen dat er geen enkele explosieve lading wordt gebruikt. Desondanks lijkt deze tijdbom op een echte. Zeker voor een ongetrainde of de ‘gewone mens’ kan een onbedoelde, plotselinge confrontatie met een dergelijk object erg schokkend zijn. Mocht je uit deze pagina inspiratie halen of er zelf een gaan maken, houd bovenstaande in gedachten.  Zorg er voor dat iedereen in de omgeving, of mogelijke omstanders vooraf weten dat dit een relikwie/ neppe bom is. Vanzelfsprekend zijn luchthavens, stations, bussen, boten, trams, treinen, scholen, bibliotheken, overheidsgebouwen, drukke gebieden en een tal van andere plaatsen NIET geschikt om een dergelijk object bij je te dragen. Gebruik je verstand.

Opdrachtgever: Fort de Hel (http://www.fortdehel.nl/)
Opdracht: Ontwerpen en maken van een tijdbomspel met externe timer en relaisbord
Start opdracht: Maandag 20-09-2014
Verwacht oplevering: Vrijdag 14-11-2014 – Opgeleverd 20-11-2014 ✔

Dit wordt het 2e tijdbomspel wat gebruik gaat maken van de GM7UTB printplaat. Voor de ontwikkeling van de GM7UTB printplaat, kan men [hier] kijken. Alle updates op die pagina, tot en met 22-10-2014 hebben betrekking tot de GM7UTB.

20141022_121021

Hierboven: Een printplaatpanel met bovenin de te gebruiken GM7UTB printplaat. De controller (onderin) en de Li-Ion opladers (kleine bordjes rechts) worden in dit tijdbomspel niet gebruikt.

UPDATE 23-10-2014

De opdrachtgever van Fort de Hel heeft een aantal specifieke wensen, welke vragen om een aantal specifieke toevoegingen aan het design. Printplaten, printplaten en nog eens printplaten. Oja… En UTP kabels! Er komt een schakelmodule met een aantal relais, welke 230V verbruikers kunnen schakelen, ook komt er een extra externe timer, welke wordt ingebouwd in een alarmklok (Een old school Philips klokalarm). Aangezien deze apparaten mogelijk tot 10 meter van elkaar vandaan staan, maar wel op een vaste, droge locatie verblijven en daarom draadloze communicatie misschien een beetje overkill zou zijn (prijs), bedacht ik een doeltreffende manier om de maximale communicatieafstand van een I2C verbinding te kunnen verhogen tot enkele tientallen meters. I2C is een heel simpel communicatieprotocol dat slechts een klok en een datalijn heeft. Het is een bi-directionaal protocol, wat inhoudt dat er slechts 1 datalijn nodig is om te kunnen ontvangen en te zenden. Helaas is I2C ongeschikt voor lange afstanden. Dit komt voornamelijk door de gevoeligheid voor overspraak van de datalijn naar de kloklijn en vica versa. Na een meter of 3 tot 5 houdt het wel een eindje op. Met een fatsoenlijk aangesloten UTP kabel, of ander soortig twisted pair kabel zou je met hakken over de sloot net 10-30 meter kunnen halen, maar er hoeft maar een beetje elektromagnetische invloed te zijn van buiten af en het feest houdt op. Na een klein beetje rondneuzen bedacht ik om toch I2C te blijven gebruiken, maar deze fatsoenlijk te bufferen met een P82B96 IC. Dit handige ic’tje kan een I2C verbinding opkrikken met hogere drive currents, waardoor er langere kabellengtes gebruikt kunnen worden. Dit in combinatie met een fatsoenlijke UTP kabel zou voor een stabiele en degelijke verbinding moeten zorgen tot minimaal 20 meter kabellengte met 3 slaves (4 apparaten; 1 master, 3 slaves). De UTP kabel wordt optimaal gebruikt volgens een zelf bedacht data/power systeem. De eerste 4 aders zijn toegewezen aan de dataoverdracht en de spanningsvoorziening voor de P82B96’s in het busnetwerk. De overige 4 aders worden gebruikt om de overige elektronica te voeden in het aan te sluiten externe apparaat. (De timer en de relais aansturing). Zo zal een kleine spanningsdip, door bijvoorbeeld het aanslaan van een relais, veel minder invloed hebben op de stroomvoorziening voor het in stand houden van het busnetwerk, wat op zijn beurt weer goed is voor de stabiliteit van dit netwerk.

smallBoards_FortDeHelHierboven: Linksboven: ontvangermodule en aansturing voor de externe timer. Deze wordt samen met de timer (rechts, langwerpig) ingebouwd in een oude Philips alarmklok.
links-onder: Relais-aanstuurmodule. Dit bordje zal een relaisbord aansturen waarop een aantal relais zitten welke 230V kunnen schakelen. Rechts-onder: I2C bus koppeling met de master. Dit bordje wordt als enige van de 3 in de speltijdbom behuizing gemonteerd en zal een directe I2C verbinding krijgen met de microcontroller op de GM7UTB printplaat. Er zitten 3x RJ45 connectoren op om dus een busnetwerk op te kunnen zetten met standaard UTP kabel (GEEN standaard ethernet/switch/patch kabel!, er wordt zo uitgelegd waarom).
Deze UTP kabels kunnen onderin de timebomb worden geprikt en zorgen zo voor data en stroom aan de externe apparaatjes. De printplaten zijn nog niet af qua design; sommige onderdelen moeten nog worden verbonden en wat worden bijgeschaafd, maar dat lijkt mij een kwestie van tijd.

De UTP kabel layout.

standaard UTP kabel voor RJ45 connectoren heeft 8 aders in 4 paren. Ieder van de 4 paren is in elkaar gedraaid over de gehele kabellengte; ‘twisted’ (UTP = Unshielded Twisted Pair).
Dat in elkaar gedraaid zijn heeft een functie; het vermindert overspraak drastisch, mits goed toegepast. Overspraak is de killer voor lange-afstands I2C verbindingen. Er zijn globaal gezien 2 standaarden, welke worden gebruikt met betrekking tot de 8 aderige UTP kabel met RJ45 connector: De T-568A en de T-568B. Beiden zijn uitwisselbaar. Gebruik je ze echter door elkaar, d.w.z. een connector volgens de A standaard aan de ene kant en een connector volgens de B standaard aan de andere kant van de kabel, dan spreken we van een cross-over kabel. Hebben beide kanten een gezamenlijke A standaard, danwel B standaard, dan spreken we van een straight kabel. Leuk lesje RJ45 netwerken zul je denken. In de prullenbak er mee. Ik gebruik deze standaard in mijn ontwerp niet, omdat mijn ontwerp niet overweg kan met de uitwisselbaarheid van de A en B standaarden. Dit heeft dan weer te maken met het feit dat ik 4 aders gebruik voor de stroomvoorziening. Juist om niet de indruk te geven dat men een standaard patchkabel of een internetkabel van de Mediamarkt kan aansluiten, heb ik een eigen systeem bedacht:

1:I2C SCL (klok)
2:Signal +9~15V (klok/data)
3:I2C SDA (data)
4:Signal GND (klok/data)
5:GND (stroomvoorziening)
6:GND (stroomvoorziening)
7:VCC (stroomvoorziening)
8:VCC (stroomvoorziening)

Nu zou een standaard straight netwerkkabel wel kunnen werken, maar niet optimaal. Omdat dan SDA een paar deelt met een normale ground en niet een signal ground, welke van elkaar gescheiden zijn in de kabel. Een ground-loop of overspraak door het stroomverbruik van het externe apparaat zou het gevolg kunnen zijn. Een standaard cross-over kabel zou echter voor rook kunnen gaan zorgen. Omdat er dan een Signal +9~15V met een normale ground of een signal ground verbonden kan raken; kortsluiting.
Het maximale vermogen door de stroomvoerende aderparen is 25 Watt voor Cat 5 UTP kabel. Dit zal na lange niet gevraagd worden door de externe apparaatjes. De dubbele aderparen voor de stroomvoorziening zijn dan ook voor redundantie en een iets lagere spanningsval.
De aderparen voor de data zijn bewust niet dubbel uitgevoerd omdat dan de capaciteit van deze kabels weer toeneemt, wat ze vervolgens weer gevoeliger maakt voor overspraak en nadelig is voor de snelheid van de verbinding.

UPDATE 28-10-2014

Momenteel bezig met de snijtekening voor de lexaanplaten voor de te maken tijdbomspellen, waaronder deze van Fort de Hel. Het design houdt er rekening mee dat vrijwel alle onderdelen op of aan de lexaanplaat kunnen worden gemonteerd. Dit komt het inbouwproces ten goede en verlaagd de arbeidstijd die ik er anders zelf in moet steken. Ik verwacht deze 29 oktober, aan te kunnen bieden aan de lasersnijder.
kofferlayout

UPDATE 29-10-2014

De snijtekening is naar de lasersnijder. 5 November wordt deze als het goed is geleverd en kan het grote puzzelen beginnen. Dan kan alles in elkaar gezet worden. Gelijk ook maar een paar sleutelhangertjes laten meesnijden 🙂 (bovenin)

snijtekeningScreenDumpGM7

 

UPDATE 06-11-2014

De gesneden materialen zijn binnen en de maten kloppen.

20141106_235049De beschermfolie zit nog op deze plaat; zonder folie is de plaat transparant. Morgen ga ik hier mee aan de slag en dan zullen we wat meer leuke stappen zien met foto’s en hier en daar een filmpje 🙂 Bij het eerdere project heb ik de plaat al grotendeels gemonteerd en volgepakt met onderdelen. Kijk [hier] om te zien hoe dat er uit ziet.
De printplaatjes voor de randapparatuur (de externe timer en de relaismodule) komen maandag binnen. Hier zat helaas een kleine vertraging bij, maar als alles goed werkt verder, moet dat geen probleem zijn.

UPDATE 09-11-2014

We beginnen vorm te krijgen:
20141109_043055Alles past netjes en ziet er strak uit. Koffer lijkt geel maar is in werkelijkheid oranje. De flits van de camera schijnt oranje niet zo’n leuke kleur te vinden blijkbaar en overbelicht deze.

Dit tijdbomspel wordt net als de escape room timebomb die ik eerder had gemaakt automatisch voorzien van spanning en begint dan automatisch met aftellen vanaf een vooraf ingestelde tijd, wanneer de hoofdspanning wordt geschakeld (met een klik-aan-klik-uit schakelaar in dit geval). Daarom zitten er geen aan/uit knoppen op deze timebomb. De koffer is gereed voor een groot gedeelte maar nog niet af: Er komt nog een RFID module met antenne in, een verdeelbordje met een I2C buffer en 3x RJ45 connectoren, 2 audio cinch aansluitingen en een DC jack. De RFID module wordt bovenin ergens geplaatst en de overige zaken, alle aansluitingen, worden gegroepeerd op de bodem van de koffer geplaatst, waarbij de aansluitingen buiten de bodem zullen steken.
Ook komt er op de lege plek rechts in de koffer een nep-explosief, de ‘payload’. Dit wordt nog een verrassing. De ideeën zijn al bedacht, nu nog realiseren 🙂

Kortom veel montagewerkzaamheden afgerond, nog een klein beetje te gaan en dan alles afprogrammeren. We zijn op de goede weg, weliswaar met wat vertraging, maar ontevreden ben ik zelf in ieder geval niet met de resultaten tot dusver. We gaan hier verder en maken er iets moois van 🙂

UPDATE 11-11-2014

De externe timer is af en werkt. Dat betekent ook automatisch dat de I2C verbinding, welke worden gebufferd door de P82B96 IC’s, goed functioneert. Ik heb voor de test een 5 Meter UTP kabel gebruikt en ook nog een 10 meter UTP kabel voor de relaismodule (komt later bij een update aan bod). Dit maakt de buslengte zo’n 15 meter totaal voor de test en de I2C verbinding was stabiel en snel genoeg. Iets waar ik blij van word 🙂
Foto’s:

20141110_130011De bordjes welke wat later binnenkwamen. Linksboven is de timer voor de klokradio. Daar direct onder is de aansturing van deze timer en I2C verbindingsnode, samen op een printplaatje. Rechts-onderin is de relais-aansturings-printplaat, wederom met een I2C verbindingsnode. Rechts-bovenin is de I2C hub/buffernode. Deze wordt als enige ingebouwd op de bodem van de GM7UTB. Hierop kunnen dus maximaal 3 externe nodes aangesloten worden, zoals de timer en het relaisbordje. In het geval van Fort de Hel blijft er nog 1 aansluiting vrij voor toekomstige uitbreiding.

20141110_125910Hierboven: 2 uurt later, met flux-dampen gevulde longen en wat componenten verder zagen de bordjes er zo uit.

20141110_130440Demonstratie hoe een UTP-kabel wordt aangesloten tussen de hub en een node

20141111_181626Na een beetje dremelen passen de timer-node en de timer perfect in de behuizing van de door de opdrachtgever geleverde alarmklok.

20141111_181616Zelfde, maar dan vanuit een andere hoek

20141111_191453Het was wat gedoe om de losse knopjes weer vast te zetten in de oude behuizing, om zo de look van een oude alarmklok te behouden. Het kwam neer op een kliederboel met heel veel epoxy ;-). Het geheel werkt, zoals je in bovenstaande foto kan zien. Zowel data als stroom gaan door de UTP kabel.

20141111_191538De enige aansluiting, een RJ-45 poort. Voor de opdrachtgever wel een puntje om nu al over na te denken, om de kabel of te verbergen, ontoegankelijk te maken of desnoods te verlijmen in de poort. Het zal de werking van de GM7UTB echter niet verstoren als deze tijdens de werking wordt losgetrokken. (Dit heb ik getest).

UPDATE 20-11-2014

Opleverdatum. De bom is momenteel opgeleverd aan Fort de Hel en zal spoedig in gebruik worden genomen. Hieronder een aantal filmpjes van de laatste stappen van het ontwerpproces:

En natuurlijk ook een paar foto’s:

20141119_044346RFID early stage test. Meten is weten, testen of getest worden. Ieder 1.0 ontwerp heeft natuurlijk wat kleinigheidjes welke achteraf pas kenbaar worden, maar in grote lijnen moet de boel gewoon stabiel en strak draaien. Daarom alle hardware en software veel testen en verschillende opties proberen om te kijken of er een fout te forceren valt.

20141118_183848Openingen gemaakt in de bodem van de koffer voor de aansluitingen. Links is de DC laagspanningsbus al gemonteerd, met een klein ontkoppelcondensatortje.

20141120_004159Onderkant. Rechts zitten dus 3 RJ45 stekkers waaraan de externe randapparaatjes gekoppeld kunnen worden. In het midden de 2 cinch aansluitingen voor het geluid dat richting de versterker gaat welke bij de opdrachtgever op locatie staat.

20141119_212548Bijna klaar! Los van de bevestiging van de bovenplaat is dit tijdbomspel af.

20141120_120624Op locatie bij de opdrachtgever in een testopstelling; alles werkt goed. Rechts ziet men een schakelbord met wandcontactdozen en een electra-doos. In deze doos zit de relaismodule, waarvan 3 relais dus ieder een wandcontactdoos kan schakelen. Oude herinneringen van de VMBO-K metalectro opleiding kwamen weer naar boven; het aansluiten van elektra op een houten paneel 🙂

20141120_121448De opdrachtgever met zijn nieuwe aanwinst! Met deze foto leek mij het ook een goed punt deze pagina af te sluiten. Mocht er een promotinele video de opdrachtgever openbaar worden gemaakt waarin de timebomb is te zien, zal ik deze natuurlijk nog hier er bij zetten.

Leave a Reply