RFID DOMINATOR - stopky pre Airsoft | Paintball

DOMINATOR (nazývaný aj DOMINATION Timer) je zariadenie - stopky pre športy typu Airsoft, Paintball so sekundovým rozlíšením. Stopky využívajú riadiaci mikrokontróler Arduino (Arduino Uno / Nano), prípadne samostatný čip (Atmel) AtMega328P (architektúra AVR), ktorý ovláda celú logiku systému a komunikuje so všetkými perifériami, ktoré sú v projekte použité.

Súčasťou stopiek je LCD znakový displej rozmeru 16x2 (16 znakov x 2 riadky), respektíve 20x4, na ktorom sa vyobrazujú časy jednotlivých tímov, ktorý komunikuje s Arduinom cez I2C zbernicu.

Entity v projekte RFID DOMINATOR (s farebným rozlíšením entít - aj v texte nižšie):

V hre sú 2 tímy - RED tím a GRE tím, ktoré proti sebe hrajú a zaberajú bod, ktorý je tvorený týmto zariadením - DOMINATOR. Na začiatku hry sú na displeji vypísané časy pre každý tím so začiatočnou hodnotou 00 hodín, 00 minút, 00 sekúnd. Každý z členov tímu je vybavený kartou, náramkom, prípadne kľúčenkou, ktorá komunikuje na frekvencii 13.56MHz s RFID čítačkou, ak je v jej dosahu.

Kľúčenky a náramky môžu byť farebné odlíšené (zelené, červené podľa tímu a funkcie...), čo umožňuje ich efektívnejšiu distribúciu hráčom, ale aj ich archiváciu a uskladnenie. Ak tím RED obsadí bod, hráč tímu priloží svoju kartu k čítačke, čím bod obsadí. Táto akcia spustí buzzer, ktorý ohlási zmenu na bode. Následne sa rozsvieti LED dióda tímu RED na tomto stanovišti a na displeji sa začne pripočítavať čas pre tento tím.

V prípade, že bod obsadí tím GRE a kartu priloží k čítačke člen tohto tímu, opäť sa ozve buzzer, rozsvieti sa dióda tohto tímu, čas tímu RED sa pauzuje a počíta sa čas tímu GRE, ktorý bod obsadil. Ak kartu / kľúčenku priloží organizátor (rozhodca), oba časy sa zapauzujú až do momentu, kým nepriloží kartu niektorý z tímov.

Tento typ karty je tak vhodný pre spustenie prestávky, ale môže byť využitá aj pri ukončení hry, kedy je nutné čas zastaviť pre vyhodnotenie hry. V systéme DOMINATOR ešte existuje štvrtý typ karty - eraser, ktorá oba časy zapauzuje a vynuluje na počiatočné hodnoty ako po spustení stopiek DOMINATOR. Slúži pre reštart hry, inicializáciu novej hry.

Projekt je vhodný pre Airsoft akcie, športové areály, čí Airsoft tímy, ktoré si môžu dané zariadenie zostrojiť. Výhodou DOMINATOR systému je, že systém je možné klonovať a vytvoriť si X bodov s totožnou konfiguráciou prostredníctvom strojového kódu o ktoré sa v hre môže nezávisle na sebe bojovať, pričom dané RFID karty budú plne fungovať na všetky zariadenia DOMINATOR. Systém je otestovaný, funkčný, ľahko udržiavateľný.

Čítačka NXP RC522 pracuje na frekvencii 13.56MHz, RFID tagy registruje na cca 3 centimetre (nutný skoro až fyzický dotyk s čítačkou), kompatibilný formát tagov ISO/IEC 14443-A. Pod danú normu tagov spadajú aj ISIC, autobusové karty, ktoré fungujú ako NFC karty a dokážu oznámiť svoju fyzickú adresu - UID čítačke v dosahu.

Hardvér pre projekt - RFID DOMINATOR:

Arduino Uno/Nano

LCD znakový displej 20x4

I2C prevodník pre LCD displej

RFID čítačka NXP RC522 (13.56MHz)

Kľúčenky/karty/náramky štandardu ISO/IEC 14443-A

Hlásič (pasívny buzzer)

2x LED diódy (možno nahradiť za relé pre spínanie svetiel na 12 / 230V)

Princíp funkčnosti po hardvérovej stránke:

RFID čítačka RC522 komunikuje s Arduinom po SPI zbernici s rýchlosťou 4 MHz, pričom je použitý maximálny zisk antény 48 dB. Načítava UID (identifikátor) RFID kariet v dosahu, preposiela tento identifikátor Arduinu, ktorý vykoná programovú logiku. Čítačka reaguje na vzdialenosť čipu cca 3cm od antény. Arduino načítanú adresu karty porovná v multipodmienke. V prípade zhody s niektorou skupinou kariet aplikuje Arduino digitálne stavy na diódy, ktoré indikujú obsadenie bodu, hlásič oznámi zmenu.

Logika sa vykonáva každých 1000 ms, riadi počítanie oboch časov. Čas je posielaný po I2C zbernici na znakový displej 20x4, kde je vykreslený. Výpis na displej trvá do 30ms pri rýchlosti I2C zbernice 100 kHz - Standard speed. Maximálny rozsah času, ktorý môže byť vypísaný v systéme: 99 hodín, 59 minút a 59 sekúnd, spotreba zariadenia je na úrovni 60 mA pri 5V napájaní. Vhodné napájať cez powerbanku, nabíjačku od telefónu s USB výstupom.

Určenie projektu RFID DOMINATOR:

Projekt RFID DOMINATOR je z hľadiska jeho univerzálnosti vhodný pre implementáciu do Airsoft akcií a s možnosťou klonovania firmvéru je možné do herného poľa osadiť X DOMINATOR-ov o ktoré sa môže hrať s totožnými RFID čipmi. DOMINATOR sa hodí aj pre tímy, športové areály, ktoré tak môžu týmto zariadením rozšíriť ponúkané herné módy pre jednotlivé hry. Ak sú RFID karty, náramky, respektíve kľúčenky farebne odlíšené, je veľmi ľahké a univerzálne ich distribuovať hráčom na základe ich tímu. Jednoduchá je aj ich archivácia.

Použitie kariet, náramkov, respektíve kľúčeniek je ľahké a zvládnu to všetky vekové kategórie. Samotný RFID čip je chránený v plastovom puzdre, nevadí mu špina, voda, nevyžaduje údržbu. Nemá batériu, čip aktivuje RFID čítačka, ktorá ho elektrickým poľom, ktoré vysiela nabije.

DOMINATOR je vhodný pre herné módy s rovnakým počtom hráčov v oboch tímoch, napr. DOMINATION, Capture Point (môže byť použitých aj viac DOMINATOR-ov v hre). Využitie je predovšetkým pre športy Airsoft, Paintball hry, avšak DOMINATOR je možné použiť aj pre iné športové aktivity, kde nájde uplatnenie (člnkový beh, orientačný beh a iné..).

Ukážka funkčnosti - RFID DOMINATOR:

Doska plošných spojov

K projektu existuje DPS návrh, ktorý počíta s využitím dosky Arduino Nano. DPS je obojstranná s prekovmi a má rozmer 100x105mm. DPS je možné nechať si vyrobiť na Slovensku napríklad u výrobcu PB Spoj, alebo aj v Číne - strojovou výrobou z GERBER súborov. Jeden z najpopulárnejších a najlacnejších výrobcov je:

JLCPCB. GERBER súbory je možné rovno nahrať ako archív, pričom sa DPS vizualizuje, automaticky sa nastavia vrsty, ktoré zaznamená, nastaví rozmery DPS. Výroba trvá 1-2 dni. Kedysi sa tento výrobca preslávil akciou výroby 10 kusov PCB za 2 doláre.

Dnes JLCPCB umožňuje vyrobiť 5 kusov tejto DPS pre RFID DOMINATOR za 6.96€, 10 kusov za 10.16€. Preprava - dostupná najlacnejšia alternatíva za 7.44€ až po DHL s doručením do 3-5 pracovných dní, pričom cena prepravy je 23.16€. JLCPCB automaticky aplikuje zľavový kupón na 8€ pre prepravu, ktorý vám pridelí po registrácii.

Teda s najlacnejšou prepravnou alternatívou s doručením do 25 dní je táto preprava pri prvom nákupe zdarma. Taktiež je možné využiť aj iných dostupných výrobcov, napríklad: PCBWay, AllPCB, NextPCB, SeeedStudio, AISLER ktorí majú technológiu pre výrobu DPS strojovou metódou z GERBER súborov.

Pin headre v DPS návrhu:

2x female pin-header 15-pin (pre Arduino Nano)

1x female pin-header 8-pin (pre RFID čítačku RC522)

1x female 90° pin-header 4-pin (pre I2C prevodník LCD displeja 20x4)

Distančné stĺpiky v DPS návrhu:

4x distančný stĺpik pre znakový LCD displej 20x4 (Ø max 2.5 mm)

2x distančný stĺpik pre RFID RC522 (Ø max 3.5 mm)

PDF dokument s rozmermi súčiastok je dostupný na Githube:  https://github.com/martinius96/Airsoft-DOMINATOR-RFID/blob/master/docs/pdf/Rozmery_SUCIASTOK.pdf

Schéma zapojenia - RFID DOMINATOR:

Program pre načítanie UID adries RFID kariet pre DOMINATOR

Program slúži na načítanie identifikátorov (UID) RFID tagov, kariet, ktoré budú použité v programe pre RFID DOMINATOR Tento zdrojový kód nereprezentuje RFID DOMINATOR! Výpis adresy karty sa realizuje do sériového (UART) monitoru - použitá rýchlosť 9600 baud/s.

Výpis je vhodné ukladať a prepísať do prehľadného .xls (EXCEL) dokumentu, ktorý uľahčí správu priradených RFID kariet ku konkrétnym tímom a entitám Pre úspešné nahratie zdrojového kódu pre načítanie UID kariet je nutné importovať knižnicu MFRC522 do vášho prostredia Arduino IDE.

Stiahnite si repozitár projektu RFID DOMINATOR (odkazuje naň prvý odkaz na vrchu stránky), obsah zložky /src/ (priečinok MFRC522) nakopírujte do priečinka /Arduino/libraries/ (cesta k zložke závisí od toho, kde máte v systéme Arduino IDE nainštalované), najčastejšie v Dokumentoch / Program Files u starších operačných systémov Windows.

Knižnica MFRC522 v Github repozitári projektu: https://github.com/martinius96/Airsoft-DOMINATOR-RFID/tree/master/src/MFRC522

Program je dostupný v Github repozitári projektu: https://github.com/martinius96/Airsoft-DOMINATOR-RFID/blob/master/examples/GET_UID/GET_UID.ino

Príklad uložených UID RFID kariet - Excel dokument .xls:

Programová implementácia pre RFID DOMINATOR:

Zaznamenané UID dáta kariet z predchádzajúceho programu pre tímy RED, GRE, rozhodcu a erasera sú vložené do polí, ktoré môžu byť ľahko škálovateľné pre rozšírenie počtu hráčov. Jednoduchým cyklom sa v programovej logike overuje, či je zaznamenaný kód karty v príslušnom poli. V prípade, že nastáva zhoda, vykoná sa logika (ovládanie výstupov, update displeja, nastavenie premenných pre beh systému atď...). 

Nakoľko sa dajú kúpiť kľúčenky aj farebne odlíšené, je ľahšia aj ich distribúcia členom tímov pri hre. Kľúčenky i karty sú bezúdržbové a nevadí im voda, blato. RFID čítačky RC522 sa predávajú najčastejšie s verziou firmvéru 2.0 (0x92), nájdu sa však aj falošné NXP RC522 čipy, ktoré hlásia adresu 0x12, fungujú však s knižnicou MFRC522.

Viac o RFID DOMINATOR projekte, tlačidlovom a WiFi variante projektu môžete nájsť na stránkach projektu:  https://martinius96.github.io/Airsoft-DOMINATOR-RFID/

V súčasnosti sa hľadá Airsoft areál s aktivitou, ktorý má záujem o testovanie HW prototypu, prípadne jeho SW implementácie na vašom hardvéri.