µArt.cz

Tento týden jsem slíbil, že na letní tábor pro děti postavím velký počítačový terminál jako rekvizitu k celotáborové hře. A aby to nebylo jednoduché, mám na to čas do prvního červencového týdne a těsný rozpočet. Jo a taky se občas neudržím a mám megalomanské sklony, takže konzole bude 2 metry vysoká a 1,8 metru široká. Uff… určitě budu potřebovat pomoct.

Zadání

Tábor trvá týden a účastní se ho cca 45 dětí ve věku od 7 do 15 let. Tématem celotáborové hry je průzkum neznámé planety. Děti budou skrz počítačový terminál MATKA komunikovat se Zemí, dostávat rozkazy a hlásit svůj pokrok. Konzole bude umístěna uprostřed tábořiště ve velkém vojenském stanu. Celé to musí být hodně interaktivní – audio, video, spousta světýlek, čudlíků a jiných udělátek, které mohou děti prozkoumávat.

Na tábořiště máme přístup asi hodinu před příjezdem dětí, protože tam v ten samý den končí předchozí tábor. To znamená, že konzole musí být navržena tak, aby se dala rychle a snadno nainstalovat a zprovoznit. Já na táboře budu jen během instalace konzole (tedy první den), zbytek týdne musí vše fungovat automaticky a bez chyb.

Elektřina je dostupná v chatě, cca 30 metrů od místa určeného pro konzoli. Tam bude taky umístěn počítač, kterým půjde konzole řídit.

Plán

Při návrhu vzhledu konzole jsem dostal volnou ruku, takže volba byla jasná – konzole TARDIS z mého oblíbeného seriálu Doctor Who. Inspiroval jsem se vzhledem konzole 12. doktora (Peter Capaldi), která je oproti předchozím verzím víc „sci-fi“, nikde netrčí žádný kabel, samotná konzole má ostré hrany a celkově na mě působí víc technicky.

Během večera jsem dal dohromady základní návrh ve Fusion 360, abych si udělal představu, jak bude naše varianta TARDIS vypadat a kolik materiálu se musí koupit.

Konzole bude sestávat ze středového sloupu svařeného ze železných profilů. Sloup má tvar šestiúhelníku, je 2 metry vysoký a uvnitř bude natažené pletivo (to na 3D modelu není nakresleno). Středem této konzole pak bude procházet hlavní stojka vojenského stanu, která zároveň poslouží jako kotvící bod pro celou konzoli.

Samotná konzole bude zhotovena ze šesti lichoběžníků. Na rám každého lichoběžníku použijeme smrkové hranoly 60×60 mm, které se dají už hotové koupit v Hornbachu (OBI, Unihobby a podobně). Výplň rámu bude z 8 mm silné dřevotřískové DTD desky. Do ní půjde snadno vrtat otvory pro tlačítka a nejrůznější přístroje.

Konzole bude dále osazena třemi stojany na LCD monitory.

Funkce konzole

Konzole má sloužit primárně pro předávání rozkazů mezí Zemí a neobydlenou planetou. Součástí konzole tedy musí být:

• počítač s několika monitory pro přehrávání videí, obrázků a audia (jednosměrná komunikace vedoucí > děti),
• VoIP telefon, kterým mohou děti předávat informace na Zemi (obousměrná konunikace děti <> vedoucí).

Funkcionalita navíc:

• možnost ovládat na dálku světla ve stanu,
• mít některé tlačítka a potenciometry na konzoli funkční, děti by pak mohly objevovat co každé z nich dělá,
• umožnit pomocí VoIP telefonu nahrávat vzkazy,
• malá obrazovka s RPi a emulátor SNES, aby mohly děti ve volném čase hrát staré 8 bitové hry.

Zapojení

V chatě, kde je dostupná elektřina, bude umístěn počítač, ze kterého se bude přenášet video a audio do tří monitorů v konzoli. Vzdálenost chaty a konzole je 30-40 metrů, takže bude potřeba kabel o délce cca 50 metrů.

Nejjednodušší řešení by bylo pořídit dlouhý HDMI kabel a mít PC napojen na monitory v konzoli přímo. To má ale několik nevýhod: 50 metrů je na HDMI už docela velká vzdálenost, bylo by nutné koupit zesilovač signálu (a ani tehdy si nejsem jistý výsledkem, nikdy jsem to nezkoušel). Na monitorech se také zobrazí vše, co bude na PC – kurzor myši, všechna okna, ikony atd. To rozhodně nebude vypadat dobře.

Vhodnější by bylo z PC streamovat video a v konzoli pak mít Raspberry Pi, které toto video přijme a zobrazí. Mezi chatou a stanem tak nebude potřeba mít HDMI kabel, ale ethernetový kabel, pro který není 50 metrů problém (to mám odzkoušeno). V tomto případě je zase nevýhoda nutnost speciálního software a mít všechno dobře nastaveno. Na druhou stranu, ethernetový kabel je potřeba pro VoIP telefony, takže ten potřebujeme v každém případě.

Všechny kabely musí být umístěny v chráničce, která bude zakopána do země mezi chatou a stanem.

Již zmiňované VoIP telefony (jeden ve stanu a druhý v chatě) budou sloužit k obousměrné komunikaci mezi dětmi a vedoucími. Pro tento scénář nebude potřeba ani PBX ústředna, stačí oba telefony nastavit pro přímé spojení. Na druhou stranu, pokud by na PC v chatě běžel Asterisk PBX, pak bude možné z obou telefonů nahrávat zprávy na záznamník. Ale do toho bych se pustil až na závěr, pouze pokud bude čas.

Z výše uvedeného mi vyplývá, že bude potřeba pořídit tento materiál:

• 50 metrů kabelová chránička 32 mm, 924 Kč
• 50 metrů patch kabel cat 5e, 296 Kč
• 50 metrů ohebný vodič 3×1,5 mm2, 915 Kč
• 1× proudový chránič s jističem 10A, 465 Kč
• 1× spínaný zdroj na DIN lištu 5V/10A, 516 Kč
• 1× montážní krabice s DIN lištou, IP56 nebo lepší, 611 kč
• 1× HDMI rozbočovač 1 vstup 3 výstupy (nebo víc), 1299 kč
• 3× HDMI kabel 0,5m montáž do panelu, 62 Kč (objednáno)
• 1× Raspberry Pi 3B+ a microSD karta, 1097 kč
• 1× desktopové PC (již máme)
• 2× VoIP telefon (již máme)
• 1× síťový switch, minimálně 3 porty (již máme)
• 4× LCD monitor ideálně s HDMI, případně DVI vstupem.
• 1× reproduktorová soustava (ideálně 2+1) (nemáme subwoofer)
• 1× audio zesilovač 2+1

Velká částka připadne na kabely a chráničku. S tím se nic moc dělat nedá. Blíž k chatě konzole umístit nejde.

Další velká položka jsou „bezpečnostní prvky“ (montážní krabice, proudový chránič, dobrý zdroj, …), které by se daly vynechat a tím pádem ušetřit, ale to rozhodně nemám v úmyslu! Ke konzoli mají přístup děti, bude ve stanu, kam může zatéct, a bude bez mého dozoru, takže musí být nainstalovaná bezpečně.

U ostatních komponent musím být kreativní a najít co nejlevnější řešení. Tady bych chtěl poprosit všechny čtenáře o pomoc. Pokud máte doma v šuplíku některou komponentu uvedenou výše a chcete se jí zbavit, určitě mi napište mail. Na celý projekt mám vyhrazeno z táborového rozpočtu 5 tisíc korun a do této ceny se musí vejít materiál na konstrukci konzole i veškerá elektronika. Budu rád za jakoukoliv nabídku.

Otázky a problémy k vyřešení

V následující sekci se pokusím sepsat všechna místa, která zatím nemám vyřešena. Tímto se opět obracím na všechny čtenáře s prosbou: pokud máte jakýkoliv nápad, zkušenost s podobným problémem nebo máte pocit, že jsem to celé zbytečně zkomplikoval, tak mi určitě napište komentář níže. Uvítám jakoukoliv zpětnou vazbu.

1. Nebude se RPi umístěné v montážní krabici přehřívat? Jak v uzavřené krabici zajistit chlazení?
   1. Aktualizace 5.11. – na DIN liště s RPi byl umístěn malý ventilátor, který pohyboval vzduchem v uzavřené krabici. RPi se stačilo uchladit i v horkém letním dni, kdy bylo ve stanu přes 35°C.
2. Jaký audio zesilovač zvolit? Stačí něco malého s výkonem do cca 15 W.
   1. Aktualizace 5.11. – zesilovač 2.1 RCA 200 W, levná Čína, není to žádné HiFi, ale pro naše použití stačilo.
3. Jaký software použít pro streamování videí, obrázků a audia po síti? V minulosti jsem krátce pracoval s OBS. Tento program lze nastavit tak, aby streamoval video do sítě. Zároveň se v něm dá nastavit více vstupních zdrojů, které pak může uživatel přepínat dle libosti. Je OBS vhodný pro tento projekt?
   1. Aktualizace 4.6. – první experimenty ukazují, že OBS Studio je přesně to, co potřebujeme.
   2. Aktualizace 5.11. – OBS Studio byla výborná volba. Program je dostatečně univerzální a intuitivní zároveň. Vedoucí tábora (ne technicky zaměření lidé) si po krátkém zaškolení dokázali sami přidávat nové scény a videa.
4. Jaký software použít na straně Raspberry pro příjem streamu? Ideálně by to mělo být nastaveno tak, aby RPi po zapnutí okamžitě zobrazilo stream přes celou obrazovku. Šlo by využít KODI?
   1. Aktualizace 4.6. – použijeme KODI s minimalistickým vzhledem, automaticky po startu se spustí playlist, který bude obsahovat adresu streamu.
   2. Aktualizace 5.11. – toto fungovalo na jedničku. Je ale potřeba si dát pozor na pořadí, v jakém se vše zapíná: nejdřív PC s ODB Studio, pak spustit streamování a až poté zapnout konzoli s Raspberry. Pokud by se KODI spustilo dříve, než je dostupný síťový stream s videem, pak zobrazí chybu a je nutné ho restartovat.
5. Našel jsem dynamický mikrofon AMD 100L. Bude to k něčemu? Jak a k čemu to připojit?
   1. Aktualizace 5.11. – k ničemu :)

Materiál ke stavbě

Na fotografiích níže jsou součástky na osazení jednotlivých panelů, které se mi podařilo zatím sehnat.

Výroba

V sobotu 8.6. kamarád, který s projektem pomáhá, vyrobil dřevěnou konstrukci. Viz fotografie níže.

O týden později již byla hlavní konstrukce z železných profilů svařena, upevnili jsme na ni dřevěný rám, osadili panely nařezané ze starých školních lavic a rozmístili všechny rekvizity.

Pak už následovalo finální zapojení. Instalační krabice jsme upevnili do spodní poloviny středové konstrukce. Jedna krabice obsahuje jističe, proudový chránič a 5 V zdroj včetně konektorů na připojení monitorů, žárovek, VoIP telefonu a Raspberry Pi. V druhé krabici je pak RPi, ethernetový switch, HDMI rozbočovač a další nezbytná bižuterie.

Na první fotografii v galerii níže je vidět detail zapojení rozvaděče s RPi. Na DIN liště je jedno RPi 3 (to vlevo, RPi vpravo se nakonec nepoužilo) a malý 5 V ventilátor pro chlazení CPU RPi. Teplý vzduch bude v uzavřené krabici proudit a ochlazovat se o její stěny. Takto lze uchladit malý výkon v uzavřeném prostoru bez nutnosti vrtat větrací otvory.

Na dalších fotografiích níže je pak vidět kompletní zapojení konzole, první test přehrávání videa a pak pohled na osvětlenou konzoli.

Žárovky na poslední fotografii jsou spojeny sérioparalelně tak, aby jejich vlákna pouze lehce žhnuly. To navodí atmosféru ve stanu s konzolí, a zároveň nebude diváka oslňovat.

Tím bylo hotové zapojení a následovala příprava software. Na hlavní PC nainstalovat Ubuntu s ODB Studio a Asterisk ústřednout pro VoIP, do RPi pak zase OpenELEC, všechno správně nastavit a zautomatizovat. Detaily si nechám na samostatný článek, je toho hodně.

Závěr

Konzoli se nakonec podařilo postavit ve stanoveném čase a v den začátku tábora jsme ji převezli a nainstalovali na tábořišti u Rajnochovic, kam náš oddíl jezdí už několik let.

Konzole se používala každý den ráno, večer i během dne pro zahájení her a předávání rozkazů všem dětem. Po celou dobu vše fungovalo bez větších problémů. Hlavní počítač se musel asi dvakrát restartovat, stejně tak LTE modem, který sloužil jako hlavní připojení k internetu pro vedoucí. Jinak ale vše fungovalo na jedničku celý tábor.