Ludi krugovi: sistem za učenje elektronike otvorenog koda: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Od BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow Više od autora:

O: Prije sam predavao nauke u srednjoj školi, ali sada vodim vlastitu internetsku web stranicu o obrazovnim naukama. Dane provodim osmišljavajući nove projekte za studente i kreatore. Više o BrownDogGadgetima »

Obrazovno i domaće tržište preplavljeno je modularnim sistemima za učenje elektronike osmišljenim da djecu i odrasle nauče ključnim STEM i STEAM konceptima. Čini se da proizvodi poput LittleBits ili Snapcircuits dominiraju u svakom vodiču za poklone za praznike ili roditeljskom blogu za obrazovne igračke. Međutim, ovi sustavi uvijek dolaze s visokim cijenama i mnogi se više osjećaju kao igračke nego kao alati za učenje.

Prije otprilike tri godine počeli smo dizajnirati Crazy Circuits kao jeftin, za višekratnu upotrebu, modularni sistem koji nije lemljen, zabavan i koji se može koristiti kao stvarni alat za učenje. Željeli smo nešto što bi roditelji i učitelji mogli lako integrirati s kompletima koje su već imali ili jeftinim komponentama s polica. Nešto u čemu će uživati i zajednica stvaratelja, ali i prosječna odrasla osoba.

Na kraju, Crazy Circuits je bilo sve čemu smo se nadali i više. Sistem je besprekorno radio sa bilo kojim okruženjem zasnovanim na LEGO -u, mogao se lako koristiti sa provodnim koncem za šivanje i lako se povećavao od jednostavnih kola do osnovnog programiranja. Oh, i zabavno je bilo koristiti što nam je olakšavalo sve živote.

U ovom zapisu pokazat ćemo vam kako smo dizajnirali komponente Crazy Circuits, naš nastavni plan i program, kako možete napraviti i dizajnirati vlastite dijelove i načine na koje Crazy Circuits funkcionira s drugim sistemima.

Potpuno otkrivanje podataka: Mi prodajemo dijelove i komplete Crazy Circuits, međutim možete jednostavno koristiti naše datoteke otvorenog koda za izradu vlastitih ploča ili dizajniranje vlastitih dijelova. Ovaj sistem možete koristiti za sve vrste stvari i nikada nam nemojte poslati niti peni.

Give Aways: Pokušavamo nešto novo u 2019. Poklanjamo besplatne dijelove i komplete ljudima (samo stanovnici SAD -a) koji nas prate na uputstvima, facebooku, instagramu i youtubeu. Najvjerojatnije ćemo pokloniti nekoliko kompleta, gotovih dijelova i praznih PCB -a. Samo pratite ili se pretplatite i mi ćemo početi dijeliti stvari.

Korak 1: Filozofija iza ludih sklopova

Kad sam bio učitelj, bio sam zaista iznerviran što si nisam mogao priuštiti elegantne elektroničke sisteme za svoju učionicu, iako su ih svaka nastavna konferencija ili uložak koji sam posjećivao stalno preporučivali. Jednostavno nisam imao budžet za komplet od 100 dolara koji je došao s pet dijelova i u najboljem slučaju držao bi tri učenika zauzet pet minuta. Na kraju sam radio ono što većina nastavnika prirodnih nauka kupuje i kupio jeftine sirove dijelove na eBayu i Amazonu, ali to je od mene zahtijevalo mnogo novih planiranja lekcija i dizajna aktivnosti. Takođe sam otkrio da su moji mlađi učenici imali poteškoća da omotaju glavu oko ploča.

Na kraju sam uspio dobiti sredstva da kupim neke LittleBits komplete za upotrebu sa svojim naučnim klubom nakon škole. Bilo ih je zabavno koristiti (i da budem iskren, dobro sastavljen sistem), ali kada sam zamolio učenike srednjih škola da mi objasne kako rade, dobio sam omiljeni odgovor godine "Ne znam, magneti?". To su bila djeca koja su nekoliko sedmica ranije gradila neke složene sklopove, ali LittleBits je postao više igračka nego bilo šta drugo.

Kada smo započeli brainstorming modularnog sistema, htjeli smo se uvjeriti da su učenici svjesni KAKO dijelovi međusobno djeluju, a zatim da mogu povući paralele sa zajedničkim dijelovima. Znali smo i da nam je potrebno nešto slično ploči, ali ipak lakše ih je zamotati nego stvarnu ploču. Također smo morali biti zabavni i privlačni.

Izazov prihvaćen!

Korak 2: Zašto LEGO?

"loading =" lijen"

Na kraju smo morali smisliti kako sve povezati. Odmah smo odlučili da mrzimo ideju o žicama i aligatorskim kopčama; oduzelo je jednostavnost svega. Voljeli smo koristiti provodnu traku, ali bakrenu foliju nije bilo moguće koristiti. Mogli bismo skinuti traku, ali se više neće vratiti. Čak smo pokušali koristiti provodne niti, ali to se pokazalo nemogućim za kontrolirati. Nakon mnogo sati na Skypeu s tvornicom traka u Kini, proizveli smo prilagođenu najlonsku vodljivu traku (Maker Tape) koja je bila dovoljno jaka da se ponovno odlepi, ali ipak dovoljno jeftina da bude konkurentna uobičajenoj traci od bakrene folije.

Zahvaljujući činjenici da smo u radionici imali puno testnih PCB -a s rupama različite veličine, brzo smo uspjeli pronaći razmak veličine koji nam je omogućio da prilagodimo pritisak pomoću najlonske vodljive trake. Na ovaj način učenici su MORALI da završe svoju traku na određenom mjestu: morali su zaista odvojiti vrijeme i osmisliti svoje kolo. Ovaj aspekt nam je omogućio da pretvorimo Crazy Circuits u alat za učenje, a ne samo u igračku.

Korištenje trake od 1/8 inča također je imalo čudnu bočnu korist jer je omogućilo dvoslojna kola. Obično bismo traku položili preko VRHA LEGO klinova, ali vrpca od 1/8 inča također je savršeno funkcionirala i za IZMEĐU LEGO klinova. Ljudi bi mogli napraviti sve vrste kompliciranih kola pomoću trake na LEGO -u. (Iako pomalo neugodno. Ako ništa drugo, omogućilo je studentima da "preskoče" postojeću liniju uz samo malo truda.)

Osnovni primjer kola može koristiti prekidač, držač baterije i LED diodu. Za sve naše dijelove koristili smo sito od bijele svile za označavanje GND (negativnih) stupova i obojenu stranu za označavanje pozitivnih polova. Gornji video prikazuje kako pravim jednostavno kolo. Položite traku, pritisnite pritisak na dijelove, dodajte snagu.

Korak 5: Vodljivi konac

Tijekom ispitivanja otkrili smo da provodni navoj jako dobro funkcionira s našim dijelovima. Ispostavilo se da su velike rupe od bakrenih ploča učinile provodljivo šivanje jako lakim. Neki od naših testera radije su šivali naše dijelove nego ih koristili s LEGO -om.

Ako nikada prije niste koristili Vodljivi konac, trebali biste pokušati! Obično je to čelični/ najlonski konac koji dobro provodi. Ručno šivanje s njim prilično je jednostavno, a ušiti dijelove nije ništa teže od prišivanja dugmeta. Čak smo otišli toliko daleko da smo napravili komplikovane interaktivne košulje koristeći Arduino. Lijep dio konduktivnog šivanja je da ako zaista mrzite svoj projekt, uvijek možete skinuti dijelove i upotrijebiti ih za nešto drugo.

Naša aktivnost „idi na“za djecu je da ih nateramo da naprave narukvicu sa dugmadima pomoću LED diode, držača baterije i seta kopča. Snapovi idu na kraju narukvice i koriste se za dovršavanje kruga. Sastavili smo lijepi PDF za ispis ako ga netko želi koristiti za radionice ili kućne aktivnosti.

Korak 6: Vodljive tinte i tijesto

U početku smo bili mrtvi u namjeri da naši dijelovi rade s provodljivim bojama. Ovo je djelimično uspjelo.

Bare Conductive Ink

Ova provodljiva tinta prilično je slična napuhanoj boji. Lako se slika na bilo kojoj površini, prilično je jeftin i periv je u vodi radi lakšeg čišćenja. Nedostatak je što grafit nije jako provodljiv i zaista djeluje kao veliki otpornik više od svega. Nismo imali problema s povezivanjem na Crazy Circuits Parts jer smo mogli ostaviti mrlje tinte da se osuše preko PCB -a, ali smo imali problema sa sigurnim premještanjem struje po krugu.

Ono za što smo ga na kraju ipak koristili bila je kapacitivna "dodirna točka" boje za naše Arduino kompatibilne Teensy LC ploče. Puštamo traku od PCB -a do mrlja boje, a zatim ljudi dodiruju boju. To omogućuje sve vrste zabavnih šablona, zidnih klavira ili interaktivnih umjetničkih projekata.

Circuit Scribe

Ova provodljiva tinta djeluje poput srebrne gel olovke, samo što ostavlja izuzetno provodljive tragove na papiru. Prednost ove tinte je u tome što su tragovi izuzetno provodljivi i djeluje kao prava olovka. Nedostaci su što su olovke skupe, imaju tendenciju isušivanja i morate nekako pričvrstiti svoje dijelove na papir kako biste uspostavili čvrstu vezu.

Prvobitno smo izradili prilagođene magnete koji prolaze kroz naše LEGO rupe. Naš GitHub Repo prepun je naslijeđenih dijelova koji su označeni kao "kompatibilni s magnetima". Krajnji rezultat je pogodio ili smo promašili i shvatili smo da smo upravo napravili loše verzije elektroničkih dijelova koje je Circuit Scribe već napravio. Jedina korist bila je u stvaranju većih projekata zasnovanih na Arduinu budući da Circuit Scribe ne proizvodi nikakve Arduino ploče, ali stavljanje previše magneta blizu na kraju je uzrokovalo vlastite probleme.

Također smo shvatili da sve što radimo s ovom tintom možemo učiniti puno bolje s provodljivom trakom.

Testo za mekane krugove - AKA provodljivo testo

Oduvijek sam smatrao da je ovo odličan alat za učenje osnovnih škola elektronike s mlađim učenicima. Prednost tijesta je što je jako zabavno, posebno s rezačima za kolačiće. Nedostatak je što se suši (kao i svako tijesto), a također je i vrlo otporan.

Tijesto koristimo na isti način na koji koristimo Bare Conductive Paint, kao dodirnu točku za kapacitivne projekte dodira. Dodaje zabavan element u mješavinu. Osim toga, ako napravite zaista veliki ravan komad tijesta, vaše tijelo će reagirati sa krugom PRIJE nego što ga dodirnete. Ponekad udaljeni i do centimetra. Uvijek je zabavno gledati ljude kako pokušavaju shvatiti zašto se to događa.

Korak 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit i bežične ploče

Brz pogled na naš GitHub Repo i vidjet ćete da imamo puno velikih PCB-a dizajniranih za rad s brojnim popularnim mikro-kontrolerima. Jedna od naših glavnih zamjerki u vezi sa velikim brojem građevinskih sistema bila je/ je da primaju ljude da koriste sistem programiranja prikladnosti ili vam dozvoljavaju da koristite samo jednu platformu. Budući da se hardver i softver neprestano razvijaju, činilo se čudnim zaključati ljude ili ih natjerati da bace dijelove nakon nekoliko godina.

Najočigledniji izbor za početak s Arduino Nano (koji je postao naš odbor za robotiku) zbog male veličine i cijene. Ovo je bilo savršeno za širok raspon programskih projekata, poput svjetlosnih efekata ili okretanja servo upravljača. Odlučili smo također proizvesti verziju bogatiju značajkama koja koristi Teensy LC, uglavnom za kapacitivne mogućnosti dodira. Teensy LC (Invention Board) također ima neke lijepe mogućnosti emulacije tipkovnice i brzo smo izradili neke zabavne kontrolere za igre koristeći ga. Prošle godine smo čak napravili i veliki LEGO NES kontroler i postavili ga na Instructables.

Programiranje je zabavno, ali ne žele svi proći kroz gnjavažu. Sastavili smo ploču dizajniranu oko unaprijed programiranog ATtiny85 čipa koji samo gasi treptaje i blijedi. Naša produkcijska verzija koristi SMT dijelove, međutim u našem Repo -u ćete pronaći prolaznu verziju. Dobro dođu za manje projekte poput ružne božićne košulje ili nekih sjajnih zvijezda.

Jedna stvar koju smo zanemarili je ispolirati naše Raspberry Pi Zero i Micro: Bit ploče. Općenito, sviđa nam se Micro: Bit i zajednica koja je nastala oko njega. Što se tiče naše ploče Raspberry Pi Zero … doslovno nemamo pojma šta ćemo s njom. Ozbiljno, netko napravi nešto zanimljivo s tim i poslat ćemo vam neke dijelove.

Imali smo i ludačku ideju da pokušamo sastaviti neke bežične projekte. Zajedno smo zajedno za ploču od čestica, nekoliko Adafruit ploča od perja i zajedničku NodeMCU ploču. Zasnovali smo ih na istom osnovnom dizajnu kao i naša Nano PCB s nizom pin zaglavlja na stražnjoj strani.

Korak 8: Planovi za budućnost?

Trenutno smo usred trećeg proizvodnog ciklusa dijelova s većinom naše prodaje u školama, bibliotekama i prostorima za izradu. Dobili smo puno dobrih povratnih informacija od korisnika svih dobi koji su nam pomogli u dizajniranju boljih dijelova.

Nastavni plan i program

Jedan od najčešćih zahtjeva bio je plan i program prilagođen učionici. Izrada projekata je jednostavna; otežavanje prikupljanja sredstava za učenike i nastavnike u trajanju od šest sedmica. Do kraja marta na našu web stranicu objavit ćemo prve nacrte nastavnih planova i programa, besplatne za svakoga. Imat ćemo dva zapisa, jedan za osnovna kola i jedan za osnovno programiranje. Oboje će biti centrirano oko naših dijelova Crazy Circuits, međutim mogli bi se lako izmijeniti tako da se koriste izvan polica.

Više dijelova proizvodne linije

Trenutno primamo zahtjeve za nove dijelove. Proces je spor, ali želimo dodati nekoliko novih komada u našu postavku za kasnije ove godine. Nadamo se da ćemo uspjeti proizvesti neke potenciometre i NeoPixel komponente i početi ih dodavati u naše komplete. Imali smo sreću imati nekoliko entuzijastičnih obožavatelja koji su osmislili vlastite komponente i podijelili ih s nama, te se nadamo da će u budućnosti biti još ljudi.

Posvećenost otvorenom kodu

Možda zvuči kao da pobjeđujemo mrtvog konja, ali zaista volimo da naše komponente budu otvorenog koda. Nastavit ćemo dodavati našim projektnim resursima, nastavnim planovima i projektnim datotekama. Iskreno se nadamo da će i početnici i napredni korisnici početi stvarati vlastite dijelove ili ih mijenjati za nove projekte.

Druga nagrada na PCB takmičenju