Pašėlusios grandinės: atviro kodo elektronikos mokymosi sistema: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Daugiau informacijos autoriui: BrownDogGadgets

Apie: Anksčiau mokiau vidurinės mokyklos gamtos mokslus, bet dabar turiu savo internetinę edukacinių mokslų svetainę. Aš praleidžiu dienas kurdamas naujus projektus, kuriuos galėtų sudaryti studentai ir kūrėjai. Daugiau apie BrownDogGadgets »

Švietimo ir namų rinką užplūsta modulinės elektronikos „mokymosi“sistemos, skirtos vaikams ir suaugusiems išmokyti pagrindinių STEM ir STEAM koncepcijų. Panašu, kad tokie produktai kaip „LittleBits“ar „Snapcircuits“dominuoja kiekviename atostogų dovanų vadove ar mokomųjų žaislų tėvų tinklaraštyje. Tačiau prie šių sistemų visada pridedama nemaža kainų etiketė ir daugelis jaučiasi labiau kaip žaislai, o ne mokymosi priemonės.

Maždaug prieš trejus metus pradėjome kurti „Crazy Circuits“kaip nebrangią, daugkartinio naudojimo, modulinę, ne litavimo, linksmą sistemą, kuri galėtų būti naudojama kaip tikroji mokymosi priemonė. Mes norėjome kažko, ką tėvai ir mokytojai galėtų lengvai integruoti į jau turimus rinkinius arba nebrangius komponentus. Tai, ką gali mėgautis tiek kūrėjų bendruomenė, tiek vidutinis suaugęs žmogus.

Galų gale „Crazy Circuits“buvo viskas, ko tikėjomės, ir dar daugiau. Sistema nepriekaištingai veikė bet kurioje LEGO aplinkoje, ją buvo galima lengvai naudoti su laidžiais siūlais siuvimui ir lengvai pritaikyti nuo paprastų grandinių iki pagrindinio programavimo. O ir ja buvo smagu naudotis, o tai palengvino visą mūsų gyvenimą.

Šiame rašinyje parodysime, kaip suprojektavome „Crazy Circuits“komponentus, mūsų mokymo programą, kaip galite sukurti ir suprojektuoti savo dalis ir kaip „Crazy Circuits“veikia su kitomis sistemomis.

Visiškas atskleidimas: parduodame „Crazy Circuits“dalis ir rinkinius, tačiau jūs galite lengvai naudoti mūsų atvirojo kodo failus, kad sukurtumėte savo plokštes arba suprojektuotumėte savo dalis. Šią sistemą galite naudoti įvairiems dalykams ir niekada nesiųsti mums nė cento.

Padovanok: 2019 m. Bandome kažką naujo. Nemokamas dalis ir rinkinius dovanojame žmonėms (tik JAV gyventojams), kurie seka mus pagal instrukcijas, „Facebook“, „Instagram“ir „YouTube“. Greičiausiai atiduosime porą pilnų rinkinių, gatavų dalių ir tuščių PCB. Tiesiog sekite arba užsiprenumeruokite ir mes pradėsime dovanoti daiktus.

1 žingsnis: filosofija už beprotiškų grandinių

Kai buvau mokytoja, mane labai erzino tai, kad negalėjau sau leisti įmantrių elektronikos sistemų savo klasėje, nors kiekviena mokymo konferencija ar pamoka, kurioje dalyvavau, jas vis rekomenduodavo. Aš tiesiog neturėjau biudžeto 100 USD rinkiniui, kuris buvo komplektuojamas su penkiomis dalimis ir geriausiu atveju tris studentus užimdavo penkias minutes. Aš padariau tai, ką daro dauguma gamtos mokslų mokytojų, ir tiesiog nusipirkau pigių žaliavų iš „eBay“ir „Amazon“, tačiau tam reikėjo atlikti daug naujų pamokų planavimo ir veiklos planavimo darbų. Taip pat pastebėjau, kad mano jaunesniems mokiniams buvo sunku apsukti galvą aplink duonos lentas.

Galiausiai galėjau gauti finansavimą, kad galėčiau nusipirkti keletą „LittleBits“rinkinių, skirtų naudoti po pamokų mokslo klube. Jais buvo smagu naudotis (ir, tiesą pasakius, gerai surinkta sistema), bet kai paprašiau savo vidurinės mokyklos mokinių paaiškinti, kaip jie dirbo, gavau mėgstamiausią metų atsakymą „Nežinau, magnetai?“. Tai buvo vaikai, kurie prieš kelias savaites kūrė sudėtingas grandines, tačiau „LittleBits“pasirodė kaip žaislas, o ne kas kitas.

Kai pradėjome šturmuoti modulinę sistemą, norėjome įsitikinti, kad studentai žino, KAIP dalys sąveikauja, ir tada galės brėžti paraleles prie bendrų dalių. Mes taip pat žinojome, kad mums reikia kažko panašaus į duonos lentą, tačiau lengviau apvynioti galvą nei tikra duonos lenta. Taip pat turėjome tai padaryti linksmai ir įtraukiančiai.

Iššūkis priimtas!

2 žingsnis: Kodėl LEGO?

"pakrovimas =" tingus"

Galiausiai turėjome išsiaiškinti, kaip viską sujungti. Iš karto nusprendėme, kad nekenčiame laidų ir aligatorių spaustukų idėjos; tai atėmė iš visko paprastumo. Mums patiko naudoti laidžią juostą, tačiau vario folijos juostos buvo neįmanoma naudoti. Mes galėjome nuimti juostą, bet ji daugiau neatsirado. Mes net bandėme naudoti laidžius siūlus, tačiau tai buvo neįmanoma kontroliuoti. Po daug valandų „Skype“su juostų gamykla Kinijoje mes pagaminome specialią laidžią nailono laidžią juostą („Maker Tape“), kuri buvo pakankamai tvirta, kad ją būtų galima vėl atsukti, tačiau pakankamai nebrangi, kad būtų konkurencinga su įprasta vario folijos juostele.

Dėl to, kad mūsų dirbtuvėse buvo daugybė bandomųjų PCB su įvairaus dydžio skylutėmis, greitai sugebėjome rasti dydžių tarpus, leidžiančius pritaikyti slėgį naudojant nailono laidžią juostą. Tokiu būdu studentai turėjo baigti juostą tam tikroje vietoje: jie turėjo iš tikrųjų skirti laiko ir suplanuoti savo grandinę. Šis aspektas leido „Crazy Circuits“paversti mokymosi priemone, o ne tik žaislu.

1/8 colio juostos naudojimas taip pat turėjo keistą šalutinį pranašumą, nes leido naudoti dviejų sluoksnių grandines. Paprastai mes dedame juostelę ant LEGO smeigtukų viršaus, tačiau 1/8 colio juosta taip pat puikiai tinka ir tarp LEGO smeigtukų. Žmonės galėjo sukurti įvairias sudėtingas grandines naudodami LEGO juostą. (Nors šiek tiek nepatogu. Jei nieko daugiau, tai leido studentams „peršokti“esamą liniją tik šiek tiek pastangų.)

Pagrindiniame grandinės pavyzdyje gali būti jungiklis, akumuliatoriaus laikiklis ir šviesos diodas. Visoms savo dalims mes naudojome baltą šilkografiją, kad pažymėtume GND (neigiamus) polius, o spalvotą pusę - teigiamiems poliams. Aukščiau pateiktame vaizdo įraše parodyta, kaip darau paprastą grandinę. Uždėkite juostą, prispauskite dalis, pridėkite galios.

5 žingsnis: laidus siūlas

Bandymų metu mes nustatėme, kad laidus siūlas tikrai gerai veikė su mūsų dalimis. Pasirodo, kad didelės varinės skylės padarė laidų siuvimą tikrai lengvą. Kai kurie mūsų bandytojai pirmenybę teikė siuvimui iš mūsų dalių, o ne naudojimui su LEGO.

Jei niekada nenaudojote laidžių siūlų, turėtumėte pabandyti! Paprastai tai yra plieno/ nailono sriegis, kuris gerai praleidžia. Rankomis susiūti yra gana paprasta, o siūti dalis nėra sunkiau nei pasisiūti sagą. Mes netgi nuėjome taip toli, kad naudodami „Arduino“sukūrėme sudėtingus interaktyvius marškinius. Puiki dalis laidžio siuvimo yra ta, kad jei jūs tikrai nekenčiate savo projekto, jūs visada galite nuimti dalis ir naudoti jas kitam.

Mūsų „eiti į“veikla vaikams yra priversti juos pasigaminti apyrankę su mygtuku, naudojant LED, akumuliatoriaus laikiklį ir fiksatorių rinkinį. Smeigtukai eina ant apyrankės galo ir yra naudojami grandinei užbaigti. Jei kas nors nori jį naudoti dirbtuvėse ar namų veikloje, mes sudarėme gražų spausdinamą PDF.

6 veiksmas: laidūs rašalai ir tešlos

Pradžioje mes buvome visiškai nusiteikę, kad mūsų dalys veiktų su laidžiais dažais. Tai pavyko tik iš dalies.

Plikas laidus rašalas

Šis laidus rašalas yra gana panašus į pūstus dažus. Jį lengva piešti ant bet kokio paviršiaus, jis yra gana nebrangus ir lengvai plaunamas vandeniu, kad būtų lengva išvalyti. Trūkumas yra tas, kad grafitas nėra labai laidus ir iš tikrųjų veikia kaip didelis rezistorius. Mes neturėjome jokių problemų prijungdami jį prie beprotiškų grandinių dalių, nes rašalo dėmės galėjo išdžiūti virš PCB, tačiau turėjome problemų, kaip saugiai perkelti maitinimą grandinėje.

Tai, ką mes padarėme, buvo talpinis dažų „liečiamasis taškas“mūsų „Arduino“suderinamoms „Teensy LC“plokštėms. Mes paleidžiame juostą nuo PCB iki dažų dėmių, o tada žmonės liečia dažus. Tai leidžia įvairius linksmus trafaretus, sieninius pianinus ar interaktyvius meno projektus.

Grandinės raštininkas

Šis laidus rašalas veikia kaip sidabrinis gelio rašiklis, tik palieka itin laidžius pėdsakus popieriuje. Šio rašalo pranašumas yra tas, kad žymės yra labai laidžios ir veikia kaip tikras rašiklis. Trūkumai yra tai, kad rašikliai yra brangūs, linkę išdžiūti ir jūs turite kažkaip prispausti savo dalis prie popieriaus, kad užmegztumėte tvirtą ryšį.

Iš pradžių mes sukūrėme specialius magnetus, kurie telpa per mūsų LEGO skyles. Mūsų „GitHub Repo“yra pilnas senų dalių, pažymėtų kaip „suderinamas su magnetu“. Galutinis rezultatas buvo nukentėjęs arba praleistas, ir mes supratome, kad mes tiesiog sukūrėme blogas elektronikos dalių versijas, kurias „Circuit Scribe“jau padarė. Vienintelė nauda buvo didesnių „Arduino“projektų kūrimas, nes „Circuit Scribe“negamina jokių „Arduino“plokščių, tačiau per daug magnetų uždėjimas vienas šalia kito sukėlė savo problemų.

Mes taip pat supratome, kad viską, ką darome su šiuo rašalu, galime padaryti daug geriau su laidžia juosta.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Visada man atrodė, kad tai puiki mokymosi priemonė mokant pagrindinės elektronikos su jaunesniais mokiniais. Tešlos pranašumas yra tai, kad ji yra labai linksma, ypač naudojant sausainių pjaustytuvus. Trūkumas yra tai, kad jis išdžiūsta (kaip ir bet kuri tešla) ir yra labai atsparus.

Mes linkę naudoti tešlą taip pat, kaip ir „Bare Conductive Paint“, kaip prisilietimo tašką talpiems lietimo projektams. Tai prideda įdomų elementą prie mišinio. Be to, jei pagaminsite tikrai didelį plokščią tešlos gabalėlį, jūsų kūnas reaguos į grandinę prieš paliesdami. Kartais iki colio. Visada smagu stebėti, kaip žmonės bando suprasti, kodėl taip atsitinka.

7 žingsnis: „Arduino“, „Raspberry Pi“, „Micro: Bit“ir belaidės plokštės

Greitai peržiūrėkite mūsų „GitHub Repo“ir pamatysite, kad turime daug didelių PCB, skirtų dirbti su daugeliu populiarių mikrovaldiklių. Vienas iš pagrindinių mūsų skundų dėl daugelio pastatų sistemų buvo/ yra tas, kad jie įpareigoja žmones naudotis tinkamo programavimo sistema arba leidžia naudoti tik vieną platformą. Nuolat tobulėjant techninei ir programinei įrangai atrodė keista užrakinti žmones arba leisti jiems išmesti dalis po poros metų.

Akivaizdžiausias pasirinkimas pradėti nuo „Arduino Nano“(kuris tapo mūsų robotų lenta) dėl mažo dydžio ir kainos. Tai puikiai tiko įvairiems programavimo projektams, tokiems kaip apšvietimo efektai ar tekinimo servo. Mes taip pat nusprendėme sukurti daugiau funkcijų turinčią versiją, naudojančią „Teensy LC“, daugiausia dėl talpinių lietimo galimybių. „Teensy LC“(išradimų lenta) taip pat turi keletą gražių klaviatūros emuliacijos funkcijų, ir mes greitai sukūrėme įdomius žaidimų valdiklius. Praėjusiais metais mes netgi sukūrėme milžinišką LEGO NES valdiklį ir paskelbėme jį „Instructables“.

Programavimas yra įdomus, tačiau ne visi nori patirti vargo. Mes surinkome plokštę, suprojektuotą aplink iš anksto užprogramuotą ATtiny85 lustą, kuris tik mirksi ir blunka. Mūsų gamybinėje versijoje naudojamos SMT dalys, tačiau mūsų „Repo“rasite skylių versiją. Jie praverčia mažesniems projektams, pavyzdžiui, bjauriems kalėdiniams marškiniams ar kai kurioms žėrinčioms žvaigždėms.

Vienas dalykas, kurio nepaisėme, yra šlifuoti „Raspberry Pi Zero“ir „Micro: Bit“plokštes. Apskritai mums patinka „Micro: Bit“ir aplink jį susikūrusi bendruomenė. Kalbant apie mūsų Raspberry Pi Zero plokštę … mes tiesiog neįsivaizduojame, ką su ja daryti. Rimtai, kažkas su juo padaro ką nors įdomaus ir mes atsiųsime jums keletą dalių.

Mes taip pat turėjome keistą idėją pabandyti sudaryti kai kuriuos belaidžio ryšio projektus. Mes kartu sudedame dalelių fotonų plokštės plokštes, porą „Adafruit Feather Boards“ir bendrą „NodeMCU“plokštę. Mes juos sukūrėme pagal tą patį pagrindinį dizainą, kaip ir mūsų „Nano“PCB, o kaiščių antraštės gale.

8 žingsnis: ateities planai?

Šiuo metu esame trečiojo detalių gamybos etapo viduryje, o didžioji dalis pardavimo parduodama mokykloms, bibliotekoms ir kūrėjų erdvėms. Gavome daug tvirtų atsiliepimų iš įvairaus amžiaus naudotojų, kurie padėjo mums sukurti geresnes dalis.

Mokymo planas

Vienas iš labiausiai paplitusių prašymų buvo parengti klasėje parengtą mokymo programą. Projektų kūrimas yra paprastas; sudaryti šešių savaičių išteklius studentams ir mokytojams yra sunkiau. Iki kovo pabaigos savo svetainėje paskelbsime pirmuosius mokymo programų projektus, kuriais galės naudotis visi. Turėsime du takelius, vieną pagrindinei grandinei ir kitą pagrindiniam programavimui. Abi bus sutelktos aplink mūsų „Crazy Circuits“dalis, tačiau jas galima lengvai pakeisti taip, kad būtų galima naudoti ne lentynose.

Daugiau gamybos linijų dalių

Šiuo metu priimame naujų dalių užklausas. Procesas yra lėtas, tačiau mes norime pridėti keletą naujų kūrinių į savo asortimentą vėliau šiais metais. Tikimės, kad galėsime pagaminti kai kuriuos potenciometrus ir „NeoPixel“komponentus ir pradėti juos pridėti prie savo rinkinių. Mums pasisekė turėti entuziastingų gerbėjų, kurie sukūrė savo komponentus ir pasidalino jais su mumis, ir tikimės, kad ateityje bus daugiau žmonių.

Įsipareigojimas atviram šaltiniui

Gali atrodyti, kad mušame negyvą arklį, bet mums labai patinka, kad mūsų komponentai yra atvirojo kodo. Mes ir toliau papildysime savo projekto išteklius, mokymo programą ir dizaino failus. Mes labai tikimės, kad ir triukšmas, ir pažangūs vartotojai galės pradėti kurti savo dalis arba jas keisti naujiems projektams.

Antrasis prizas PCB konkurse