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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Napisao BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow Više od autora:

O: Prije sam podučavao prirodoslovne znanosti, ali sada vodim vlastitu internetsku web stranicu za obrazovne znanosti. Dane provodim osmišljavajući nove projekte za studente i kreatore. Više o BrownDogGadgetima »

Obrazovno i domaće tržište preplavljeno je modularnim sustavima za učenje elektronike osmišljenim za poučavanje djece i odraslih ključnim STEM i STEAM konceptima. Čini se da proizvodi kao što su LittleBits ili Snapcircuits dominiraju u svakom vodiču za blagdanske darove ili roditeljskom blogu za obrazovne igračke. Međutim, ti sustavi uvijek dolaze s visokom cijenom i mnogi se više osjećaju kao igračke nego kao alati za učenje.

Prije otprilike tri godine počeli smo dizajnirati Crazy Circuits kao jeftin, višekratnu upotrebu, modularni, zalemljeni, zabavni sustav 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 jeftinima uz police. 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. Sustav je radio besprijekorno sa bilo kojim okruženjem temeljenim na LEGO -u, mogao se lako koristiti s provodljivim koncem za šivanje i lako se povećavao od jednostavnih krugova prema gore kroz osnovno programiranje. Oh, i zabavno je bilo koristiti što nam je olakšalo cijeli život.

U ovom zapisu pokazat ćemo vam kako smo osmislili komponente Crazy Circuits, naš kurikulum, kako možete izraditi i dizajnirati vlastite dijelove te načine na koje Crazy Circuits radi s drugim sustavima.

Potpuno otkrivanje podataka: Prodajemo dijelove i komplete Crazy Circuits, međutim možete jednostavno koristiti naše datoteke otvorenog koda da biste izradili vlastite ploče ili dizajnirali vlastite dijelove. Ovaj sustav možete koristiti za sve vrste stvari i nikada nam nemojte poslati niti lipe.

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 počet ćemo dijeliti stvari.

Korak 1: Filozofija iza ludih sklopova

Kad sam bio učitelj, jako me ljutilo što si nisam mogao priuštiti elegantne elektroničke sustave za svoju učionicu, iako su mi ih svaka nastavna konferencija ili uložak stalno preporučivali. Jednostavno nisam imao proračun za komplet od 100 USD koji je došao s pet dijelova i u najboljem slučaju zadržao bi tri učenika zauzet pet minuta. Na kraju sam radio ono što većina učitelja prirodoslovlja radi i samo sam kupio jeftine sirove dijelove na eBayu i Amazonu, ali to je od mene zahtijevalo mnogo novih planiranja lekcija i dizajna aktivnosti. Također sam otkrio da su moji mlađi učenici teško omotavali glavu oko ploča.

Na kraju sam uspio dobiti sredstva za kupnju nekih kompleta LittleBits -a za korištenje sa mojim znanstvenim klubom nakon škole. Bilo ih je zabavno koristiti (i da budem iskren, dobro sastavljen sustav), ali kad sam zamolio učenike srednjih škola da mi objasne kako rade, dobio sam svoj najdraži odgovor godine "Ne znam, magneti?". To su bila djeca koja su nekoliko tjedana ranije gradila neke složene sklopove, no LittleBits je postao više igračka nego bilo što drugo.

Kad smo počeli s brainstormingom modularnog sustava, htjeli smo se uvjeriti da su učenici svjesni KAKO međusobno djeluju dijelovi i da su tada mogli povući paralele sa zajedničkim dijelovima. Također smo znali da nam je potrebno nešto slično ploči, ali ipak lakše omotati glavu od stvarne ploče. 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 isječcima; oduzelo je jednostavnost svega. Voljeli smo koristiti vodljivu traku, ali bakrenu foliju nije bilo moguće koristiti. Mogli bismo spustiti traku, ali se više neće vratiti. Pokušali smo čak koristiti i vodljive niti, no pokazalo se da je to nemoguće kontrolirati. Nakon puno 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 različitih veličina, brzo smo uspjeli pronaći razmak veličine koji nam je omogućio da prilagodimo pritisak pomoću najlonske vodljive trake. Na ovaj način učenici su MORALI završiti svoju traku na određenom mjestu: morali su zapravo odvojiti vrijeme i osmisliti svoj sklop. 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 sporednu prednost dopuštajući dvoslojna kola. Obično bismo traku položili preko VRHA LEGO klinova, ali traka od 1/8 inča također je savršeno funkcionirala i za IZMEĐU LEGO klinova. Ljudi bi mogli napraviti sve vrste kompliciranih krugova pomoću trake na LEGO -u. (Iako pomalo neugodno. Ako ništa drugo, omogućilo je studentima da "preskoče" postojeću liniju uz samo malo truda.)

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

Korak 5: Vodljivi konac

Tijekom testiranja otkrili smo da vodljivi navoj jako dobro funkcionira s našim dijelovima. Ispostavilo se da su velike rupe od bakrenih ploča učinile provodno 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 šivanje dijelova nije ništa teže od ušivanja gumba. Čak smo otišli toliko daleko da smo napravili komplicirane 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 im napravimo narukvicu s gumbima 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 provodljivom tintom. Ovo je samo djelomično uspjelo.

Gola provodljiva tinta

Ova provodljiva tinta prilično je slična napuhanoj boji. Lako se slika na bilo kojoj površini, prilično je jeftin i može se prati u vodi za jednostavno čišćenje. Nedostatak je što grafit nije jako vodljiv i doista djeluje kao veliki otpornik više od svega. Nismo imali problema s povezivanjem na lude dijelove krugova jer smo mogli ostaviti mrlje tinte da se osuše preko PCB -a, ali smo imali problema sa sigurnim premještanjem napajanja u krugu.

Ono za što smo ga na kraju koristili je kapacitivna "dodirna točka" boje za naše Teensy LC ploče kompatibilne s Arduinom. 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 baš poput srebrne gel olovke, samo što iza sebe ostavlja izuzetno vodljive tragove. Prednost ove tinte je u tome što su tragovi izuzetno provodljivi i djeluje poput prave olovke. Nedostaci su što su olovke skupe, imaju tendenciju isušivanja i morate nekako pričvrstiti svoje dijelove na papir kako biste ostvarili čvrstu vezu.

Prvotno 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 na neki način upravo napravili loše verzije elektroničkih dijelova koje je Circuit Scribe već napravio. Jedina je korist bila stvaranje većih projekata temeljenih 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 Vodljivo tijesto

Uvijek sam smatrao da je ovo izvrstan alat za učenje osnovne škole elektronike s mlađim učenicima. Prednost tijesta je to 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 ravni komad tijesta, vaše će tijelo reagirati sa krugom PRIJE nego što ga dodirnete. Ponekad i do centimetra dalje. 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 s velikim brojem građevinskih sustava bila je/ jest to što su privukli ljude da koriste prikladan sustav programiranja ili vam dopuštaju korištenje samo jedne platforme. Budući da se hardver i softver stalno razvijaju, činilo se čudnim zaključati ljude ili ih natjerati da bace dijelove nakon nekoliko godina.

Najočitiji izbor za početak s Arduino Nano (koji je postao naša Uprava 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 značajke emulacije tipkovnice i brzo smo izmislili neke zabavne kontrolere za igre koristeći ga. Prošle godine čak smo napravili i veliki LEGO NES kontroler i objavili 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, no u našem Repo -u ćete pronaći verziju s provrtom. Dobro dođu za manje projekte poput ružne božićne košulje ili nekih sjajnih zvijezda.

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

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

Korak 8: Planovi za budućnost?

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

Kurikulum

Jedan od najčešćih zahtjeva bio je plan i program prilagođen učionici. Izrada projekata je jednostavna; stvaranje šest tjedana resursa za učenike i nastavnike je teže. Do kraja ožujka objavit ćemo svoje prve nacrte kurikuluma na našoj web stranici, besplatne za svakoga. Imat ćemo dvije pjesme, jednu za osnovna kola i jednu za osnovno programiranje. Oboje će biti usredotočeno na naše dijelove Crazy Circuits, međutim mogli bi se lako izmijeniti za upotrebu s dijelova 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.

Predanost otvorenom kodu

Možda zvuči kao da pobjeđujemo mrtvog konja, ali jako volimo da naše komponente budu otvorenog koda. Nastavit ćemo dodavati svoje projektne resurse, kurikulum i datoteke dizajna. Iskreno se nadamo da će i početnici i napredni korisnici početi stvarati vlastite dijelove ili ih mijenjati za nove projekte.

Druga nagrada na PCB natjecanju