Hullud ahelad: avatud lähtekoodiga elektroonika õppesüsteem: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Autor: BrownDogGadgetsBrownDogGadgets

Teave: varem õpetasin keskkooli loodusteadusi, kuid nüüd haldan oma veebipõhist haridusteaduse veebisaiti. Ma veedan oma päevad disainides uusi projekte, mida õpilased ja tegijad kokku panna. Lisateave BrownDogGadgets'i kohta »

Haridus- ja koduturg on üle ujutatud moodul -elektroonika õppimissüsteemidest, mille eesmärk on õpetada lastele ja täiskasvanutele STEM -i ja STEAM -i põhikontseptsioone. Tundub, et sellised tooted nagu LittleBits või Snapcircuits domineerivad igal puhkusekingide juhendil või harivate mänguasjade vanemablogil. Nendel süsteemidel on aga alati kaasas kopsakas hinnasilt ja paljud tunnevad end pigem mänguasjadena kui õppevahenditena.

Umbes kolm aastat tagasi alustasime Crazy Circuits'i disainimist odava, korduvkasutatava, modulaarse, jootmata, lõbusa süsteemina, mida saaks kasutada tegeliku õppevahendina. Tahtsime midagi, mida vanemad ja õpetajad saaksid hõlpsasti integreerida komplektidega, mis neil juba olemas olid, või odavate riiulikomponentide hulgast. Midagi nii tegijate kogukonnale kui ka keskmisele täiskasvanule.

Lõpuks olid Crazy Circuits kõik, mida lootsime, ja palju muud. Süsteem töötas laitmatult mis tahes LEGO -põhise keskkonnaga, seda sai hõlpsasti kasutada juhtivat niiti õmblemiseks ja hõlpsasti skaleerida lihtsatest ahelatest kuni põhiprogrammeerimiseni. Oh, ja seda oli ka lõbus kasutada, mis tegi kogu meie elu lihtsamaks.

Selles kirjutises näitame teile, kuidas me konstrueerisime Crazy Circuits'i komponente, meie õppekava, kuidas saate oma osi teha ja kujundada ning kuidas Crazy Circuits töötab koos teiste süsteemidega.

Täielik avalikustamine: müüme Crazy Circuits'i osi ja komplekte, kuid saate hõlpsalt kasutada meie avatud lähtekoodiga faile oma tahvlite koostamiseks või osade kujundamiseks. Saate seda süsteemi kasutada igasuguste asjade jaoks ja ärge saatke meile kunagi sentigi.

Andke ära: 2019. aastal proovime midagi uut. Anname tasuta osi ja komplekte inimestele (ainult USA elanikele), kes jälgivad meid juhendite, Facebooki, instagrami ja YouTube'i kaudu. Tõenäoliselt anname ära paar täiskomplekti, viimistletud osi ja tühje trükkplaate. Lihtsalt jälgige või tellige ja me hakkame asju jagama.

Samm: filosoofia pööraste ringide taga

Kui olin õpetaja, olin väga pahane, et ei saanud oma klassiruumi jaoks endale uhkeid elektroonikasüsteeme endale lubada, kuigi iga õpetamiskonverents või koolitus, kus osalesin, soovitas neid pidevalt. Mul lihtsalt ei olnud eelarvet 100 -dollarise komplekti jaoks, mis tuli viie osaga ja parimal juhul hoiaks kolm õpilast viis minutit hõivatud. Lõpuks tegin seda, mida enamik loodusteaduste õpetajaid teeb, ja ostsin just eBayst ja Amazonist odavaid tooreid osi, kuid see nõudis minult palju uusi tundide planeerimise ja tegevuste kujundamise töid. Leidsin ka, et mu noorematel õpilastel oli raske pead leivaplaatide ümber mässida.

Lõpuks õnnestus mul hankida rahastust, et osta mõned LittleBits komplektid, mida saaksin kasutada pärast koolijärgset teadusklubi. Neid oli lõbus kasutada (ja ausalt öeldes hästi kokku pandud süsteem), kuid kui palusin oma keskkooliõpilastel selgitada, kuidas nad töötasid, sain selle aasta lemmikvastuse "Ma ei tea, magnetid?". Need olid lapsed, kes olid nädalaid varem ehitanud keerulisi vooluringi, kuid LittleBits tuli pigem mänguasjana kui miski muu.

Kui alustasime moodulsüsteemi ajurünnakuid, tahtsime veenduda, et õpilased oleksid teadlikud, KUIDAS osad omavahel suhtlevad, ja saaksid seejärel tõmmata paralleele tavaliste osadega. Samuti teadsime, et vajame midagi sarnast leivalauaga, kuid lihtsam on nende pea ümber keerata kui tegelik leivaplaat. Samuti pidime selle lõbusaks ja kaasahaaravaks tegema.

Väljakutse vastu võetud!

Samm: miks just LEGO?

"laadimine =" laisk"

Lõpuks pidime välja mõtlema, kuidas kõik omavahel ühendada. Otsustasime kohe, et vihkasime juhtmete ja alligaatoriklambrite ideed; see võttis ära kõige lihtsuse. Meile meeldis juhtiva lindi kasutamine, kuid vaskfooliumlinti oli võimatu kasutada. Võiksime lindi alla võtta, kuid see ei tuleks uuesti üles. Proovisime isegi juhtivat niiti kasutada, kuid seda osutus võimatuks kontrollida. Pärast palju tunde Hiinas linditehasega Skype'is valmistades valmistasime kohandatud nailonist juhtivat linti (Maker Tape), mis oli piisavalt tugev, et seda uuesti eemaldada, kuid piisavalt odav, et olla konkurentsivõimeline tavalise vaskfooliumlindiga.

Tänu sellele, et meie töökojas istus palju erineva suurusega aukudega test -PCB -sid, suutsime kiiresti leida suurustevahe, mis võimaldas meil nailonist juhtivat linti kasutades rõhu sobitada. Nii pidid õpilased oma lindi teatud kohas lõpetama: nad pidid tegelikult aega võtma ja oma vooluringi kujundama. See aspekt võimaldas meil muuta pöörased ringid õppevahendiks, mitte ainult mänguasjaks.

1/8 tolli lindi kasutamisel oli ka kummaline eelis, kuna see võimaldas kahekihilisi ahelaid. Tavaliselt asetame teibi üle LEGO naastude TOPi, kuid 1/8 tolline lint töötas suurepäraselt ka LEGO naastude VAHEL. Inimesed saaksid LEGO -lindi abil teha igasuguseid keerulisi vooluahelaid. (Kuigi natuke ebamugav. Kui mitte midagi muud, siis võimaldas see õpilastel olemasoleva rea „vaid mõne pingutusega” hüpata.)

Põhinäitering võib kasutada lülitit, akuhoidikut ja LED -i. Kõigi meie osade puhul kasutasime GND (negatiivsete) postide tähistamiseks valget siiditrükki ja positiivsete pooluste tähistamiseks värvilist külge. Ülaltoodud video näitab mulle lihtsa vooluahela tegemist. Paigaldage teip, suruge osadele, lisage võimsust.

5. samm: juhtiv niit

Katsetamise käigus avastasime, et juhtiv niit töötas meie osadega tõesti hästi. Selgub, et suured vasest plaaditud augud tegid juhtiva õmblemise tõesti lihtsaks. Mõned meie testijad eelistasid meie osadega õmblemist, mitte nende kasutamist koos LEGO -ga.

Kui te pole kunagi juhtivat niiti kasutanud, peaksite seda proovima! See on tavaliselt terasest/ nailonist niit, mis juhib üsna hästi. Selle käsitsi õmblemine on üsna lihtne ja osade õmblemine pole keerulisem kui nupu õmblemine. Oleme isegi jõudnud nii kaugele, et oleme teinud Arduino abil keerulisi interaktiivseid särke. Juhtiva õmblemise kena osa on see, et kui sa oma projekti tõesti vihkad, võid alati osad ära võtta ja kasutada millekski muuks.

Meie lastele mõeldud tegevuseks on lasta neil teha nupuvajutusega käevõru, kasutades LED -i, patareipesa ja kinnitusklambrite komplekti. Klõpsud lähevad käevõru otsa ja neid kasutatakse ahela lõpetamiseks. Panime kokku toreda prinditava PDF -faili, kui keegi soovib seda kasutada töötubade või koduste tegevuste jaoks.

6. samm: juhtivad tindid ja taignad

Alguses olime surnud, et panime oma osad juhtiva tindiga tööle. See töötas ainult osaliselt.

Tühi juhtiv tint

See juhtiv tint on üsna sarnane pundunud värviga. Seda on lihtne värvida mis tahes pinnale, see on üsna odav ja seda saab hõlpsasti puhastada veega. Negatiivne külg on see, et grafiit ei ole väga juhtiv ja toimib tõesti rohkem kui suur takisti. Meil ei olnud probleeme selle ühendamisega pööraste vooluahelate osadega, kuna meil võisid tindiplekid PCB -de peal kuivada, kuid meil oli probleeme vooluahela ohutu liigutamisega.

Lõppkokkuvõttes kasutasime seda Arduinoga ühilduvate Teensy LC plaatide mahtuvusliku värvi "puutepunktiks". Me juhime trükkplaadilt linti värviplekideni ja siis inimesed puudutavad värvi. See võimaldab igasuguseid lõbusaid šabloone, seinapianereid või interaktiivseid kunstiprojekte.

Circuit Scribe

See juhtiv tint töötab täpselt nagu hõbedane geelpliiats, ainult see jätab paberile äärmiselt juhtivaid jälgi. Selle tindi eeliseks on see, et jäljed on äärmiselt juhtivad ja see toimib nagu tõeline pliiats. Negatiivsed küljed on see, et pliiatsid on kallid, kipuvad ära kuivama ja tugeva ühenduse loomiseks peate oma osad kuidagi paberi külge kinni pigistama.

Algselt koostasime mõned kohandatud magnetid, mis mahtusid meie LEGO aukudest läbi. Meie GitHub Repo on täis pärandosasid, mis on märgistatud kui "magnetiga ühilduv". Lõpptulemus sai löögi või miss ja me mõistsime, et tegime just elektroonikaosade kehvad versioonid, mille Circuit Scribe juba tegi. Ainus kasu oli suuremate Arduino -põhiste projektide tegemisest, kuna Circuit Scribe ei tooda ühtegi Arduino plaati, kuid liiga palju magneteid üksteise lähedale pannes põhjustas oma probleeme.

Samuti mõistsime, et kõike, mida selle tindiga teeme, saame juhtiva lindiga palju paremini teha.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Olen alati leidnud, et see on suurepärane õppevahend elektroonika põhitõdede õpetamiseks nooremate õpilastega. Taina eeliseks on see, et see on väga meelelahutuslik, eriti küpsisefreesidega. Negatiivne külg on see, et see kuivab (nagu iga tainas) ja on ka väga vastupidav.

Me kasutame tainast samamoodi nagu paljast juhtivat värvi, kui mahtuvuslike puuteprojektide puutepunkti. See lisab segule lõbusa elemendi. Lisaks, kui teete tõeliselt suure lameda tainatüki, reageerib teie keha vooluringiga ENNE selle puudutamist. Mõnikord kuni tolli kaugusel. Alati on lõbus vaadata, kuidas inimesed üritavad aru saada, miks see nii juhtub.

Samm: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit ja traadita plaadid

Kiire pilk meie GitHub Repole ja näete, et meil on palju suuri trükkplaate, mis on loodud töötama paljude populaarsete mikrokontrolleritega. Üks meie peamisi kaebusi paljude hoonesüsteemide kohta oli/ on see, et nad panevad inimesi kasutama sobivat programmeerimissüsteemi või lubavad teil kasutada ainult ühte platvormi. Riistvara ja tarkvara pidevalt arenedes tundus imelik inimesi paari aasta pärast lukustada või lasta osad minema visata.

Kõige ilmsem valik alustamiseks Arduino Nanoga (millest sai meie robootikaplaat) väikese suuruse ja hinna tõttu. See sobis suurepäraselt paljude programmeerimisprojektide jaoks, näiteks valgusefektid või pöörlevad servod. Otsustasime toota ka funktsionaalsemat versiooni, mis kasutab Teensy LC -d, peamiselt mahtuvusliku puutetundlikkuse jaoks. Teensy LC -l (Invention Board) on ka mõningaid toredaid klaviatuuri jäljendamise funktsioone ja me tegime selle abil kiiresti mõned lõbusad mängukontrollerid. Eelmisel aastal tegime isegi hiiglasliku LEGO NES kontrolleri ja postitasime selle Instructables'i.

Programmeerimine on lõbus, kuid mitte kõik ei taha vaeva näha. Panime kokku tahvli, mis on kujundatud eelprogrammeeritud ATtiny85 kiibi ümber, mis lihtsalt vilgutab ja tuhmub. Meie tootmisversioon kasutab SMT osi, kuid meie repost leiate läbiva augu versiooni. Need on kasulikud väiksemate projektide jaoks, näiteks kole jõulusärk või mõni sädelev täht.

Üks asi, mille oleme tähelepanuta jätnud, on meie Raspberry Pi Zero ja Micro: Bit plaatide poleerimine. Üldiselt meeldib meile Micro: Bit ja selle ümber tekkinud kogukond. Mis puutub meie Raspberry Pi Zero plaati, siis meil pole sõna otseses mõttes aimugi, mida sellega teha. Tõsiselt, keegi teeb sellega midagi huvitavat ja me saadame teile mõned osad.

Meil oli ka hull idee proovida kokku panna mõned traadita projektid. Meie, vaid koos tahvlid osakeste footoniplaadi jaoks, paar Adafruit Feather Boards'i ja ühist NodeMCU plaati. Võtsime need aluseks sama põhidisaini nagu meie Nano -trükkplaat, mille tagaküljel oli rida nööpnõelad.

8. samm: tulevikuplaanid?

Praegu oleme kolmandas osade tootmises, kus suurem osa müügist läheb koolidesse, raamatukogudesse ja tegijate ruumidesse. Oleme saanud igas vanuses kasutajatelt palju kindlat tagasisidet, mis on aidanud meil paremaid osi kujundada.

Õppekava

Üks levinumaid taotlusi on olnud klassiruumiks valmis õppekava. Projektide koostamine on lihtne; õpilastele ja õpetajatele kuue nädala ressursside moodustamine on keerulisem. Märtsi lõpuks postitame oma esimesed õppekavade mustandid oma veebisaidile, mis on kõigile tasuta kasutamiseks. Meil on kaks rada, üks põhiahela jaoks ja teine põhiprogrammeerimiseks. Mõlemad keskenduvad meie pööraste vooluringide osade ümber, kuid neid saab hõlpsasti riiuliosade jaoks muuta.

Veel tootmisliini osi

Võtame praegu vastu uute osade taotlusi. Protsess on aeglane, kuid me tahame selle aasta lõpus oma koosseisu lisada paar uut tükki. Loodetavasti suudame valmistada mõned potentsiomeetrid ja NeoPixeli komponendid ning hakata neid oma komplektidesse lisama. Meil on olnud õnne, et meil on entusiastlikke fänne, kes on oma komponendid välja töötanud ja neid meiega jaganud, ning loodame, et tulevikus on rohkem inimesi.

Pühendumine avatud lähtekoodile

See võib tunduda, et peksame surnud hobust, kuid meile väga meeldib, kui meie komponendid on avatud lähtekoodiga. Jätkame oma projektiressursside, õppekava ja disainifailide lisamist. Loodame väga, et nii müra kui ka edasijõudnud kasutajad saavad hakata oma osi looma või neid uute projektide jaoks muutma.

PCB konkursi teine auhind