Qarqet e çmendura: një sistem mësimi elektronik me burim të hapur: 8 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Nga BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow More nga autori:

Rreth: Kam mësuar shkencat e shkollës së mesme, por tani drejtoj faqen time në internet të shkencës arsimore arsimore. Unë i kaloj ditët e mia duke hartuar projekte të reja për studentët dhe krijuesit që të bëjnë së bashku. Më shumë rreth BrownDogGadgets »

Tregu i arsimit dhe shtëpisë është i përmbytur me sisteme modulare të 'mësimit' të elektronikës të dizajnuara për t'u mësuar fëmijëve dhe të rriturve konceptet kryesore STEM dhe STEAM. Produkte të tilla si LittleBits ose Snapcircuits duket se dominojnë çdo udhëzues dhuratash festash ose blog prindi për lodra edukative. Sidoqoftë, këto sisteme vijnë gjithmonë me një çmim të lartë të bashkangjitur dhe shumë ndjehen më shumë si lodra sesa mjete mësimore.

Rreth tre vjet më parë ne filluam të dizenjonim Qarqet e çmendura si një sistem me kosto të ulët, të ripërdorshëm, modulare, pa saldim, argëtues që mund të përdoret si një mjet aktual mësimi. Ne donim diçka që prindërit dhe mësuesit mund ta integronin lehtësisht me komplete që i kishin tashmë ose të lira nga përbërësit e raftit. Diçka që të gëzojë si për Komunitetin Krijues ashtu edhe për një të rritur mesatar.

Në fund, Crazy Circuits ishte gjithçka për të cilën shpresonim dhe më shumë. Sistemi funksionoi në mënyrë të përsosur me çdo mjedis të bazuar në LEGO, mund të përdoret lehtësisht me fije përçuese për qepje, dhe shkallëzohet lehtësisht nga qarqet e thjeshta deri në programimin bazë. Oh, dhe ishte argëtuese të përdorej gjithashtu, e cila na bëri më të lehtë jetën tonë.

Në këtë shkrim ne do t'ju tregojmë se si i kemi projektuar komponentët e Cirk Circions, kurrikulën tonë, si mund t'i bëni dhe dizajnoni pjesët tuaja, dhe mënyrat se si Crazy Circuits funksionon me sisteme të tjera.

Zbulimi i plotë: Ne shesim pjesë dhe komplete të Crazy Circuits, megjithatë ju lehtë mund të përdorni skedarët tanë me Burim të Hapur për të krijuar bordet tuaja ose për të hartuar pjesët tuaja. Ju mund ta përdorni këtë sistem për të gjitha llojet e gjërave dhe kurrë mos na dërgoni asnjë qindarkë të vetme.

Give Aways: Po provojmë diçka të re në vitin 2019. Po u japim pjesë dhe komplete falas njerëzve (vetëm për rezidentët amerikanë) që na ndjekin në instruksione, facebook, instagram dhe youtube. Me shumë mundësi do të dhurojmë disa komplete të plota, pjesë të përfunduara dhe PCB bosh. Vetëm ndiqni ose regjistrohuni dhe ne do të fillojmë të japim gjëra.

Hapi 1: Filozofia Prapa Qarqeve të Çmendura

Kur isha mësues u mërzita vërtet që nuk mund të përballoja sisteme elektronike të zbukuruara për klasën time, edhe pse çdo konferencë mësimore ose shërbim që kam marrë pjesë i rekomandonte ato. Thjesht nuk kisha një buxhet për një komplet prej 100 dollarësh që vinte me pesë pjesë dhe në rastin më të mirë do të mbante tre studentë të zënë për pesë minuta. Përfundova duke bërë atë që bëjnë shumica e mësuesve të shkencës dhe thjesht bleva pjesë të lira të papërpunuara jashtë eBay dhe Amazon, por kjo më kërkoi të bëja shumë punë të reja të planifikimit dhe dizenjimit të aktiviteteve. Gjithashtu zbulova se studentët e mi të vegjël e kishin të vështirë të mbështillnin kokën rreth dërrasave të bukës.

Unë përfundimisht arrita të marr disa fonde për të blerë disa komplete LittleBits për përdorim me klubin tim shkencor pas shkollës. Ato ishin argëtuese për t'u përdorur (dhe për të qenë të sinqertë, një sistem i kombinuar mirë), por kur i kërkova nxënësve të shkollave të mesme të shpjegonin se si punonin, mora përgjigjen time të preferuar të vitit "Nuk e di, magnet?". Këta ishin fëmijë që kishin ndërtuar disa qarqe të ndërlikuara javë më parë, megjithatë LittleBits doli më shumë si një lodër se çdo gjë tjetër.

Kur filluam të krijojmë ide mbi një sistem modular, ne donim të siguroheshim që studentët të ishin të vetëdijshëm se SI po bashkëvepronin pjesët dhe pastaj ishin në gjendje të tërhiqnin paralele me pjesët e zakonshme. Ne gjithashtu e dinim se kishim nevojë për diçka të ngjashme me një dërrasë buke, por akoma më e lehtë për t'i mbështjellë kokat e tyre sesa një dërrasë buke. Ne gjithashtu duhej ta bënim argëtuese dhe tërheqëse.

Sfida u pranua!

Hapi 2: Pse LEGO?

"ngarkimi =" dembel"

Së fundi, na u desh të kuptonim se si t'i lidhim gjithçka së bashku. Ne vendosëm menjëherë se e urrenim idenë e telave dhe kapëseve të aligatorëve; u hoq nga thjeshtësia e gjithçkaje. Na pëlqente të përdornim shirit përçues, por kaseta prej petë prej bakri ishte e pamundur të përdorej. Ne mund ta ulnim kasetën, por ajo nuk do të kthehej përsëri. Ne madje u përpoqëm të përdorim fije përçuese, por kjo doli të ishte e pamundur për t'u kontrolluar. Pas shumë orësh në Skype me një fabrikë kasetë në Kinë, ne prodhuam një kasetë përçuese najloni të personalizuar (kasetë krijuese) e cila ishte aq e fortë sa të tërhiqej përsëri, por mjaft e lirë për të qenë konkurruese me shiritin e zakonshëm të letrës së bakrit.

Falë faktit se ne kishim një sasi të madhe të PCB -ve provë me vrima të madhësive të ndryshme të ulura në punëtorinë tonë, ne shpejt arritëm të gjenim një distancë madhësie që na lejonte të bënim një përshtatje presioni duke përdorur shiritin përçues najloni. Në këtë mënyrë studentët DUHET ta përfundojnë kasetën e tyre në një vend të caktuar: ata në fakt duhej të merrnin kohë dhe të krijonin qarkun e tyre. Ky aspekt na lejoi t'i shndërronim Qarqet e çmendura në një mjet mësimi, jo vetëm një lodër.

Përdorimi i shiritit 1/8 inç gjithashtu kishte përfitimin e çuditshëm anësor të lejimit të qarqeve me dy shtresa. Normalisht ne do ta vendosnim shiritin në majë të kunjave LEGO, por kaseta 1/8 e inçit gjithashtu funksionoi në mënyrë perfekte edhe për të shkuar mes GJULEVE LEGO. Njerëzit mund të bëjnë të gjitha llojet e qarqeve të komplikuara duke përdorur kasetë në LEGO. (Edhe pse pak e çuditshme. Nëse asgjë tjetër i lejoi studentët të 'kërcejnë' një linjë ekzistuese me vetëm pak përpjekje.)

Një shembull bazë qark mund të përdorë një çelës, mbajtës të baterisë dhe një LED. Për të gjitha pjesët tona ne përdorëm ekranin e mëndafshit të bardhë për të përcaktuar polet GND (Negative) dhe anën me ngjyrë për të treguar polet Pozitive. Videoja e mësipërme më tregon duke bërë një qark të thjeshtë. Shtrojeni shiritin, përshtatni presionin në pjesë, shtoni fuqi.

Hapi 5: Fije përçuese

Gjatë testimit ne zbuluam se filli përçues punonte vërtet mirë me pjesët tona. Rezulton se vrimat e mëdha të kromuara me bakër e bënë qepjen përçuese vërtet të lehtë. Disa nga testuesit tanë preferuan qepjen me pjesët tona sesa përdorimin e tyre me LEGO.

Nëse nuk keni përdorur kurrë Thread Conductive më parë duhet të provoni! Zakonisht është një fije çeliku/ najloni që përçon mjaft mirë. Qepja me dorë është mjaft e lehtë dhe qepja e pjesëve nuk është më e vështirë sesa të qepësh një buton. Ne madje kemi arritur aq larg sa të bëjmë bluza të ndërlikuara interaktive duke përdorur një Arduino. Pjesa e bukur në lidhje me qepjen përçuese është se nëse e urreni vërtet projektin tuaj, gjithmonë mund t'i hiqni pjesët dhe t'i përdorni për diçka tjetër.

Aktiviteti ynë "shko tek" për fëmijët është t'i bëjmë ata të bëjnë një byzylyk të fiksuar me butona duke përdorur një LED, një mbajtës të baterisë dhe një sërë kapëse. Kapjet shkojnë në fund të byzylykut dhe përdoren për të përfunduar qarkun. Ne bashkojmë një PDF të bukur të printueshme nëse dikush dëshiron ta përdorë atë për punëtori ose aktivitete në shtëpi.

Hapi 6: Bojëra dhe brumë përçuese

Në fillim ne ishim gati të bënim që pjesët tona të punonin me bojëra përçuese. Kjo funksionoi vetëm pjesërisht.

Bojë përçuese e zhveshur

Kjo bojë përçuese është shumë e ngjashme me bojën e fryrë. Easyshtë e lehtë të pikturohet në çdo sipërfaqe, është mjaft e lirë dhe mund të lahet me ujë për një pastrim të lehtë. Ana negative është se grafit nuk është shumë përçues dhe me të vërtetë vepron si një rezistencë e madhe më shumë se çdo gjë. Ne nuk kishim ndonjë problem që ta lidhte atë me Pjesët e Qarqeve të Çmendura pasi mund të kishim tharë copëzat e bojës mbi PCB -të, por kishim probleme që lëviznin fuqinë në qark në mënyrë të sigurt.

Ajo që ne përfunduam duke e përdorur atë ishte një "pikë prekëse" bojë kapacitore për pllakat tona Teensy LC të pajtueshme me Arduino. Ne drejtojmë kasetë nga PCB tek blloqet e bojës dhe pastaj njerëzit prekin bojën. Kjo lejon të gjitha llojet e klisheve argëtues, pianove të murit ose projekteve artistike interaktive.

Regjistrohu në qark

Kjo bojë përçuese funksionon njësoj si një stilolaps xhel argjendi, vetëm se lë pas gjurmë jashtëzakonisht përçuese në letër. Përparësia e kësaj boje është se gjurmimet janë jashtëzakonisht përcjellëse dhe vepron si një stilolaps i vërtetë. Disavantazhet janë se stilolapsat janë të shtrenjta, kanë tendencë të thahen dhe ju duhet t'i kapni disi pjesët tuaja në letër në mënyrë që të bëni një lidhje të fortë.

Ne fillimisht kishim disa magnete me porosi që përputheshin me vrimat tona LEGO. GitHub Repo ynë është plot me pjesë të trashëguara që janë etiketuar "të pajtueshme me magnet". Rezultati përfundimtar u godit ose humbi dhe ne kuptuam se sapo kishim bërë versione të këqija të pjesëve elektronike që Circuit Scribe tashmë i kishte bërë. Përfitimi i vetëm ishte për bërjen e projekteve më të mëdha të bazuara në Arduino pasi që Circuit Scribe nuk prodhon asnjë bord Arduino, por vendosja e shumë magneteve pranë njëri -tjetrit përfundoi duke shkaktuar problemet e veta.

Ne gjithashtu kuptuam se çdo gjë që po bënim me këtë bojë mund ta bënim me shirit përçues shumë më mirë.

Brumi i Qarqeve Squishy - Brumë përçuese AKA

Gjithmonë e kam gjetur këtë si një mjet të shkëlqyeshëm mësimor për mësimin e elektronikës bazë me studentët më të vegjël. Përparësia e brumit është se është shumë argëtuese, veçanërisht me hapëse të biskotave. Ana negative është se ajo thahet (si çdo brumë) dhe gjithashtu është shumë rezistente.

Ne priremi ta përdorim brumin në të njëjtën mënyrë si ne përdorim Bare Conductive Paint, si një pikë prekëse për projekte kapaciteti të prekjes. Shton një element argëtues në përzierje. Plus nëse bëni një copë brumi vërtet të madhe të sheshtë trupi juaj do të reagojë me qark para se ta prekni. Ndonjëherë deri në një centimetër larg. Alwaysshtë gjithmonë argëtuese të shikosh njerëzit të përpiqen dhe të kuptojnë pse po ndodh.

Hapi 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit dhe Borde pa tela

Një vështrim i shpejtë në GitHub Repo tonë dhe do të shihni se ne kemi shumë PCB të mëdhenj të krijuar për të punuar me një numër mikro-kontrolluesish të njohur. Një nga ankesat tona kryesore për shumë sisteme të ndërtimit ishte/ është se ata i fusin njerëzit në përdorimin e një sistemi programimi të përshtatshëm ose ju lejojnë të përdorni vetëm një platformë. Me harduerin dhe softuerin që evoluonin vazhdimisht, dukej e çuditshme të mbyllnim njerëzit ose t'i lëmë ata të hedhin pjesë pas disa vitesh.

Zgjedhja më e qartë për të filluar me një Arduino Nano (i cili u bë Bordi ynë i Robotikës) për shkak të madhësisë së vogël dhe pikës së çmimit. Kjo ishte perfekte për një gamë të gjerë të projekteve të programimit, të tilla si efektet e ndriçimit ose shërbimet e kthimit. Ne vendosëm të prodhonim gjithashtu një version më të pasur me veçori që përdor një Teensy LC, kryesisht për aftësitë prekëse të prekjes. Teensy LC (Bordi i Shpikjes) gjithashtu ka disa veçori të mira të emulimit të tastierës dhe ne shpejt krijuam disa kontrollues argëtues të lojërave duke e përdorur atë. Vitin e kaluar ne madje bëmë një kontrollues gjigant LEGO NES dhe e postuam në Instructables.

Programimi është argëtues, por jo të gjithë duan të kalojnë nëpër sherr. Ne vendosëm së bashku një tabelë të projektuar rreth një çipi të programuar paraprakisht ATtiny85 që thjesht fik dhe venitet. Versioni ynë i prodhimit përdor pjesë SMT, megjithatë ju do të gjeni një version përmes vrimës në Repo -n tonë. Ato vijnë në ndihmë për projekte më të vogla të tilla si një këmishë e shëmtuar e Krishtlindjeve ose disa yje vezullues.

Një gjë që ne kemi lënë pas dore për të bërë është lustrimi i bordeve tona Raspberry Pi Zero dhe Micro: Bit. Në përgjithësi na pëlqen Micro: Bit dhe komuniteti që është shfaqur rreth tij. Sa i përket bordit tonë Raspberry Pi Zero… ne nuk kemi asnjë ide se çfarë të bëjmë me të. Seriozisht, dikush bën diçka interesante me të dhe ne do t'ju dërgojmë disa pjesë.

Ne gjithashtu kishim idenë e çuditshme për të provuar të bashkonim disa projekte pa tel. Ne, por së bashku bordet për Bordin Photon Particle, një çift bordesh me pendë Adafruit dhe bordin e zakonshëm NodeMCU. Ne i bazuam ato në të njëjtin model bazë si Nano PCB -ja jonë me një rresht titujsh në pjesën e pasme.

Hapi 8: Planet e së ardhmes?

Aktualisht ne jemi në mes të prodhimit të tretë të pjesëve me shumicën e shitjeve tona që shkojnë në shkolla, biblioteka dhe Maker Spaces. Ne kemi marrë shumë reagime të forta nga përdoruesit e të gjitha moshave, gjë që na ka ndihmuar të hartojmë pjesë më të mira.

Kurrikula

Një nga kërkesat më të zakonshme ka qenë kurrikula e gatshme për klasë. Krijimi i projekteve është i thjeshtë; krijimi i burimeve prej gjashtë javësh për studentët dhe mësuesit është më i vështirë. Deri në fund të marsit ne do të postojmë draftet tona të para të kurrikulës në faqen tonë të internetit, falas për këdo që t'i përdorë. Ne do të kemi dy këngë, një për qarkun bazë dhe një për programimin bazë. Të dy do të përqendrohen rreth pjesëve tona të Qarqeve të Çmendura, megjithatë ato lehtë mund të modifikohen për të përdorur pjesët e raftit.

Më shumë pjesë të linjës së prodhimit

Aktualisht po marrim kërkesa për pjesë të reja. Procesi është i ngadalshëm, por ne duam të shtojmë disa pjesë të reja në formacionin tonë për më vonë këtë vit. Shpresojmë se do të jemi në gjendje të prodhojmë disa Potentiometra dhe Komponentë NeoPixel dhe të fillojmë t'i shtojmë ato në komplete tona. Ne kemi pasur fatin të kemi disa tifozë entuziastë që kanë krijuar komponentët e tyre dhe i kanë ndarë me ne, dhe shpresojmë që më shumë njerëz do ta bëjnë në të ardhmen.

Angazhimi ndaj Burimit të Hapur

Mund të tingëllojë sikur po mundim një kalë të ngordhur, por na pëlqen shumë që përbërësit tanë të jenë me burim të hapur. Ne do të vazhdojmë t'i shtojmë burimet e projektit, kurrikulën dhe skedarët e projektimit. Ne me të vërtetë shpresojmë që përdoruesit e zhurmshëm dhe të përparuar të fillojnë të krijojnë pjesët e tyre ose t'i modifikojnë ato për projekte të reja.

Çmimi i dytë në Konkursin PCB