Trakas shēmas: atvērtā koda elektronikas mācību sistēma: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Pēc BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsSekot vairāk autora:

Par: Es agrāk mācīju dabaszinātnes vidusskolā, bet tagad es vadu savu tiešsaistes izglītības zinātnes vietni. Es pavadu savas dienas, izstrādājot jaunus projektus studentiem un Makerniekiem. Vairāk par BrownDogGadgets »

Izglītības un mājas tirgus ir pārpildīts ar modulārām elektronikas mācīšanās sistēmām, kas paredzētas, lai bērniem un pieaugušajiem iemācītu galvenos STEM un STEAM jēdzienus. Šķiet, ka tādi produkti kā LittleBits vai Snapcircuits dominē katrā svētku dāvanu ceļvedī vai vecāku emuārā par izglītojošām rotaļlietām. Tomēr šīm sistēmām vienmēr ir pievienota dūšīga cenu zīme, un daudzas jūtas vairāk kā rotaļlietas, nevis mācību līdzekļi.

Apmēram pirms trim gadiem mēs sākām Crazy Circuits projektēšanu kā zemu izmaksu, atkārtoti lietojamu, modulāru, nelodējošu, jautru sistēmu, ko varētu izmantot kā faktisku mācību līdzekli. Mēs vēlējāmies kaut ko tādu, ko vecāki un skolotāji varētu viegli integrēt ar komplektiem, kas viņiem jau bija, vai lēti no plaukta komponentiem. Kaut kas jāizbauda gan veidotāju kopienai, gan vidējam pieaugušajam.

Galu galā Crazy Circuits bija viss, uz ko cerējām, un vēl vairāk. Sistēma nevainojami strādāja ar jebkuru uz LEGO balstītu vidi, to varēja viegli izmantot ar vadošu diegu šūšanai un viegli mērogot no vienkāršām shēmām līdz pat pamata programmēšanai. Ak, un to bija arī jautri lietot, kas atviegloja visu mūsu dzīvi.

Šajā rakstā mēs jums parādīsim, kā mēs izstrādājām Crazy Circuits komponentus, mūsu mācību programmu, kā jūs varat izgatavot un noformēt savas daļas un kā Crazy Circuits darbojas kopā ar citām sistēmām.

Pilnīga izpaušana: mēs pārdodam Crazy Circuits detaļas un komplektus, tomēr jūs varat viegli izmantot mūsu atvērtā pirmkoda failus, lai izveidotu savus dēļus vai noformētu savas detaļas. Jūs varat izmantot šo sistēmu visu veidu lietām un nekad nesūtīt mums nevienu santīmu.

Dodiet prom: 2019. gadā mēs izmēģinām kaut ko jaunu. Mēs dāvinām bezmaksas daļas un komplektus cilvēkiem (tikai ASV rezidentiem), kuri seko mums instrukcijās, facebook, instagram un youtube. Visticamāk, mēs izdalīsim pāris komplektus, gatavās detaļas un tukšās PCB. Vienkārši sekojiet vai abonējiet, un mēs sāksim izdalīt lietas.

1. darbība. Filozofija aiz trakajām shēmām

Kad es biju skolotāja, mani ļoti kaitināja tas, ka es nevarēju atļauties savas klases klasiskās elektronikas sistēmas, lai gan katra mācību konference vai apmācība, kurā es piedalījos, tās vienmēr ieteica. Man vienkārši nebija budžeta 100 ASV dolāru komplektam, kas bija komplektā ar piecām daļām un labākajā gadījumā trīs studentus aizņēma piecas minūtes. Es galu galā darīju to, ko dara lielākā daļa dabaszinātņu skolotāju, un vienkārši nopirku lētas izejvielas no eBay un Amazon, taču tas prasīja man veikt daudz jaunu stundu plānošanas un aktivitāšu projektēšanas darbu. Es arī atklāju, ka maniem jaunākajiem skolēniem bija grūti ietīt galvu ap maizes dēlīšiem.

Beidzot man izdevās iegūt finansējumu, lai nopirktu dažus LittleBits komplektus lietošanai kopā ar savu zinātnisko klubu pēc skolas. Tos bija jautri lietot (un, godīgi sakot, labi salikta sistēma), taču, kad es lūdzu vidusskolēniem paskaidrot, kā viņi strādāja, es saņēmu savu gada mīļāko atbildi "Es nezinu, magnēti?". Tie bija bērni, kuri nedēļas iepriekš bija izveidojuši sarežģītas shēmas, tomēr LittleBits kļuva par rotaļlietu vairāk nekā jebkas cits.

Kad mēs sākām prāta vētras modulāru sistēmu, mēs vēlējāmies pārliecināties, ka studenti apzinās, KĀ daļas mijiedarbojas, un pēc tam var vilkt paralēles parastajām daļām. Mēs arī zinājām, ka mums ir vajadzīgs kaut kas līdzīgs maizes dēlam, tomēr vieglāk ietīt galvu apkārt nekā īsta maize. Mums arī vajadzēja padarīt to jautru un saistošu.

Izaicinājums pieņemts!

2. solis: Kāpēc LEGO?

"iekraušana =" slinks"

Visbeidzot, mums bija jāizdomā, kā visu savienot. Mēs uzreiz nolēmām, ka ienīstam ideju par vadiem un aligatora skavām; tas atņēma visu vienkāršību. Mums patika izmantot vadošu lenti, bet vara folijas lenti nebija iespējams izmantot. Mēs varētu nojaukt lenti, bet tā vairs neatkārtosies. Mēs pat mēģinājām izmantot vadošu pavedienu, taču to izrādījās neiespējami kontrolēt. Pēc daudzām stundām, izmantojot Skype, izmantojot lentu rūpnīcu Ķīnā, mēs izgatavojām pielāgotu neilona vadītspējīgu lenti (Maker Tape), kas bija pietiekami stipra, lai atkal atdalītos, tomēr pietiekami lēta, lai būtu konkurētspējīga ar parasto vara folijas lenti.

Pateicoties tam, ka mūsu darbnīcā atradās daudz testa PCB ar dažāda izmēra caurumiem, mēs ātri varējām atrast izmēru atstarpi, kas ļāva mums pielāgot spiedienu, izmantojot neilona vadošo lenti. Šādā veidā studentiem bija jāpabeidz lente noteiktā vietā: viņiem bija faktiski jāvelta laiks un jāizstrādā sava shēma. Šis aspekts ļāva pārvērst Crazy Circuits par mācību līdzekli, nevis tikai par rotaļlietu.

1/8 collu lentes izmantošanai bija arī dīvainais ieguvums, jo tika pieļautas divu slāņu shēmas. Parasti mēs uzlīmētu lenti virs LEGO radzes augšpuses, taču 1/8 collu lente arī lieliski darbojās, lai iet arī starp LEGO tapām. Cilvēki varēja izveidot visu veidu sarežģītas shēmas, izmantojot lentu LEGO. (Lai gan nedaudz neērti. Ja nekas cits, tas ļāva studentiem ar nelielu piepūli “pārlēkt” esošu līniju.)

Pamata piemērs ķēdei var izmantot slēdzi, akumulatora turētāju un gaismas diodi. Visām mūsu daļām mēs izmantojām baltu zīda sietu, lai apzīmētu GND (negatīvos) polus, un krāsaino pusi, lai norādītu uz pozitīvajiem poliem. Iepriekš redzamais video parāda, kā es izveidoju vienkāršu shēmu. Nolieciet lenti, piespiediet detaļas, pievienojiet jaudu.

5. solis: Vadītspējīga vītne

Pārbaudes laikā mēs atklājām, ka vadošs pavediens patiešām labi darbojas ar mūsu detaļām. Izrādās, ka lieli vara pīti caurumi padarīja vadošu šūšanu patiešām vieglu. Daži no mūsu testētājiem deva priekšroku šūšanai ar mūsu detaļām, nevis to izmantošanai kopā ar LEGO.

Ja jūs nekad neesat izmantojis Conductive Thread, tad jums vajadzētu izmēģināt! Parasti tas ir tērauda/ neilona pavediens, kas vada diezgan labi. Roku šūšana ar to ir diezgan vienkārša, un detaļu šūšana nav grūtāka nekā pogas uzšūšana. Mēs pat esam tik tālu, ka, izmantojot Arduino, izgatavojam sarežģītus interaktīvus kreklus. Jaukā daļa par vadošu šūšanu ir tā, ka, ja jūs patiešām ienīstat savu projektu, jūs vienmēr varat noņemt detaļas un izmantot tās kaut kam citam.

Mūsu aktivitāte “doties uz” bērniem ir likt viņiem izgatavot rokassprādzi ar pogu, izmantojot gaismas diodi, akumulatora turētāju un klikšķu komplektu. Snapši iet uz rokassprādzes gala un tiek izmantoti, lai pabeigtu ķēdi. Mēs izveidojām jauku izdrukājamu PDF failu, ja kāds vēlas to izmantot darbnīcām vai mājas aktivitātēm.

6. darbība: vadošas tintes un mīklas

Sākumā mēs bijām gatavi likt detaļām strādāt ar vadošām tintēm. Tas darbojās tikai daļēji.

Kailvadoša tinte

Šī vadošā tinte ir diezgan līdzīga uzpūstai krāsai. To ir viegli krāsot uz jebkuras virsmas, tas ir diezgan lēts, un to var mazgāt ar ūdeni, lai to viegli notīrītu. Negatīvie ir tas, ka grafīts nav ļoti vadošs un tiešām vairāk nekā jebkas darbojas kā liels rezistors. Mums nebija nekādu problēmu, savienojot to ar trako ķēžu daļām, jo tintes plankumi varēja izžūt virs PCB, taču mums bija problēmas ar jaudas drošu pārvietošanu ķēdē.

Tas, ko mēs galu galā izmantojām, bija kapacitatīvs krāsas "saskares punkts" mūsu ar Arduino saderīgajām Teensy LC plāksnēm. Mēs palaist lenti no PCB līdz krāsas lāsēm, un tad cilvēki pieskaras krāsai. Tas ļauj visu veidu jautrus trafaretus, sienas klavieres vai interaktīvus mākslas projektus.

Circuit Scribe

Šī vadošā tinte darbojas tāpat kā sudraba želejas pildspalva, tikai tā atstāj ļoti vadošas pēdas uz papīra. Šīs tintes priekšrocība ir tā, ka pēdas ir ļoti vadošas un darbojas kā īsta pildspalva. Negatīvie ir tas, ka pildspalvas ir dārgas, tām ir tendence izžūt, un jums ir kaut kā jāpiestiprina detaļas pie papīra, lai izveidotu stabilu savienojumu.

Sākotnēji mums bija izgatavoti daži pielāgoti magnēti, kas iederas caur mūsu LEGO caurumiem. Mūsu GitHub Repo ir pilns ar mantotām detaļām, kas apzīmētas kā “saderīgas ar magnētu”. Gala rezultāts bija trāpīts vai palaists garām, un mēs sapratām, ka mēs vienkārši izgatavojām sliktas elektronisko detaļu versijas, kuras jau bija izveidojis Circuit Scribe. Vienīgais ieguvums bija veidot lielākus uz Arduino balstītus projektus, jo Circuit Scribe neražo nevienu Arduino plāksni, bet pārāk daudz magnētu tuvināšana viens otram radīja savas problēmas.

Mēs arī sapratām, ka visu, ko mēs darām ar šo tinti, mēs varam izdarīt daudz labāk ar vadošu lenti.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Es vienmēr uzskatīju, ka tas ir lielisks mācību līdzeklis, lai mācītu elektronikas pamatus ar jaunākiem studentiem. Mīklas priekšrocība ir tā, ka tā ir ļoti izklaidējoša, it īpaši ar sīkfailu griezējiem. Negatīvie ir tas, ka tas izžūst (tāpat kā jebkura mīkla) un ir arī ļoti izturīgs.

Mēs mēdzam izmantot mīklu tāpat kā mēs izmantojam Bare Conductive Paint kā pieskāriena punktu kapacitatīviem pieskārienu projektiem. Tas maisījumam pievieno jautru elementu. Turklāt, ja jūs izgatavojat patiešām lielu plakanu mīklas gabalu, jūsu ķermenis reaģēs ar ķēdi PIRMS tam pieskaroties. Dažreiz pat collas attālumā. Vienmēr ir jautri vērot, kā cilvēki mēģina saprast, kāpēc tas notiek.

7. darbība: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit un bezvadu dēļi

Ātri apskatot mūsu GitHub Repo, jūs redzēsiet, ka mums ir daudz lielu PCB, kas paredzēti darbam ar vairākiem populāriem mikrokontrolleriem. Viena no mūsu galvenajām sūdzībām par daudzām ēku sistēmām bija/ ir tāda, ka viņi iebāž cilvēkus izmantot pareizības programmēšanas sistēmu vai ļauj izmantot tikai vienu platformu. Aparatūrai un programmatūrai nepārtraukti attīstoties, šķita dīvaini pēc pāris gadiem bloķēt cilvēkus vai likt viņiem izmest detaļas.

Acīmredzamākā izvēle sākt ar Arduino Nano (kas kļuva par mūsu Robotikas padomi) mazā izmēra un cenas dēļ. Tas bija lieliski piemērots dažādiem programmēšanas projektiem, piemēram, apgaismojuma efektiem vai pagrieziena servos. Mēs nolēmām ražot arī daudz funkcijām bagātāku versiju, izmantojot Teensy LC, galvenokārt kapacitatīvo pieskārienu iespējām. Teensy LC (izgudrojumu padomei) ir arī dažas jaukas tastatūras emulācijas funkcijas, un mēs ātri izveidojām dažus jautrus spēļu kontrolierus, izmantojot to. Pagājušajā gadā mēs pat izgatavojām milzīgu LEGO NES kontrolieri un ievietojām to vietnē Instructables.

Programmēšana ir jautra, taču ne visi vēlas izdzīvot. Mēs salikām tāfeli, kas veidota ap iepriekš ieprogrammētu ATtiny85 mikroshēmu, kas tikai izgaismo un mirgo. Mūsu produkcijas versijā tiek izmantotas SMT detaļas, tomēr mūsu Repo jūs atradīsiet cauruma versiju. Tie ir noderīgi mazākiem projektiem, piemēram, neglīts Ziemassvētku krekls vai dažas mirdzošas zvaigznes.

Viena lieta, ko esam atstājuši novārtā, ir pulēt mūsu Raspberry Pi Zero un Micro: Bit dēļus. Kopumā mums patīk Micro: Bit un ap to izveidojusies kopiena. Kas attiecas uz mūsu Raspberry Pi Zero dēli … mums burtiski nav ne jausmas, ko ar to darīt. Nopietni, kāds ar to izveido kaut ko interesantu, un mēs jums nosūtīsim dažas daļas.

Mums arī radās dīvaina ideja mēģināt apkopot dažus bezvadu projektus. Mēs tikai kopā veidojam daļiņu fotonu plāksnes, pāris Adafruit spalvu dēļu un kopējās NodeMCU plates. Mēs tos pamatojām ar tādu pašu pamata dizainu kā mūsu Nano PCB ar tapas galviņu rindu aizmugurē.

8. solis: nākotnes plāni?

Pašlaik mēs esam trešā detaļu ražošanas cikla vidū, un lielākā daļa mūsu pārdošanas tiek novirzīta skolām, bibliotēkām un veidotāju telpām. Mēs esam saņēmuši daudz stabilu atsauksmju no visu vecumu lietotājiem, kas mums ir palīdzējuši izstrādāt labākas detaļas.

Mācību programma

Viens no visizplatītākajiem pieprasījumiem ir bijis mācību saturs, kas gatavs klasēm. Projektu izveide ir vienkārša; apgūt sešu nedēļu resursus studentiem un skolotājiem ir grūtāk. Līdz marta beigām mēs savā vietnē publicēsim savus pirmos mācību programmu projektus, kurus ikviens varēs izmantot bez maksas. Mums būs divi celiņi, viens pamata shēmai un otrs pamata programmēšanai. Abas tiks koncentrētas ap mūsu trako ķēžu daļām, tomēr tās var viegli pārveidot, lai izmantotu plaukta daļas.

Vairāk ražošanas līnijas detaļu

Pašlaik mēs pieņemam jaunu detaļu pieprasījumus. Process ir lēns, taču mēs vēlamies šī gada beigās mūsu sastāvam pievienot pāris jaunus gabalus. Cerams, ka mēs varēsim ražot dažus potenciometrus un NeoPixel komponentus un sākt tos pievienot mūsu komplektiem. Mums ir paveicies ar dažiem entuziastiskiem faniem, kuri ir izstrādājuši savus komponentus un dalījušies ar mums, un mēs ceram, ka nākotnē to darīs vairāk cilvēku.

Apņemšanās izmantot atvērto avotu

Var likties, ka mēs sitām beigtu zirgu, bet mums ļoti patīk, ja mūsu komponenti ir atvērtā koda. Mēs turpināsim papildināt mūsu projekta resursus, mācību programmu un dizaina failus. Mēs patiešām ceram, ka gan troksnis, gan iepriekšējie lietotāji var sākt veidot savas daļas vai pārveidot tās jauniem projektiem.

Otrā balva PCB konkursā