Tee keittiöajastin MakerBitin avulla: 13 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Tämä projekti tutkii, miten keittiöajastin toimii - tekemällä sellaisen!

Kauan sitten useimmat hyödylliset laitteet olivat mekaanisia. Lapset voivat purkaa asioita erilleen nähdäkseen sisällä olevat osat ja tutkia niiden liikkumista.

Nykyaikaiset elektroniset gadgetit, kuten keittiöajastin, ovat erilaisia. Osat ovat liian pieniä nähdäkseen, eivätkä ne liiku. Muuta strategiaa. Sen sijaan, että irrottaisit sen nähdäksesi miten se toimii, kokoa se yhteen!

Tämä oppitunti opastaa digitaalisen ajastimen kolmen perusosan läpi:

1. komponentit,
2. yhteydet,
3. koodi.

Laitteessa on painikkeet ajan asettamiseksi ja lähtölaskennan aloittamiseksi.

Se näyttää jäljellä olevan ajan ja antaa signaaleja, kun laskuri on valmis.

Signaalit voivat sisältää viestin näytössä, vilkkuvan valon tai median, kuten esitallennetun kappaleen.

Kuvittele ajastin, joka puhaltaa bugle -puhelun!

Opiskelijat, jotka suorittavat kaikki tämän projektin toiminnot, voivat tehdä useita asioita.

• Kokoa elektroniset komponentit interaktiiviseksi laitteeksi.
• Kirjoita tapahtumapohjainen koodi vuorovaikutukseen käyttäjän syötteiden ja komentojen kanssa.
• Kirjoita koodi mitataksesi ajan tarkasti.
• Kirjoita koodi muuttaaksesi reaalimaailman näyttöä ajan muutosten perusteella.
• Sisällytä medialaitteet tuottamaan ääniä ajan muutosten perusteella.
• Selitä, miten laskenta mahdollistaa ajastimen toiminnan.

Vaihe 1: Kerää komponentit

1010 Technologiesin MakerBit+R -aloituspakkaus. Suurin osa tähän projektiin tarvittavista komponenteista sisältyy aloituspakettiin. Ne sisältävät:

• BBC micro: bit mikro-ohjain
• MakerBit+R -kehitysalusta
• USB -kaapeli micro: bit MakerBitin liittämiseksi tietokoneeseen.
• 9 voltin akku ja MakerBitin akkuliitin
• Kosketuspisteet, pisteenpitimet ja LED -valot, joissa nauhakaapelit liitetään MakerBitiin
• Grove -liittimet LCD -näytölle ja mp3 -soittimelle. Näissä liittimissä on valkoinen pistoke toisessa päässä ja neljä erillistä pistorasiaa toisessa päässä.

Muut kohteet.

Seuraavat komponentit eivät sisälly MakerBit Starter Kit -pakettiin, mutta ne voidaan ostaa erikseen MakerBit.com-, Amazon- ja monista muista myyntipisteistä.

LCD -näyttö, joka toimii I2C: n kanssa, kuten tämä.

Valinnainen mp3 -soitin ja kaiutin, kuten tämä sarja.

Pieni pahvilaatikko tai pahvi.

Vaihe 2: Tee liitännät

MakerBit tarjoaa yhteyksiä useille eri komponenteille, joita koodisi voi hallita.

Jokainen seuraavista vaiheiden sarjoista selittää, kuinka yksi komponenteista kytketään MakerBitiin.

Jokaisesta komponentista on myös valokuva, joka osoittaa, miten se kytkeytyy.

Etsi aloituspaketista micro: bit ja MakerBit+R -laitteet. Liitä micro: bit MakerBitiin kuvien mukaisesti.

Vaihe 3: LCD -näyttö

Etsi I2C -liitäntä MakerBit+R -laitteesta. Katso sitä tarkasti. Siinä on neljä pientä nastaa. Jokaisella on etiketti:

• GND,
• +5V,
• SDA ja
• SCL.

Jokaisen nastan on liitettävä nestekidenäytön nastaan, jossa on sama tarra.

Huomaa, että nestekidenäytössä nasta, joka vastaa +5V, saattaa olla merkitty VCC: ksi.

Työnnä valkoinen Grove -pistoke MakerBit+R: n I2C -liitäntään. Huomaa GND -nastan kanssa kulkevan johdon väri. Se on yleensä musta lanka.

Työnnä johdon toinen pää nestekidenäytön GND -nastaan.

Tee sama loput kolme johtoa.

Pysähdy ja katso liitoksia hetkeksi. Varmista, että jokainen lanka menee saman tarran jakavien nastanparien väliin.

Leikkaa pahviin tai laatikkoon LCD -näytön kokoinen reikä. Asenna nestekidenäyttö pahvin taakse (laatikon sisälle) sähköeristeellä.

Vaihe 4: MP3 -soitin ja kaiutin

Liitä Grove -pistoke MakerBit+R: n analogiseen pistorasiaan. Tässä pistorasiassa on neljä pientä nastaa, joissa on merkintä GND, +3.3V, A1 ja A0. Työnnä johtojen toiset päät MP3 -soittimeen niin, että jokainen johto yhdistää kaksi nastaa, jotka vastaavat toisiaan:

MakerBit MP3

GND GND

+3.3V VCC

A1 TX

A0 RX

Liitä vahvistettu kaiutin MP3 -soittimeen kuulokeliitännällä. Koodisi voi käyttää MP3-soitinta toistamaan ennalta tallennetun ääniraidan, kun lähtölaskenta on valmis.

MakerBit.comin toimittamassa kaiuttimessa on ladattava sisäinen akku ja virtakytkin. Varmista, että akku on ladattu ja että kytkin on päällä, kun haluat sen toistavan virityksesi.

Vaihe 5: Kosketa Anturit

Katso MakerBit+R: n vaaleanharmaata liitäntää. Se sisältää tusinan nastat merkitty T5 - T16.

Etsi aloituspakkauksesta nauhakaapeli, jonka vaaleanharmaa pistoke on sovitettu pistorasiaan. Nauhakaapelin toisessa päässä olevissa johtimissa on erilliset, mustat tai valkoiset pistorasiat.

Etsi punainen johto kaapelin puolelta, joka on lähimpänä pistorasian T5 -puolta.

Tässä projektissa käytetään punaista lankaa ja sen vieressä olevia neljää johtoa: väriltään ruskea, musta, valkoinen ja harmaa.

Etsi aloituspakkauksesta kosketuspisteet ja pisteenpitimet.

Työnnä kosketusanturit edellisessä vaiheessa tunnistamiesi viiden johdon pistorasioihin.

Johdot ja kosketusanturit sopivat ajastintoimintoihin seuraavasti:

Punainen johto = T5 -anturi = Käynnistä/pysäytä ajastin

Ruskea johto = T6 -anturi = Lisää tunteja

Musta johto = T7 -anturi = Lisää minuutteja

Valkoinen lanka = T8 -anturi = Lisää sekuntia

Harmaa lanka = T9 -anturi = Tyhjennä ajastin

Hieman pahvia voi auttaa pitämään kosketuspisteet erillään siistissä rivissä. Parempi vielä, kiinnitä ne laatikkoon. Pisteenpitimet voivat auttaa pitämään kosketuspisteitä tiukasti. Sinun on ehkä leikattava pistepidikkeen pituutta, jos pahvisi on paksu. MakerBit.com tarjoaa opetusohjelman kosketuspisteiden asentamisesta tästä linkistä.

Kun olet asentanut kosketusanturit laatikkoon tai pahviin, merkitse jokaiseen suoritettava toiminto.

Projekti käyttää kosketuspisteitä antureina. Koodi kutsuu heitä kosketusantureiksi. Kosketuspisteet ja kosketusanturit ovat kaksi samaa asiaa, joten tässä oppitunnissa käytetään molempia nimiä.

Varsinainen laite, joka tunnistaa kosketuksen, on rakennettu MakerBitiin. Kosketuspisteet ovat yksinkertaisesti korvakoruja, kuten käsityötuotteiden myymälöissä myytäviä.

MakerBit tunnistaa, kun joku koskettaa kosketuspistettä. Se saa korvakorut toimimaan antureina. MakerBit kertoo koodillesi, mitä anturia kosketettiin. Tätä kutsutaan kosketusanturitapahtumaksi.

Koodi voi vastata kosketusanturitapahtumiin erikoislohkoilla, joita kutsutaan tapahtumakäsittelijöiksi.

Kun tarkastelet tämän oppitunnin mukana toimitettua koodiesimerkkiä, voitko tunnistaa kosketustapahtumien tapahtumakäsittelijät.

Vaihe 6: LED

MakerBit+R -aloituspakkaus sisältää nauhakaapelit, joissa on jo asennetut LEDit. Näitä on todella helppo käyttää.

Valitse kaapeli punaisilla LEDeillä.

Etsi seuraavaksi suuri, musta pistorasia MakerBit+R -laitteesta, joka on lähinnä sinistä pistorasiaa. Tässä mustassa pistorasiassa on nastat P11 - P16.

Työnnä nauhakaapelin musta pistoke tähän pistorasiaan.

Tarkista nauhakaapelin reunat. Etsi se puoli, jonka ulkopuolella on ruskea lanka.

Tämä ruskea lanka menee LEDille, jota ohjaa nastan numero P16. Koodisi käyttää tätä LED -valoa ilmaisemaan, kun laskuri päättyy.

Tee pahviin tai laatikkoon pieni reikä, joka sopii LED -valoon. Työnnä LED -valo takaa takaa ja kiinnitä se teipillä.

Sinun on ehkä irrotettava ruskea+punainen lankapari kevyesti pois nauhakaapelin sivulta, kunnes löysät tarpeeksi lankaa joustavuudeksi.

Vaihe 7: Ulkoinen akku

Valmistele akku ja akun liitin. Akku voi tehdä ajastimesta kannettavan!

Voit kytkeä 9 voltin akun MakerBitin pyöreään ulkoiseen pistorasiaan, jolloin ajastin saa virtaa, kun sitä ei ole kytketty tietokoneeseen.

LCD -näyttö ja MP3 -soitin tarvitsevat itse asiassa korkeampaa akun tarjoamaa jännitettä.

Kokeile kytkeä akku pistorasiaan nähdäksesi, aktivoiko se MakerBitin ja micro: bitin valot.

Vaihe 8: Laita ajastin laatikkoon

Uudelleen suunniteltu pahvilaatikko voi olla mukava kotelo ajastimelle.

Se saattaa tarvita hieman liimaa, rakennuspaperia ja hieman mielikuvitusta.

Kuvassa näkyy kaikki laatikkoon sijoitettu.

Vaihe 9: Soita Bugle -puhelu MP3 -soittimeen

Tästä linkistä on saatavilla erittäin mukava kokoelma armeijan bugle -puheluita.

Kirjoittaja on ladannut MP3 -äänitiedoston "Mess Call" -soittimesta, joka antaa sotilaille tietää, että ruoka on valmis. Se näytti hyvältä valinnalta keittiöajastimelle.

Tätä projektia varten kuvattu MP3 -paketti oli saatavana lisävarusteena MakerBit.com -sivustolta. Sarja sisältää MP3 -soittimen, microSD -muistikortin, USB -sovittimen muistikortille, vahvistetun kaiuttimen ja kaiuttimen latausjohdon.

Etsi microSD -kortti ja aseta se USB -sovittimeen. Liitä tämä tietokoneeseen. Luo kansio nimeltä “04”. Se on nolla-neljä. Avaa kansio.

Tallenna tähän kansioon MP3 -tiedosto, jonka haluat ajastimen toistettavan. Muuta tiedostonimi siten, että se alkaa 3-numeroisella numerolla. Esimerkiksi "001_MessCall.mp3".

Poista muistikortti ja sovitin tietokoneesta. Poista muistikortti sovittimesta. Aseta kortti MP3 -soittimeen. Työnnä sitä vastaanottimeen, kunnes se napsahtaa paikalleen ja pysyy paikallaan.

Ajastimen koodi voi valita ja toistaa halutun tiedoston kansion numeron ja tiedostonumeron perusteella. Tässä esimerkissä se olisi kansio #4 ja tiedosto #1.

Voit toistaa monia erilaisia MP3-äänitiedostoja ajastimellasi tallentamalla ne microSD-kortille tällä tavalla: 2-numeroisissa kansioissa, joiden tiedostonimet alkavat 3-numeroisista numeroista.

Vaihe 10: Tartu koodiin

Käytät MakeCodea koodin nappaamiseen ja laittamiseen micro: bitiin.

MakeCode on selainpohjainen ja saatavilla verkossa ilmaiseksi. He suunnittelivat sen erityisesti micro: bitille. Se toimii monien nykyaikaisten verkkoselainten kanssa, jotka toimivat ChromeBooksissa, Macissa, Windowsissa ja jopa joissakin Linux -tietokoneissa.

Avaa MakeCode selaimessasi napsauttamalla tätä linkkiä.

Tämän projektin todellinen koodi lisätään automaattisesti, jotta voit työskennellä.

Näytön pitäisi näyttää alla olevan kuvan kaltaiselta.

Vaihe 11: Lataa koodi Micro: -bittiisi

Alla olevien kuvien kulmissa on numeroita, jotka opastavat sinua prosessin aikana.

1. Liitä micro: bit tietokoneeseen USB -kaapelilla.
2. Tarkista tietokoneen tiedostojärjestelmästä, että MICROBIT näkyy tallennuslaitteiden luettelossa. Tämän artikkelin kuva näyttää miltä se näyttää Chromebookilla.
3. Napsauta Tallenna -painiketta MakeCodessa. Valokuvassa on nuoli, joka osoittaa painiketta.
4. Tietokone kysyy minne haluat tallentaa ohjelman. Siirry MICROBIT -tallennuslaitteeseen ja avaa se. Napsauta Tallenna -painiketta.
5. Micro: bitin valo vilkkuu nopeasti koodin lataamisen aikana. Tietokoneesi näyttöön voi tulla viestejä, jotka kertovat edistymisestä. Kun lataus on valmis, poista MICROBIT -laite tiedostojärjestelmästäsi. Irrota sitten USB -kaapeli.
6. Liitä akku MakerBitiin. Nauti ajastimestasi!

Muuten, voit tallentaa koodin tietokoneellesi ja ladata sen sitten vetämällä kopion tiedostosta micro: bitille.

Lisävaiheen etuna on, että voit tuoda kooditiedoston tietokoneesta takaisin MakeCodeen, mutta et micro: bitistä.

Vaihe 12: Tutki koodia

Avaa MakeCode selaimessa, kun ajastinkoodi on ladattu, kuten vaiheessa 10.

Aseta tietokoneen hiiren osoitin koodilohkoon ja anna sen levätä hetken.

Näyttöön tulee pieni viesti, joka sisältää tietoja lohkosta.

Voitko seurata tapahtumien kulkua? Vihje: se alkaa käynnistyslohkosta. Sitten se hyppää lohkoon nimeltä "clearTheTimer". Sen jälkeen se hyppää lohkoon nimeltä "ikuisesti". Mitä sen jälkeen tapahtuu?

Kokeile koskettaa ajastimen painikkeita tutkiessasi koodia.

Mitkä koodin osat näyttävät aktivoituvan, kun kosketat painiketta? Miksi? Voitko ennustaa, mitä painike tekee, katsomalla koodia?

Lukemisen oppiminen on olennainen osa kirjoittamisen oppimista. Opiskelijat, jotka oppivat kirjoittamaan koodia, voivat hyötyä lukemalla muiden kirjoittamaa koodia.

Hyvä tapa testata koodaustietojasi voi olla muuttaa jotain ajastimen koodissa.

Ennusta, miten muutos vaikuttaa ajastimen toimintaan. Lähetä sitten muutettu koodi micro: bitiin ja katso mitä tapahtuu!

Todennäköisesti teet virheitä. Se on hyvä. Kaikki tekevät. Lähes jokainen koodausprojekti käy läpi vaiheen, jota kutsutaan virheenkorjaukseksi, mikä tarkoittaa pohjimmiltaan virheiden löytämistä ja korjaamista.

Voit aina aloittaa alusta koodilla, jonka tiedät toimivan. Napsauta vain vaiheessa 10 olevaa linkkiä ladataksesi koodin uudelleen.

Vaihe 13: Usein kysytyt kysymykset

Miksi koodi on jaettu osiin?

Jokainen osa hoitaa vain yhden tehtävän.

Kunkin tehtävän koodi kirjoitetaan vain kerran.

Osilla on kuvaavat nimet, jotka auttavat ihmisiä lukemaan koodin.

Ajastin aktivoi koodin osan nimen mukaan, kun sen on suoritettava koodiosan suorittama tehtävä. Tätä kutsutaan "kutsumiseksi" "menettelyksi".

Miten laskenta mahdollistaa ajastimen toiminnan?

Ajastin käyttää laskentaa kolmella eri tavalla.

Lisää aikaa, kun käyttäjä koskettaa kosketuspistettä asettaakseen ajastimen. Vähennä aika sen jälkeen, kun käyttäjä on koskettanut kosketuspistettä ajastimen käynnistämiseksi. Muunna sekuntien määrä tunteiksi, minuutteiksi ja sekunteiksi. "Ikuisesti" -menettely käyttää vähennystä ajan mittaamiseen kahdella tavalla.

Tarkista micro: bit ilmoittaaksesi, milloin sekunti on kulunut. Vähennä 1 laskurista jokaisen sekunnin kuluttua, kunnes laskuri saavuttaa nollan. "AddSeconds" -menettely käyttää lisäystä lisätäksesi laskuria sen jälkeen, kun käyttäjä on painanut jotakin kosketusnäyttöä tuntien, minuuttien tai sekuntien ajan.

"ShowTimeRemaining" -menettely käyttää kokonaislukujakaumaa muuntaakseen lähtölaskennan aikanäytöksi, joka ihmisen on helpompi ymmärtää.

Mitä muita koodaustekniikoita koodissa käytetään?

Kuvaavat muuttujien nimet auttavat ihmisiä ymmärtämään, miten koodi hallitsee tiettyjä tosiasioita.

Muuttuja on yksinkertaisesti nimi, joka liittyy siihen tosiasiaan, että micro: bit tallentaa muistiinsa.

Tosiasioiden avulla ajastin voi seurata, mitä käyttäjä haluaa sen tekevän.

Menettely voi muuttaa muuttujan arvoa. Uutta arvoa voidaan käyttää eri menettelyssä.

Loogiset lohkot arvioivat tosia tai vääriä tosiasioita. Näin ajastin voi määrittää oikean toiminnan tosiasioiden perusteella.

Oikea tai väärä tosiasia voi olla seurausta kahden luvun vertaamisesta. Ovatko luvut yhtä suuret? Onko yksi numero suurempi kuin toinen? Tai vähemmän?

Koodi voi myös liittää muuttujan todellisen arvon tosi tai epätosi.

Menettely voi muuttaa tosi- tai epätosi-muuttujan arvoa muuttaakseen toisen menettelyn toimintaa. Näin tämän koodin T5 -tapahtumakäsittelijä sammuttaa hälytyksen soundTheAlarm -nimisessä menettelyssä.

Loogiset lohkot voivat olla yksinkertaisia: jos arvo tai vertailu on totta, tee jotain; muuten älä tee mitään.

Loogiset lohkot voivat olla monimutkaisia: jos arvo tai vertailu on tosi, tee yksi asia; muussa tapauksessa (toisin), tee eri asia.

Loogisten lohkojen sisällä voi olla muita loogisia lohkoja "sisäkkäin".

Joskus tosiasioiden arviointi ja oikean toiminnan valitseminen vaatii useita loogisia lohkoja peräkkäin.

Miksi "ikuisesti" -lohko käyttää numeroa 995?

Koodi käyttää 995: tä ilmoittamaan, kun sekunti on kulunut.

Mikro: bitti lisää automaattisesti muuttujaa nimeltä "ajoaika" noin 1 000 kertaa sekunnissa. Se ei ole tarkalleen 1 000, mutta lähellä.

Tämän esimerkin rakentamiseen käytetyllä todellisella micro: bitillä tehty kokeilu osoitti sen olevan keskimäärin lähempänä 995: tä.

Tämä koodi menee havaitun keskiarvon kanssa. Se odottaa, että käyntiajan arvo kasvaa 995: llä, ennen kuin se aloittaa logiikkalohkojen läpi ja vähentää yhden sekunnin ajastimesta.

Miten suunnittelisit kokeilun selvittääksesi kuinka nopeasti micro: bit päivittää käyttöaika muuttujan? Kuinka kauan sinun pitäisi suorittaa kokeilu voidaksesi luottaa löydökseesi?

Olet ajastimesi insinööri. Tämä tarkoittaa, että olet ainoa, joka voi päättää, tekisikö 995: n muuttaminen toiseen arvoon ajastimesi tarkemmaksi.

Kuinka ajastinta voitaisiin muuttaa tekemään jotain muuta muuttamalla vain koodia?

Jos kootut komponentit pysyvät samoina, muutamat koodin muutokset voivat muuttaa ajastimen eri tuotteeksi.

Sekuntikello

Start-Stop-kosketusanturi toimisi odotetusti. Myös "kirkas" kosketusanturi olisi.

Kosketusantureita tuntien, minuuttien ja sekuntien aikana ei tarvita.

"Ikuisesti" -menettely muuttuisi laskemaan ylöspäin eikä alaspäin.

Edistynyt muutos olisi mitata ja näyttää aika 1/10 sekunnin välein.

Työpöytäkello

"Start-Stop" -kosketusanturi toimisi "Set" -painikkeena.

Kosketusanturit tuntien, minuuttien ja sekuntien aikana toimivat odotetusti ilman muutoksia.

"Ikuisesti" -menettely olisi laskettava ylöspäin eikä alaspäin.

Myös "ikuisesti" -menettely tarvitsee laskennan "kääntymiseen nollaan" keskiyöllä.

"Clear" -kosketusanturia ei tarvita. Sille voidaan kuitenkin antaa uusi toiminto.

Edistynyt muutos voi olla kosketusanturin käyttäminen tilanvalinnan ohjaimena. Vaihda 24 tunnin sotilastyylisen näytön ja perinteisen 12 tunnin näytön välillä aamu- ja iltapäivällä lisätty näyttöön.

Herätyskello

Tässä tapauksessa "Clear" -kosketusanturi voidaan vaihtaa "Alarm" -ohjaimeksi.

Lisää muuttujia saatetaan tarvita uusien faktojen seurantaan, kuten hälytyksen soimisaika ja onko käyttäjä ottanut hälytyksen käyttöön tai poistanut sen käytöstä.

Olisi mielenkiintoista nähdä, kuinka eri oppilaat voisivat lähestyä tätä muutosta eri tavoin.

Hallitse maailmaa

Lisää antureita voitaisiin lisätä MakerBitin kautta, jotta kello voi havaita tapahtumia, kuten liikettä, kohinaa tai oven avautumista ja sulkemista.

Kello voi päättää soittaa hälytyksen, jos tapahtumat havaitaan tietyllä ajanjaksolla.

Samoin kelloa voitaisiin käyttää ulkoisten laitteiden käyttöön ottamiseen tai poistamiseen käytöstä ajan perusteella. Yksi esimerkki voi olla elektroninen ovilukko, joka on liitetty MakerBitin tapiin.