Hullut piirit: avoimen lähdekoodin elektroniikan oppimisjärjestelmä: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Kirjailija: BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsSeuraajan tekijän lisää:

Tietoja: Ennen opetin lukion luonnontiedettä, mutta nyt minulla on oma online -kasvatustieteen verkkosivusto. Käytän päiviäni uusien projektien suunnittelussa opiskelijoiden ja tekijöiden koottavaksi. Lisätietoja BrownDogGadgetsista »

Koulutus- ja kotimarkkinat ovat täynnä modulaarisia elektroniikan oppimisjärjestelmiä, jotka on suunniteltu opettamaan lapsille ja aikuisille tärkeimmät STEM- ja STEAM -käsitteet. Tuotteet, kuten LittleBits tai Snapcircuits, näyttävät hallitsevan jokaista lahjaopasta tai opetuslelujen blogia. Näissä järjestelmissä on kuitenkin aina kova hintalappu, ja monet kokevat enemmän leluja kuin oppimistyökaluja.

Noin kolme vuotta sitten aloitimme Hullujen piirien suunnittelun edulliseksi, uudelleenkäytettäväksi, modulaariseksi, juottamattomaksi, hauskaksi järjestelmäksi, jota voitaisiin käyttää varsinaisena oppimistyökaluna. Halusimme jotain, jonka vanhemmat ja opettajat voisivat helposti integroida jo olemassa oleviin pakkauksiin tai edullisia hyllykomponentteja. Jotain nautintoa sekä Maker -yhteisölle että keskimääräiselle aikuiselle.

Lopulta Crazy Circuits oli kaikki mitä odotimme ja enemmän. Järjestelmä toimi moitteettomasti minkä tahansa LEGO -pohjaisen ympäristön kanssa, sitä voidaan helposti käyttää johtavalla langalla ompelua varten ja skaalata helposti yksinkertaisista piireistä perusohjelmoinnin kautta. Voi, ja sitä oli myös hauska käyttää, mikä helpotti koko elämäämme.

Tässä kirjoituksessa aiomme näyttää sinulle, miten suunnittelimme Crazy Circuits -komponentteja, opetussuunnitelmaamme, kuinka voit tehdä ja suunnitella omia osiasi ja miten Crazy Circuits toimii muiden järjestelmien kanssa.

Täysi paljastus: Myymme Crazy Circuits -osia ja -sarjoja, mutta voit helposti käyttää avoimen lähdekoodin tiedostoja omien levyjen valmistamiseen tai osien suunnitteluun. Voit käyttää tätä järjestelmää kaikenlaisiin asioihin äläkä koskaan lähetä meille penniäkään.

Anna lahjoja: Kokeilemme jotain uutta vuonna 2019. Annamme ilmaisia osia ja sarjoja ihmisille (vain Yhdysvaltain asukkaille), jotka seuraavat meitä ohjeissa, facebookissa, instagramissa ja youtubessa. Todennäköisesti lahjoitamme pari täyttä sarjaa, valmiita osia ja tyhjiä piirilevyjä. Seuraa tai tilaa, niin alamme jakaa tavaroita.

Vaihe 1: Hullujen piirien filosofia

Kun olin opettaja, olin todella ärsyyntynyt siitä, että minulla ei ollut varaa hienoja elektroniikkajärjestelmiä luokkahuoneeseeni, vaikka jokainen opetuskonferenssi tai koulutus, johon osallistuin, suositteli niitä jatkuvasti. Minulla ei vain ollut budjettia 100 dollarin paketille, joka sisälsi viisi osaa ja joka parhaimmillaan piti kolme opiskelijaa käytössä viisi minuuttia. Päädyin tekemään sitä, mitä useimmat luonnontieteiden opettajat tekevät, ja ostin vain halpoja raaka -osia eBaysta ja Amazonista, mutta se vaati minua tekemään paljon uusia oppituntien suunnittelu- ja aktiviteettisuunnittelutöitä. Huomasin myös, että nuoremmilla oppilaillani oli vaikea kietoa päätään leipälautojen ympärille.

Lopulta pystyin hankkimaan rahoitusta LittleBits -sarjojen ostamiseen koulun jälkeisen tiedekerhon kanssa. Niitä oli hauskaa käyttää (ja ollakseni rehellinen, hyvin koottu järjestelmä), mutta kun pyysin lukioni oppilaita selittämään, miten he toimivat, sain vuoden suosikkivastaukseni "En tiedä, magneetit?". Nämä olivat lapsia, jotka olivat rakentaneet joitain monimutkaisia piirejä viikkoja aiemmin, mutta LittleBits tuli enemmän leluksi kuin mikään muu.

Kun aloitimme modulaarisen järjestelmän aivoriihen, halusimme varmistaa, että oppilaat olivat tietoisia siitä, miten osat olivat vuorovaikutuksessa ja pystyivät sitten vetämään rinnakkaisuuksia yhteisiin osiin. Tiesimme myös, että tarvitsemme jotain leipälautaa, mutta helpompaa kääriä päänsä kuin todellinen leipälauta. Meidän piti myös tehdä siitä hauskaa ja mukaansatempaavaa.

Haaste hyväksytty!

Vaihe 2: Miksi LEGO?

"lastaus =" laiska"

Lopuksi meidän piti keksiä, miten yhdistää kaikki toisiinsa. Päätimme heti vihaamme ajatusta lankoista ja alligaattoripidikkeistä; se vei pois kaiken yksinkertaisuuden. Tykkäsimme käyttää johtavaa teippiä, mutta kuparikalvonauhaa oli mahdotonta käyttää. Voisimme saada nauhan alas, mutta se ei palaisi takaisin. Yritimme jopa käyttää johtavaa lankaa, mutta se osoittautui mahdottomaksi hallita. Kun olimme viettäneet useita tunteja Skypessä Kiinan teippitehtaalla, valmistimme räätälöityä Nylon Conductive Tape -teippiä (Maker Tape), joka oli riittävän vahva irrottamaan varmuuskopiot uudelleen, mutta silti tarpeeksi halpaa, jotta se olisi kilpailukykyinen tavallisen kuparikalvoteipin kanssa.

Koska meillä oli työpajassamme paljon testipiirilevyjä, joissa oli erikokoisia reikiä, pystyimme nopeasti löytämään kokovälin, jonka avulla voimme sovittaa paineen Nylon Conductive Teipillä. Tällä tavalla oppilaiden PITI lopettaa nauhansa tiettyyn kohtaan: heidän täytyi todella ottaa aikaa ja suunnitella piirinsä. Tämä näkökohta antoi meille mahdollisuuden muuttaa Crazy Circuitsista oppimistyökalu, ei vain lelu.

1/8 tuuman nauhan käyttämisellä oli myös outo puolietu, koska se mahdollisti kaksikerroksiset piirit. Normaalisti laitamme teipin LEGO -nastojen yläosan päälle, mutta 1/8 tuuman teippi toimi myös täydellisesti myös LEGO -nastojen välissä. Ihmiset voisivat tehdä kaikenlaisia monimutkaisia piirejä LEGOn teipillä. (Vaikka hieman hankala. Jos ei muuta, se salli oppilaiden "hypätä" olemassa olevan linjan vain pienellä vaivalla.)

Perusesimerkkipiiri voi käyttää kytkintä, paristopidikettä ja LED -valoa. Kaikissa osissamme käytimme valkoista silkkiseulontaa GND -napojen (negatiiviset) osoittamiseen ja värillistä puolta positiivisten napojen osoittamiseen. Yllä oleva video näyttää minulle yksinkertaisen piirin tekemisen. Aseta nauha alas, paina osiin, lisää virtaa.

Vaihe 5: Johtava lanka

Testauksen aikana huomasimme, että johtava lanka toimi todella hyvin osiemme kanssa. Osoittautuu, että suuret kuparipinnoitetut reiät tekivät johtavan ompelun todella helpoksi. Jotkut testaajamme mieluummin ompelevat osillemme kuin käyttävät niitä LEGOn kanssa.

Jos et ole koskaan käyttänyt johtavaa lankaa, kokeile! Se on tyypillisesti teräs/ nailonlanka, joka johtaa melko hyvin. Käsin ompeleminen on melko helppoa, ja osien ompelu ei ole vaikeampaa kuin napin ompelu. Olemme jopa menneet niin pitkälle, että olemme tehneet monimutkaisia interaktiivisia paitoja Arduinolla. Kiva osa johtavassa ompelussa on, että jos todella vihaat projektiasi, voit aina ottaa osat pois ja käyttää niitä johonkin muuhun.

Mennä lapsille -toimintamme on saada heidät tekemään napin napsautusranneke LED -valon, paristopidikkeen ja napsautussarjan avulla. Napit menevät rannerenkaan päähän ja niitä käytetään piirin loppuun saattamiseen. Kokosimme mukavan tulostettavan PDF -tiedoston, jos joku haluaa käyttää sitä työpajoihin tai kotitoimintaan.

Vaihe 6: Johtavat musteet ja taikinat

Aluksi olimme kuolleita siitä, että saimme osat toimimaan johtavilla musteilla. Tämä toimi vain osittain.

Paljain johtava muste

Tämä johtava muste on melko samanlainen kuin turvonnut maali. Se on helppo maalata mille tahansa pinnalle, on melko edullinen ja on vesipestävä helpon puhdistuksen vuoksi. Haittapuoli on, että grafiitti ei ole kovin johtava ja toimii todella kuin suuri vastus enemmän kuin mikään. Meillä ei ollut ongelmia liittäessäsi sitä hullujen piirien osiin, koska mustesäiliöt voisivat kuivua piirilevyjen päälle, mutta meillä oli ongelmia virran siirtämisessä piirissä turvallisesti.

Lopulta käytimme sitä kapasitiiviseen "kosketuspisteeseen" Arduino -yhteensopiville Teensy LC -levyillemme. Käytämme teippiä piirilevystä maalipisaroihin ja sitten ihmiset koskettavat maalia. Tämä mahdollistaa kaikenlaisia hauskoja kaavaimia, seinäpianoja tai interaktiivisia taideprojekteja.

Circuit Scribe

Tämä johtava muste toimii aivan kuten hopeageelikynä, mutta se jättää erittäin johtavia jälkiä paperille. Tämän musteen etuna on, että jäljet ovat erittäin johtavia ja se toimii kuin todellinen kynä. Huonot puolet ovat, että kynät ovat kalliita, yleensä kuivuvat, ja sinun on jotenkin puristettava osasi paperille, jotta liitos olisi hyvä.

Alun perin meillä oli valmiita mukautettuja magneetteja, jotka sopivat LEGO -reikiemme läpi. GitHub Repo on täynnä vanhoja osia, jotka on merkitty magneettiyhteensopiviksi. Lopputulos osui tai jäi huomaamatta, että teimme juuri sellaisia huonoja versioita elektroniikkaosista, jotka Circuit Scribe oli jo tehnyt. Ainoa hyöty oli tehdä suurempia Arduino -pohjaisia projekteja, koska Circuit Scribe ei tuota Arduino -levyjä, mutta liikaa magneetteja lähelle toisiaan aiheutti omia ongelmia.

Ymmärsimme myös, että kaikki mitä teimme tällä musteella, voimme tehdä johtavalla teipillä paljon paremmin.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Pidin tätä aina erinomaisena oppimistyökaluna elektroniikan perusopetuksen opettamiseen nuorempien opiskelijoiden kanssa. Taikinan etuna on se, että se on erittäin viihdyttävä, etenkin evästeiden leikkureiden kanssa. Haittapuoli on, että se kuivuu (kuten mikä tahansa taikina) ja on myös erittäin vastustuskykyinen.

Meillä on tapana käyttää taikinaa samalla tavalla kuin Bare Conductive Paint, kosketuspisteenä kapasitiivisissa kosketusprojekteissa. Se lisää hauska elementti sekoitukseen. Lisäksi jos teet todella suuren tasaisen taikinapalan, kehosi reagoi piirin kanssa ENNEN kuin kosket siihen. Joskus jopa tuuman päässä. On aina hauskaa seurata ihmisten yrittävän selvittää, miksi näin tapahtuu.

Vaihe 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit ja langattomat levyt

Nopea katsaus GitHub Repomme ja huomaat, että meillä on paljon suuria piirilevyjä, jotka on suunniteltu toimimaan useiden suosittujen mikro-ohjaimien kanssa. Yksi suurimmista valituksistamme monista rakennusjärjestelmistä oli/ on se, että he pakottavat ihmiset käyttämään sopivaa ohjelmointijärjestelmää tai sallivat vain yhden alustan käytön. Laitteiston ja ohjelmiston jatkuvan kehityksen myötä tuntui oudolta lukita ihmiset tai pyytää heitä heittämään osia pois parin vuoden kuluttua.

Ilmeisin valinta aloittaa Arduino Nanolla (josta tuli meidän robotiikkalautamme) pienen koon ja hinnan vuoksi. Tämä oli täydellinen monenlaisiin ohjelmointiprojekteihin, kuten valotehosteisiin tai sorvausservoihin. Päätimme tuottaa myös monipuolisemman version, joka käyttää Teensy LC: tä, lähinnä kapasitiivisten kosketusominaisuuksien vuoksi. Teensy LC: ssä (keksintölautakunta) on myös hienoja näppäimistöemulointiominaisuuksia, ja keksimme nopeasti hauskoja peliohjaimia käyttämällä sitä. Viime vuonna teimme jopa jättimäisen LEGO NES -ohjaimen ja julkaisimme sen Instructablesiin.

Ohjelmointi on hauskaa, mutta kaikki eivät halua käydä läpi vaikeuksia. Kokosimme levyn, joka on suunniteltu esiohjelmoidun ATtiny85 -sirun ympärille ja joka vain väläyttää ja häipyy. Tuotantoversiomme käyttää SMT -osia, mutta löydät reposta rei'itetyn version. Ne ovat käteviä pienempiin projekteihin, kuten ruma joulupusero tai jotkut tuikkivat tähdet.

Yksi asia, jonka olemme jättäneet huomiotta, on kiillottaa Raspberry Pi Zero- ja Micro: Bit -levyt. Yleensä pidämme Micro: Bitistä ja sen ympärille syntyneestä yhteisöstä. Mitä tulee Raspberry Pi Zero -levyyn… meillä ei kirjaimellisesti ole aavistustakaan mitä tehdä sen kanssa. Vakavasti, joku tekee jotain mielenkiintoista sen kanssa ja lähetämme sinulle joitain osia.

Meillä oli myös outo idea yrittää koota joitain langattomia projekteja. Teemme yhdessä hiukkasfotonilevyn, pari Adafruit Feather Boards -levyä ja yhteistä NodeMCU -levyä. Perustimme ne samaan perusrakenteeseen kuin Nano -piirilevymme, ja takapuolella on rivi tapit.

Vaihe 8: Tulevat suunnitelmat?

Tällä hetkellä olemme osien kolmannen valmistusvaiheen keskellä, ja suurin osa myynnistämme menee kouluille, kirjastoille ja Maker Spacesille. Olemme saaneet paljon vankkaa palautetta kaikenikäisiltä käyttäjiltä, mikä on auttanut meitä suunnittelemaan parempia osia.

Opetussuunnitelma

Yksi yleisimmistä pyynnöistä on ollut luokkahuonevalmis opetussuunnitelma. Projektien laatiminen on yksinkertaista; kuuden viikon resurssien hankkiminen opiskelijoille ja opettajille on vaikeampaa. Maaliskuun loppuun mennessä julkaisemme ensimmäiset opetussuunnitelman luonnokset verkkosivustollamme, jotka ovat kaikkien vapaasti käytettävissä. Meillä on kaksi raitaa, yksi peruspiireille ja toinen perusohjelmointia varten. Molemmat keskittyvät Hullujen piirien osien ympärille, mutta niitä voidaan helposti muuttaa hyllyosien käyttämiseksi.

Lisää tuotantolinjan osia

Otamme parhaillaan vastaan uusia osia koskevia pyyntöjä. Prosessi on hidas, mutta haluamme lisätä pari uutta kappaletta valikoimaamme myöhemmin tänä vuonna. Toivottavasti voimme valmistaa joitain potentiometrejä ja NeoPixel -komponentteja ja aloittaa niiden lisäämisen sarjoihimme. Meillä on ollut onni saada innostuneita faneja, jotka ovat suunnitelleet omat komponenttinsa ja jakaneet ne kanssamme, ja toivomme, että tulevaisuudessa lisää ihmisiä.

Sitoutuminen avoimeen lähdekoodiin

Saattaa kuulostaa siltä, että lyömme kuollutta hevosta, mutta pidämme todella siitä, että komponentit ovat avointa lähdekoodia. Jatkamme projektin resurssien, opetussuunnitelman ja suunnittelutiedostojen lisäämistä. Toivomme todella, että sekä melu- että edistyneet käyttäjät voivat alkaa luoda omia osiaan tai muokata niitä uusia projekteja varten.

Toinen palkinto PCB -kilpailussa