מעגלים מטורפים: מערכת למידת אלקטרוניקה בקוד פתוח: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

מאת BrownDogGadgetsBrownDogGadgets עקוב אחר מאת המחבר:

אודות: בעבר לימדתי מדעים בחטיבת הביניים, אך כעת אני מנהל אתר אינטרנט משלי למדעי חינוך מקוונים. אני מבלה את ימי בעיצוב פרויקטים חדשים לתלמידים ויוצרים להרכבה. עוד על BrownDogGadgets »

שוק החינוך והבית מוצף במערכות 'למידה' אלקטרוניות מודולריות שנועדו ללמד ילדים ומבוגרים מושגי STEM ו- STEAM מרכזיים. נראה כי מוצרים כגון LittleBits או Snapcircuits שולטים בכל מדריך מתנות לחג או בלוג הורים לצעצועים חינוכיים. עם זאת, מערכות אלה תמיד מגיעות עם תג מחיר כבד והרבה מרגישות יותר צעצועים מאשר כלי למידה.

לפני כשלוש שנים התחלנו בעיצוב מעגלים מטורפים כמערכת למידה בפועל, לשימוש חוזר, מודולרי, לא הלחמה, מהנה. רצינו משהו שהורים ומורים יכולים לשלב בקלות עם ערכות שכבר היו ברשותם או שאינן זולות ממרכיבי המדף. משהו שגם לקהילת ה- Maker ליהנות וגם למבוגר הממוצע.

בסופו של דבר Crazy Circuits היה כל מה שקיווינו לו ועוד. המערכת עבדה ללא רבב עם כל סביבה מבוססת LEGO, ניתן להשתמש בה בקלות עם חוט מוליך לתפירה, ולהגדיל אותה בקלות ממעגלים פשוטים למעלה באמצעות תכנות בסיסי. אה, וזה היה כיף לשימוש גם מה שהפך את כל חיינו לקלים יותר.

במאמר זה אנו הולכים להראות לך כיצד עיצבנו רכיבים של מעגלים משוגעים, את תכנית הלימודים שלנו, כיצד תוכל ליצור ולעצב חלקים משלך, ודרכים שבהן מעגלי קרייזי עובדים עם מערכות אחרות.

גילוי מלא: אנו אכן מוכרים חלקים וערכות של Crazy Circuits, אולם תוכל בקלות להשתמש בקבצי הקוד הפתוח שלנו להכין לוחות משלך או לעצב חלקים משלך. אתה יכול להשתמש במערכת זו לכל מיני דברים ולעולם לא לשלוח לנו שקל אחד.

Give Aways: אנחנו מנסים משהו חדש בשנת 2019. אנו מחלקים חלקים וערכות חינם לאנשים (תושבי ארה ב בלבד) שעוקבים אחרינו במדריכים, בפייסבוק, באינסטגרם וביוטיוב. סביר להניח שנחלק כמה ערכות מלאות, חלקים מוגמרים ומכשירי PCB ריקים. פשוט עקוב או הירשם ונתחיל לתת דברים.

שלב 1: פילוסופיה מאחורי מעגלים מטורפים

כשהייתי מורה ממש התעצבנתי מכך שלא יכולתי להרשות לעצמי מערכות אלקטרוניקה מפוארות לכיתה שלי, למרות שכל כנס הוראה או שירות שהשתתפתי בו המשיך להמליץ עליהן. פשוט לא היה לי תקציב לערכה של 100 דולר שהגיעה עם חמישה חלקים ובמקרה הטוב הייתי מעסיקה שלושה סטודנטים למשך חמש דקות. בסופו של דבר עשיתי את מה שרוב המורים עושים למדעי ורק קניתי חלקי גלם זולים מאיביי ואמזון אבל זה דרש ממני לעשות הרבה עבודות תכנון שיעורים ועיצוב פעילויות. גיליתי גם שתלמידי הצעירים יותר התקשו לעטוף את הראש סביב לוחות לחם.

בסופו של דבר הצלחתי להשיג מימון לרכישת כמה ערכות LittleBits לשימוש במועדון המדעים שלי לאחר הלימודים. היה כיף להשתמש בהם (ולמען האמת, מערכת מורכבת היטב), אבל כשביקשתי מתלמידי חטיבת הביניים שלי להסביר כיצד הם עובדים קיבלתי את התשובה האהובה עלי השנה "מגנטים?". אלה היו ילדים שבנו כמה מעגלים מסובכים שבועות קודם לכן, אך ליטלביטס הפכה לצעצוע יותר מכל דבר אחר.

כשהתחלנו לערוך סיעור מוחות על מערכת מודולרית רצינו לוודא שהתלמידים מודעים לאופן שבו חלקים מתקשרים ואז הם יכולים להסיק מקבילים לחלקים משותפים. ידענו גם שאנו זקוקים למשהו הדומה ללוח לחם, אך קל יותר לעטוף את ראשיהם מאשר לוח לחם בפועל. היינו צריכים גם להפוך את זה למהנה ומרתק.

האתגר התקבל!

שלב 2: למה לגו?

"טוען =" עצלן"

לבסוף היינו צריכים להבין איך לחבר הכל ביחד. מיד החלטנו שאנחנו שונאים את הרעיון של חוטים וקליפים תנינים; זה לקח מהפשטות של הכל. אהבנו להשתמש בקלטת מוליכה אבל סרט הנייר הנחושת לא היה אפשרי לשימוש. יכולנו להוריד את הקלטת אבל היא לא תחזור שוב. אפילו ניסינו להשתמש בחוט מוליך אך לא ניתן לשלוט על זה. לאחר שעות רבות בסקייפ עם מפעל הקלטות בסין, ייצרנו קלטת מוליכות ניילון מותאמת אישית (טייפ מייקר) שהיתה חזקה מספיק כדי להתקלף שוב, אך זולה מספיק כדי להיות תחרותית עם סרט נייר נחושת נפוץ.

הודות לעובדה שהיו לנו הרבה PCB בדיקות עם חורים בגדלים שונים בסדנה שלנו, הצלחנו למצוא במהירות מרווח גודל שאפשר לנו להתאים לחץ באמצעות סרט מוליך ניילון. בדרך זו התלמידים היו חייבים לסיים את הקלטת שלהם במקום מסוים: הם היו צריכים למעשה לקחת זמן ולעצב את המעגל שלהם. היבט זה אפשר לנו להפוך את מעגלים מטורפים לכלי למידה, לא רק צעצוע.

לשימוש בקלטת אינץ '1/8 היה גם היתרון הצדדי המוזר של מתן אפשרות למעגלי שני שכבות. בדרך כלל היינו מניחים את הקלטת מעל החלק העליון של חתיכי הלגו, אבל גם הקלטת בגודל 1/8 אינץ 'עבדה בצורה מושלמת להליכה בין חתיכות הלגו. אנשים יכולים ליצור כל מיני מעגלים מסובכים באמצעות קלטת על לגו. (אם כי קצת מביך. אם שום דבר אחר זה איפשר לתלמידים 'לקפוץ' לקו קיים רק במעט מאמץ).

מעגל בסיסי לדוגמא עשוי להשתמש במתג, בעל סוללה ונורית LED. עבור כל החלקים שלנו השתמשנו בהקרנת משי לבן כדי לייעד את הקטבים GND (שליליים) ואת הצד הצבעוני לציון הקטבים החיוביים. הסרטון לעיל מראה אותי עושה מעגל פשוט. להניח סרט, ללחוץ על חלקים, להוסיף כוח.

שלב 5: חוט מוליך

במהלך הבדיקה גילינו שחוט מוליך עובד טוב מאוד עם החלקים שלנו. מסתבר שחורים גדולים עם נחושת גדולים עשו תפירה מוליכה ממש קלה. כמה מהבוחנים שלנו העדיפו לתפור עם החלקים שלנו על פני השימוש בהם עם לגו.

אם מעולם לא השתמשת בחוט מוליך לפני שאתה צריך לנסות! בדרך כלל מדובר בחוט פלדה/ ניילון המתנהל די טוב. תפירתו בעזרת היד היא די קלה, ותפירת חלקים היא לא קשה יותר מאשר תפירת כפתור. אפילו הלכנו רחוק עד שיצרנו חולצות אינטראקטיביות מסובכות באמצעות ארדואינו. החלק היפה בתפירה מוליכה הוא שאם אתה באמת שונא את הפרויקט שלך אתה תמיד יכול להוריד את החלקים ולהשתמש בהם למשהו אחר.

הפעילות שלנו 'ללכת אל' לילדים היא לגרום להם ליצור צמיד לחיצה באמצעות כפתור LED, מחזיק סוללה וסט מצליפים. הצליפות נוגעות בקצה הצמיד ומשמשות להשלמת המעגל. ריכזנו קובץ PDF להדפסה נחמד אם מישהו רוצה להשתמש בו לסדנאות או לפעילויות ביתיות.

שלב 6: דיו ומבצקים מוליכים

בהתחלה היינו מוכנים לגרום לחלקים שלנו לעבוד עם דיו מוליך. זה עבד רק באופן חלקי.

דיו מוליך חשוף

דיו מוליך זה די דומה לצבע נפוח. קל לצבוע על כל משטח, הוא די זול, וניתן לשטיפה במים לניקוי קל. החיסרון הוא שהגרפיט אינו מוליך במיוחד ובאמת מתנהג כנגד גדול יותר מכל. לא היו לנו בעיות בחיבורו לחלקי מעגלים מטורפים מכיוון שיכולנו לגרום לכתמי דיו להתייבש מעל הלוחות הלוח, אך היו לנו בעיות בהעברת הכוח במעגל בבטחה.

מה שעשינו בסופו של דבר בשביל זה היה "נקודת מגע" של צבע קיבולי ללוחות ה- Teensy LC התואמים שלנו Arduino. אנו מעבירים קלטת מה- PCB אל כתמי הצבע ואז אנשים נוגעים בצבע. זה מאפשר כל מיני סטנסילים מהנים, פסנתרי קיר או פרויקטים אמנותיים אינטראקטיביים.

כותב מעגלים

דיו מוליך זה עובד בדיוק כמו עט ג'ל כסוף, רק שהוא משאיר אחריו עקבות מוליכים במיוחד על נייר. הצד החיובי של הדיו הזה הוא שהעקבות מוליכים במיוחד והוא מתנהג כמו עט אמיתי. החסרונות הם שהעטים יקרים, נוטים להתייבש, ואיכשהו עליך להצמיד את החלקים שלך לנייר על מנת ליצור חיבור מוצק.

במקור היו לנו כמה מגנטים מותאמים אישית שהתאימו לחורי הלגו שלנו. ה- GitHub Repo שלנו מלא בחלקים מדור קודם שכותרתם "תואם מגנט". התוצאה הסופית הייתה פגיעה או פספוס והבנו שאנחנו פשוט יצרנו גרסאות גרועות של חלקי אלקטרוניקה שכבר Circuit Scribe יצר. היתרון היחיד היה ביצירת פרויקטים גדולים יותר המבוססים על ארדואינו מכיוון ש- Circuit Scribe אינו מייצר לוחות ארדואינו, אך הצבת מגנטים רבים מדי קרובים גרמה לבעיות משלה.

הבנו גם שכל מה שאנחנו עושים עם הדיו הזה נוכל לעשות עם סרט מוליך הרבה יותר טוב.

בצק מעגלי Squishy - בצק מוליך AKA

תמיד מצאתי שזהו כלי למידה מצוין להוראת אלקטרוניקה בסיסית עם סטודנטים צעירים יותר. הפוך לבצק הוא שהוא מאוד משעשע, במיוחד עם חותכי עוגיות. החיסרון הוא שהוא מתייבש (כמו כל בצק) וגם עמיד מאוד.

אנו נוטים להשתמש בבצק באותו אופן בו אנו משתמשים בצבע המוליך החשוף, כנקודת מגע לפרויקטים של מגע קיבולי. זה מוסיף אלמנט מהנה לתערובת. בנוסף אם אתה מכין חתיכת בצק שטוחה ממש הגוף שלך יגיב עם המעגל לפני שאתה נוגע בו. לפעמים במרחק של עד סנטימטר. תמיד כיף לראות אנשים מנסים להבין מדוע זה קורה.

שלב 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit ולוחות אלחוטיים

מבט חטוף ב- GitHub Repo שלנו ותראה שיש לנו הרבה מחשבי PCB גדולים שנועדו לעבוד עם מספר בקרי מיקרו פופולריים. אחת התלונות העיקריות שלנו על הרבה מערכות בנייה הייתה/ היא שהן גורמות לאנשים להשתמש במערכת תכנות נאותה או רק לאפשר לך להשתמש בפלטפורמה אחת. כשהחומרה והתוכנה מתפתחים כל הזמן נראה מוזר לנעול אנשים או לזרוק חלקים אחרי כמה שנים.

הבחירה הברורה ביותר להתחיל עם Arduino Nano (שהפך ללוח הרובוטיקה שלנו) בשל הגודל הקטן והמחיר. זה היה מושלם עבור מגוון רחב של פרויקטי תכנות, כגון אפקטים של תאורה או הפעלת סרוו. החלטנו לייצר גם גרסה עשירה יותר בתכונות המשתמשת ב- Teensy LC, בעיקר עבור יכולות המגע הקיבוליות. ל- Teensy LC (לוח ההמצאות) יש גם כמה תכונות חיקוי של מקלדת נחמדות ומהר המצאנו כמה בקרי משחק מהנים שמשתמשים בו. בשנה שעברה אפילו יצרנו בקר LEGO NES ענק ופרסמנו אותו ב- Instructables.

תכנות הוא כיף אבל לא כולם רוצים לעבור את הטרחה. ריכזנו לוח המעוצב סביב שבב ATtiny85 מתוכנת מראש שפשוט מוציא מהבהובים ונמוג. גרסת הייצור שלנו משתמשת בחלקי SMT, אולם תוכל למצוא גרסת חור דרך ב- Repo שלנו. הם מועילים לפרויקטים קטנים יותר כגון חולצת חג מולד מכוערת או כמה כוכבים נוצצים.

דבר אחד שהזנחנו לעשות הוא ללטש את לוחות Raspberry Pi Zero ו- Micro: Bit שלנו. באופן כללי אנחנו אוהבים את ה- Micro: Bit ואת הקהילה שצמחה סביבו. באשר ללוח Raspberry Pi Zero שלנו … אין לנו ממש מושג מה לעשות עם זה. ברצינות, מישהו יעשה עם זה משהו מעניין ונשלח לך כמה חלקים.

היה לנו גם הרעיון המטורף לנסות להרכיב כמה פרויקטים אלחוטיים. אנו מלווים יחד ללוח הפוטונים של חלקיקים, כמה לוחות נוצות של Adafruit ולוח ה- NodeMCU המשותף. ביססנו אותם מאותו עיצוב בסיסי כמו ה- Nano PCB שלנו עם שורה של כותרות סיכות בצד האחורי.

שלב 8: תוכניות עתידיות?

נכון לעכשיו אנו בעיצומו של ריצת ייצור שלישית של חלקים כאשר רוב המכירות שלנו הולכות לבתי ספר, ספריות וחללי Maker Spaces. קיבלנו הרבה משוב מוצק ממשתמשים בכל הגילאים, מה שעזר לנו לעצב חלקים טובים יותר.

תכנית לימודים

אחת הבקשות הנפוצות ביותר הייתה לתכנית לימודים מוכנה לכיתה. להמציא פרויקטים הוא פשוט; קשה יותר להמציא שישה שבועות של משאבים לתלמידים ולמורים. עד סוף מרץ נפרסם את טיוטות הלימוד הראשונות שלנו באתר שלנו, ללא תשלום לשימוש לכל אחד. יהיו לנו שני מסלולים, אחד למעגלים בסיסיים ואחד לתכנות בסיסי. שניהם יהיו מרוכזים סביב חלקי המעגלים המשוגעים שלנו, אולם ניתן לשנותם בקלות לשימוש בחלקי המדף.

עוד חלקי פס ייצור

אנו מקבלים כרגע בקשות לחלקים חדשים. התהליך הוא איטי אך אנו מעוניינים להוסיף כמה חלקים חדשים להרכב שלנו להמשך השנה. אני מקווה שנוכל לייצר כמה פוטנציומטרים ורכיבי NeoPixel ולהתחיל להוסיף אותם לערכות שלנו. התמזל מזלינו שיש לנו כמה מעריצים נלהבים שעיצבו רכיבים משלהם ושיתפו אותם בנו, ואנו מקווים שעוד אנשים יעשו זאת בעתיד.

התחייבות לקוד פתוח

זה אולי נשמע כאילו אנחנו מכים סוס מת, אבל אנחנו מאוד אוהבים שהרכיבים שלנו יהיו קוד פתוח. אנו נמשיך להוסיף למשאבי הפרויקט, לתוכנית הלימודים ולעיצוב קבצים. אנו באמת מקווים שגם רעשנים וגם משתמשים מקדימים יכולים להתחיל ליצור חלקים משלהם או לשנות אותם לפרויקטים חדשים.

פרס שני בתחרות ה- PCB