Circuite nebune: un sistem de învățare electronică open source: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

De BrownDogGadgetsBrownDogGadgets Urmărește mai multe de către autor:

Despre: Predau științe de gimnaziu, dar acum îmi conduc propriul site web de științe educaționale online. Îmi petrec zilele proiectând noi proiecte pe care studenții și factorii de decizie să le pună împreună. Mai multe despre BrownDogGadgets »

Piața educației și a casei este inundată de sisteme modulare de „învățare” electronice concepute pentru a preda copiilor și adulților conceptele cheie STEM și STEAM. Produse precum LittleBits sau Snapcircuits par să domine fiecare ghid de cadouri de vacanță sau blogul părintelui pentru jucării educaționale. Cu toate acestea, aceste sisteme vin întotdeauna cu un preț mare atașat și mulți se simt mai mult ca jucării decât instrumente de învățare.

În urmă cu aproximativ trei ani, am început să proiectăm Crazy Circuits ca un sistem reutilizabil, modular, fără lipire, distractiv, care ar putea fi folosit ca un instrument de învățare propriu-zis. Ne-am dorit ceva pe care părinții și profesorii să-l poată integra cu ușurință în kiturile pe care le aveau deja sau ieftine din componentele raftului. Ceva atât pentru Comunitatea Maker, cât și pentru adultul obișnuit.

În cele din urmă Crazy Circuits a fost tot ceea ce am sperat și mai mult. Sistemul a funcționat impecabil cu orice mediu bazat pe LEGO, putea fi ușor utilizat cu fir conductiv pentru cusut și scalat cu ușurință de la circuite simple prin programare de bază. Oh, și a fost distractiv de folosit, ceea ce ne-a ușurat toată viața.

În acest articol, vă vom arăta cum am proiectat componentele Crazy Circuits, programa noastră, cum puteți crea și proiecta propriile părți și modurile în care Crazy Circuits funcționează cu alte sisteme.

Dezvăluire completă: Vindem piese și truse Crazy Circuits, cu toate acestea puteți utiliza cu ușurință fișierele noastre Open Source pentru a vă compune propriile plăci sau pentru a vă proiecta propriile piese. Puteți utiliza acest sistem pentru tot felul de lucruri și nu ne trimiteți niciodată niciun ban.

Give Aways: Încercăm ceva nou în 2019. Oferim piese și truse gratuite persoanelor (numai rezidenți din SUA) care ne urmăresc pe instructabile, facebook, instagram și YouTube. Cel mai probabil vom oferi câteva kituri complete, piese finite și PCB-uri goale. Urmăriți sau abonați-vă și vom începe să oferim lucruri.

Pasul 1: Filosofia din spatele circuitelor nebunești

Când eram profesor, am fost foarte supărat că nu-mi permit sisteme electronice de lux pentru clasa mea, chiar dacă fiecare conferință de predare sau serviciu la care am participat le-a recomandat în continuare. Pur și simplu nu aveam un buget pentru un kit de 100 USD, care venea cu cinci părți și în cel mai bun caz ar ține trei studenți ocupați timp de cinci minute. Am ajuns să fac ceea ce fac majoritatea profesorilor de știință și tocmai am cumpărat piese brute ieftine de pe eBay și Amazon, dar asta mi-a cerut să fac o mulțime de lucrări noi de planificare a lecțiilor și de proiectare a activității. De asemenea, am constatat că studenților mei mai tineri le-a fost greu să-și înfășoare capul în jurul panourilor.

În cele din urmă am reușit să obțin niște finanțări pentru a cumpăra niște truse LittleBits pentru a fi utilizate cu clubul meu științific după școală. Au fost distractive de folosit (și, sincer să fiu, un sistem bine pus la punct), dar când i-am rugat pe elevii mei de gimnaziu să explice cum au funcționat, am primit răspunsul meu preferat al anului „Nu știu, magneți?”. Aceștia erau copii care construiseră câteva circuite complicate cu câteva săptămâni mai devreme, totuși LittleBits a apărut ca o jucărie mai mult decât orice altceva.

Când am început brainstorming-ul unui sistem modular, am vrut să ne asigurăm că elevii erau conștienți de CUM interacționează părțile și au putut apoi să creeze paralele cu părțile comune. Știam, de asemenea, că avem nevoie de ceva asemănător cu o placă de prindere, dar mai ușor să le înfășori capul decât o placă de prăjitură reală. De asemenea, a trebuit să-l facem distractiv și antrenant.

Provocare acceptată!

Pasul 2: De ce LEGO?

"încărcare =" leneș"

În cele din urmă a trebuit să ne dăm seama cum să conectăm totul împreună. Am decis imediat că urâm ideea de fire și cleme de aligator; a scos din simplitatea tuturor. Ne-a plăcut să folosim bandă conductivă, dar banda de folie de cupru era imposibil de utilizat. Am putea coborî caseta, dar nu va mai reveni. Am încercat chiar să folosim fir conductiv, dar acest lucru sa dovedit a fi imposibil de controlat. După o mulțime de ore pe Skype, cu o fabrică de benzi în China, am fabricat niște benzi conductoare personalizate din nylon (Maker Tape), care erau suficient de puternice pentru a se dezlipi din nou, dar destul de ieftine pentru a fi competitive cu banda de folie de cupru obișnuită.

Datorită faptului că am avut o mulțime de PCB-uri de testare cu găuri de diferite dimensiuni așezate în atelierul nostru, am reușit rapid să găsim o distanță de dimensiuni care ne-a permis să facem o presiune potrivită folosind banda conductivă din nylon. În acest fel, studenții TREBUIE să-și termine banda într-un anumit loc: trebuiau să-și ia timp și să-și proiecteze circuitul. Acest aspect ne-a permis să transformăm Crazy Circuits într-un instrument de învățare, nu doar într-o jucărie.

Utilizarea benzii de 1/8 inch a avut, de asemenea, avantajul lateral ciudat de a permite circuite pe două straturi. În mod normal, așezăm banda peste partea superioară a știfturilor LEGO, dar banda de 1/8 inch a funcționat perfect și pentru a merge și între știfturile LEGO. Oamenii ar putea realiza tot felul de circuite complicate folosind bandă pe LEGO. (Deși un pic ciudat. Dacă nimic altceva le-a permis studenților să „sară” o linie existentă doar cu puțin efort.)

Un exemplu de circuit de bază ar putea utiliza un comutator, suportul bateriei și un LED. Pentru toate piesele noastre, am folosit serigrafia albă pentru a desemna stâlpii GND (negativi) și partea colorată pentru a indica polii pozitivi. Videoclipul de mai sus mă arată făcând un circuit simplu. Puneți banda, fixați presiunea pe piese, adăugați putere.

Pasul 5: Fir conductiv

În timpul testării am descoperit că firul conductiv funcționează foarte bine cu piesele noastre. Se pare că găurile mari placate din cupru au făcut cu ușurință cusutul conductiv. Unii dintre testerii noștri au preferat să coasă cu piesele noastre decât să le folosească cu LEGO.

Dacă nu ați folosit niciodată fir conductiv înainte, ar trebui să încercați! Este de obicei un fir de oțel / nailon care se comportă destul de bine. Cusutul manual cu acesta este destul de ușor, iar coaserea pieselor nu este mai dificilă decât coaserea unui buton. Am mers chiar atât de departe încât să realizăm cămăși interactive complicate folosind un Arduino. Partea frumoasă a cusutului conductiv este că, dacă îți urăști cu adevărat proiectul, poți oricând să scoți piesele și să le folosești pentru altceva.

Activitatea noastră „du-te la” pentru copii este aceea de a le face să facă o brățară cu buton cu ajutorul unui LED, un suport pentru baterie și un set de butoane. Snap-urile merg pe capătul brățării și sunt utilizate pentru a finaliza circuitul. Am creat împreună un PDF frumos de imprimat dacă cineva dorește să-l folosească pentru ateliere sau activități la domiciliu.

Pasul 6: Cerneluri și aluaturi conductoare

La început, am fost hotărâți să facem ca piesele noastre să funcționeze cu cerneluri conductive. Acest lucru a funcționat doar parțial.

Cerneală conductivă goală

Această cerneală conductivă este destul de similară cu vopseaua pufoasă. Este ușor de vopsit pe orice suprafață, este destul de ieftin și se poate spăla cu apă pentru o curățare ușoară. Dezavantajul este că grafitul nu este foarte conductiv și chiar acționează ca un rezistor mare mai mult decât orice. Nu am avut probleme legate de conectarea la Crazy Circuits Parts, deoarece am putut bloburi de cerneală uscate peste PCB-uri, dar am avut probleme la mutarea puterii în circuit în siguranță.

Pentru ce am ajuns să-l folosim a fost un „punct tactil” de vopsea capacitiv pentru plăcile noastre Teensy LC compatibile Arduino. Rulăm bandă din PCB către bloburile de vopsea și apoi oamenii ating vopseaua. Acest lucru permite tot felul de șabloane distractive, piane de perete sau proiecte de artă interactive.

Scribe de circuit

Această cerneală conductivă funcționează la fel ca un stilou gel argintiu, doar că lasă în urmă urme extrem de conductive pe hârtie. Avantajul acestei cerneluri este că trasările sunt extrem de conductive și acționează ca un stilou real. Dezavantajele sunt că pixurile sunt scumpe, au tendința de a se usca și trebuie cumva să vă fixați piesele pe hârtie pentru a face o conexiune solidă.

Am avut inițial niște magneți personalizați care se potriveau prin găurile noastre LEGO. GitHub Repo este plin de piese vechi care sunt etichetate „compatibile cu magnet”. Rezultatul final a fost lovit sau ratat și ne-am dat seama că tocmai am făcut versiuni proaste ale pieselor electronice pe care Circuit Scribe le-a făcut deja. Singurul beneficiu a fost realizarea de proiecte mai mari bazate pe Arduino, deoarece Circuit Scribe nu produce nicio placă Arduino, dar punerea prea multor magneți împreună a ajuns să-și provoace propriile probleme.

De asemenea, ne-am dat seama că orice am face cu această cerneală am putea face cu bandă conductivă mult mai bine.

Squishy Circuits Dough - Aluat conductiv AKA

Am găsit întotdeauna că acesta este un instrument excelent de învățare pentru predarea electronicii de bază cu studenții mai tineri. Partea de sus a aluatului este că este foarte distractivă, mai ales cu tăietorii de biscuiți. Dezavantajul este că se usucă (ca orice aluat) și, de asemenea, este foarte rezistent.

Tindem să folosim aluatul în același mod în care folosim Vopseaua Conductivă Bare, ca punct de atingere pentru proiecte tactile capacitive. Acesta adaugă un element distractiv mixului. În plus, dacă faci o bucată de aluat foarte mare, corpul tău va reacționa cu circuitul ÎNAINTE să-l atingi. Uneori până la un centimetru distanță. Este întotdeauna distractiv să vezi cum oamenii încearcă să-și dea seama de ce se întâmplă.

Pasul 7: Plăci Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit și Wireless

O privire rapidă la GitHub Repo și veți vedea că avem o mulțime de PCB-uri mari concepute pentru a funcționa cu o serie de microcontrolere populare. Una dintre plângerile noastre principale referitoare la o mulțime de sisteme de construcție a fost / este că le încurajează pe oameni să folosească un sistem de programare adecvat sau să vă permită doar să utilizați o singură platformă. Cu hardware și software în continuă evoluție, părea ciudat să blochezi oamenii sau să îi faci să arunce piese după câțiva ani.

Cea mai evidentă alegere pentru a începe cu un Arduino Nano (care a devenit placa noastră de robotică) datorită dimensiunii mici și a prețului. Acest lucru a fost perfect pentru o gamă largă de proiecte de programare, cum ar fi efecte de lumină sau servomotoare. Am decis să producem, de asemenea, o versiune mai bogată în caracteristici decât utilizarea unui Teensy LC, în principal pentru capacitățile tactile capacitive. Teensy LC (Invention Board) are, de asemenea, câteva caracteristici frumoase de emulare a tastaturii și am inventat rapid câteva controlere de joc distractive folosind-o. Anul trecut am creat chiar și un controler LEGO NES gigant și l-am postat pe Instructables.

Programarea este distractivă, dar nu toată lumea vrea să treacă prin bătăi de cap. Am pus laolaltă o placă proiectată în jurul unui cip ATtiny85 preprogramat, care doar scoate intermitent și se estompează. Versiunea noastră de producție folosește piese SMT, totuși veți găsi o versiune prin găuri în Repo. Sunt utile pentru proiecte mai mici, cum ar fi o cămașă urâtă de Crăciun sau câteva stele sclipitoare.

Un lucru pe care l-am neglijat este să lustruim plăcile noastre Raspberry Pi Zero și Micro: Bit. În general, ne place Micro: Bit și comunitatea care a apărut în jurul său. În ceea ce privește placa noastră Raspberry Pi Zero … literalmente nu avem nicio idee despre ce să facem cu ea. Serios, cineva face ceva interesant cu el și vă vom trimite câteva piese.

Am avut, de asemenea, ideea nebună de a încerca să punem la punct câteva proiecte wireless. Noi, însă, împreună plăcile pentru placa de particule, câteva tablouri Adafruit Feather și placa comună NodeMCU. Le-am bazat pe același design de bază ca Nano PCB, cu un rând de anteturi de pin pe partea din spate.

Pasul 8: Planuri de viitor?

În prezent, ne aflăm în mijlocul celei de-a treia perioade de producție a pieselor, majoritatea vânzărilor noastre ajungând la școli, biblioteci și Maker Spaces. Am primit o mulțime de feedback solid de la utilizatori de toate vârstele, ceea ce ne-a ajutat să proiectăm piese mai bune.

Curriculum

Una dintre cele mai frecvente solicitări a fost pentru un curriculum pregătit pentru clasă. Realizarea proiectelor este simplă; constituirea a șase săptămâni de resurse pentru elevi și profesori este mai dificilă. Până la sfârșitul lunii martie vom posta primele proiecte de curriculum pe site-ul nostru, gratuit pentru oricine să le poată folosi. Vom avea două piste, una pentru circuitele de bază și una pentru programarea de bază. Ambele vor fi centrate în jurul pieselor noastre Crazy Circuits, cu toate acestea ar putea fi ușor modificate pentru a fi folosite de pe raft.

Mai multe piese de linie de producție

În prezent, acceptăm solicitări pentru piese noi. Procesul este lent, dar dorim să adăugăm câteva piese noi la gama noastră pentru mai târziu în acest an. Sperăm că vom reuși să producem niște componente de potiometru și componente NeoPixel și să începem să le adăugăm în kiturile noastre. Am avut norocul de a avea niște fani entuziaști care și-au conceput propriile componente și le-au împărtășit cu noi și sperăm că mai mulți oameni o vor face în viitor.

Angajament pentru Open Source

S-ar putea să pară că bătem un cal mort, dar ne place foarte mult ca componentele noastre să fie Open Source. Vom continua să adăugăm la proiectul nostru resurse, curriculum și fișiere de proiectare. Sperăm cu adevărat că atât noice cât și utilizatorii avansați pot începe să își creeze propriile piese sau să le modifice pentru noi proiecte.

Premiul II la Concursul PCB