Ochranná prilba Covid, časť 1: Úvod do obvodov Tinkercad!: 20 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Projekty Tinkercad »

Ahoj kamarát!

V tejto dvojdielnej sérii sa naučíme používať Tinkercad's Circuits - zábavný, výkonný a vzdelávací nástroj na učenie sa o fungovaní obvodov! Jeden z najlepších spôsobov, ako sa učiť, je robiť. Najprv teda navrhneme náš vlastný projekt: obvody pre bezpečnostnú prilbu Covid!

Našim cieľom je vytvoriť prilbu, ktorá vás upozorní na blížiacu sa osobu. Takýmto spôsobom môžete zostať v bezpečí pred Covidom tak, že sa vzdialite, aby ste dodržali vzdialenosť medzi vami a touto osobou.

Na konci tohto projektu budete mať základné znalosti o tom, ako navrhovať obvody a programovať pomocou Tinkercad. Aj keď to môže znieť ťažko, nebojte sa! Budem tu, aby som vás sprevádzal celým procesom - učte sa a užívajte si!

Zásoby:

Všetko, čo potrebujete, je účet Tinkercad! Nemáte ho? Zaregistrujte sa zadarmo na www.tinkercad.com

Krok 1: Otvorte Tinkercad

Prihláste sa do Tinkercad (alebo sa zaregistrujte, ak ešte nie ste).

Po prihlásení sa na palubnú dosku prejdite na ľavý bočný panel a zvoľte „Okruhy“.

Potom zvoľte „Vytvoriť nový okruh“(zakrúžkované oranžovou farbou). Tu máme slobodu byť kreatívni a navrhovať akékoľvek obvody, ktoré chceme. Môžete tiež presne simulovať svoje obvody, aby ste zistili, ako by fungovali v reálnom svete, skôr ako ho v skutočnosti postavíte!

Teraz sme pripravení začať!

Krok 2: Pomenujte svoj projekt

Po kliknutí na položku „Vytvoriť nový okruh“vás privíta tento prázdny pracovný priestor.

Najprv všetko - všetky naše projekty budú uložené na náš informačný panel (z predchádzajúceho kroku), preto je dôležité, aby sme svoje projekty pomenovali, aby sme si ich mohli neskôr zapamätať a nájsť!

Ak sa pozriete vľavo hore, vygeneruje sa pre vás zábavný náhodný názov. Kliknutím na tento názov nahradíte svojim názvom. Tu som to nazval „Ochranná prilba Covid“.

Krok 3: Pridanie nášho mikro: bitu

Náš projekt začneme pridaním mikro: bitu.

Micro: bit je malý počítač, na ktorom sa môžete naučiť programovať. Má veľa skvelých funkcií, ako sú LED svetlá, kompas a prispôsobiteľné tlačidlá!

Tento mikro: bit je to, čo spracuje všetky informácie z našich senzorov (ktoré pridáme neskôr). Micro: bit nám tiež poskytne tieto informácie jednoduchým spôsobom, ktorému porozumieme.

Ak to chcete pridať do pracovného priestoru, použijeme bočný panel vpravo. Tu nájdete celú škálu komponentov, ktoré môžete použiť. Ignorujme zatiaľ všetko ostatné a hľadajme „mikrobit“.

Vyberte mikro: bit a preneste ho do pracovného priestoru.

Krok 4: Pridanie nášho senzora

Teraz, keď máme svoj mikro: bit, pridajme senzor. Pridáme niečo, čo sa nazýva PIR senzor, čo je skratka pre pasívny infračervený senzor.

PIR môže detekovať infračervené žiarenie - alebo teplo. Pretože ľudia uvoľňujú teplo, ale predmety ako steny, fľaše s vodou a listy nie, tento senzor je možné použiť na detekciu prítomnosti ľudí v blízkosti.

Obvykle to môže „vidieť“až na vzdialenosť 5 m (16 stôp), čo je dobré, pretože nám to umožní včasné varovanie, keď sa ľudia priblížia, a umožní nám to reagovať skôr, ako dosiahnu 2 m (6 stôp) smernice o sociálnom dištancovaní.

Krok 5: Pochopenie komponentov

Teraz, keď máme naše dve časti, ako ich môžeme spojiť dohromady, aby mikro: bit mohol komunikovať so snímačom PIR?

Na Tinkercad je to celkom jednoduché. Môžete vidieť, že v spodnej časti senzora PIR sú 3 kolíky.

1. Keď na ne umiestnite kurzor myši, uvidíte, že prvý kolík je pin „Signál“, čo znamená, že vydá signál, keď detekuje osobu.
2. Druhý pin je „Napájanie“, do ktorého pripájame zdroj elektriny, aby sme zapli PIR senzor.
3. Tretí kolík je „Zem“, kde všetka „použitá“elektrina opustí PIR snímač.

Môžete si všimnúť, že v spodnej časti mikro: bitu je tiež 5 bodov, ku ktorým sa môžu pripojiť vodiče. Ukážte na ne myšou.

1. Prvé 3 body sú označené P0, P1 a P2. Tieto body sú prispôsobiteľné a môžu buď prijímať signály (vstup), alebo vyhodiť signály (výstup). Existuje mnoho rôznych spôsobov, ako môžeme tieto body použiť, pretože sú vysoko prispôsobiteľné! Viac o tom neskôr…
2. Bod 3 V je 3 voltový zdroj elektrickej energie. Pamätáte si, že náš PIR senzor potrebuje zdroj elektriny? Túto elektrinu môžeme získať z 3V bodu mikro: bitu!
3. Bod GND je skratka pre „zem“, do ktorej môže elektrina „odísť“po vykonaní práce. Tu je možné pripojiť uzemňovací kolík snímača PIR.

Krok 6: Pripojenie komponentov

Ak chcete piny prepojiť, najskôr kliknite na jeden kolík kurzorom. Potom kliknite na iný kolík (kam chcete pripojiť prvý kolík). Uvidíte, že sa vytvoril drôt! Kliknutím na drôt môžete zmeniť jeho farbu, ak chcete. Alebo to môžete odstrániť a skúsiť to znova, ak to vyzerá chaoticky. Skúste vodiče položiť čisto, aby ste neskôr zistili, kde sú jednotlivé drôty!

Po zapojení káblov skontrolujte, či sa zhoduje s tým, čo mám. Ak áno, skvelé! Ak nie, žiadne obavy! Odstráňte káble a skúste to znova.

Teraz si asi viete predstaviť, čo sa deje. Je to jednoduchá slučka:

1. Elektrická energia opúšťa mikro: bit →
2. → vstupuje do snímača PIR prostredníctvom kolíka „Napájanie“→
3. → funguje niečo v rámci PIR senzora →
4. → opúšťa PIR senzor cez svoj kolík „Uzemnenie“alebo „Signál“→
5. → prejde na pin „Ground“mikro: bitu alebo pin „P0“

Krok 7: Simulácia nášho obvodu (časť 1)

Keď na Tinkercad vytvárame obvody, môžeme ich aj simulovať.

Týmto spôsobom môžeme experimentovať, aby sme zistili, ako môžu komponenty nášho obvodu reagovať v reálnom svete, čo vám môže pomôcť pri plánovaní a navrhovaní obvodov bez toho, aby ste museli robiť „pokus-omyl“a tráviť čas a peniaze na niečom, čo nemusí fungovať!

Ak chcete simulovať náš obvod, stlačte tlačidlo „Spustiť simuláciu“, ktoré sa nachádza vpravo hore …

Krok 8: Simulácia nášho obvodu (časť 2)

Keď je simulácia spustená, môžeme interagovať s naším obvodom.

Kliknite na snímač PIR. Zobrazí sa lopta. Predstavte si, že táto lopta je človek. Môžete na neho kliknúť a pohybovať ním.

Môžete si všimnúť, že keď pohybujete loptou vo vnútri červenej zóny v blízkosti PIR senzora, senzor sa rozsvieti. Ak je to pravda, zapojili ste všetko správne! Keď presuniete loptu z detekčnej zóny PIR, senzor sa prestane rozsvietiť. Hrajte sa s tým!

Tiež si môžete všimnúť, že keď je lopta v detekčnej zóne, ale je nehybná, PIR sa neaktivuje. To nie je problém, pretože ľudia sa veľa pohybujú, takže senzor takmer vždy detekuje ľudí, ktorí sa nachádzajú v blízkosti vášho priestoru.

Čo hovoríte na micro: bit? Signálny vodič sme už pripojili, tak prečo sa nič nedeje ?!

Nebojte sa, toto sa očakáva!

Napriek tomu, že sme pripojili signálny drôt, mikro: bitový počítač nevie, čo má robiť s informáciou, ktorú mu dáva PIR senzor. Povieme vám, čo má robiť, tým, že ho naprogramujete v nasledujúcom kroku.

Krok 9: Základy kódového bloku

Ukončite simuláciu a potom kliknite na „Kód“(vedľa „Spustiť simuláciu“). Vpravo sa otvorí nový, väčší bočný panel.

Okrem navrhovania a simulácie obvodov môžeme na Tinkercad programovať aj pomocou Codeblocks. Codeblocks sú jednoduchý spôsob, ako sa dozvedieť o logike programovania, čo je skvelý úvod do kódovania pred tým, ako sa ponoríte do pokročilejších jazykov, ako je Javascript, Python alebo C.

Začnime tým, že sa zoznámime s prostredím Codeblock. Na ľavej strane bočného panela Codeblock sú bloky kódu, ktoré môžete presúvať myšou. Na pravej strane je váš skutočný kód. Skúste preskúmať niektoré časti myšou.

Keď sa s ním zoznámite, vyčistite kódovací priestor (potiahnutím blokov do koša v pravom dolnom rohu), aby sme mohli začať pridávať náš kód pre obvod.

Krok 10: Programovanie mikro: bitu (časť 1)

Začnime prehľadávaním blokov „Vstup“a ťahaním „na pine [P0] sa zmení na [Vysoká]“. Toto je vstup, pretože tým sa budú podávať mikro: bitové informácie.

Bod P0 (kde sa spája náš signálny vodič) môže mať v zásade dve hodnoty: vysokú alebo nízku. Vysoká znamená, že existuje signál, a nízka znamená, že neexistuje žiadny signál.

Ak snímač PIR detekuje narušiteľa, bude signál vysoký alebo nízky? Ak ste odpovedali vysoko, máte pravdu! Alternatívne, keď sa v detekčnej zóne nenachádza žiadny narušiteľ (alebo v mimoriadne zriedkavom prípade, keď je narušiteľ úplne nehybný), bude nízky elektrický signál.

Logika nášho kódu preto v zásade znie: „keď je osoba zistená, urobte _“.

Práve teraz to nič nerobí, pretože sme nedefinovali niečo, čo by malo robiť (je to prázdne). Poďme teda niečo urobiť.

Krok 11: Programovanie mikro: bitu (časť 2)

Pridajme výstupný kódový blok s názvom „zobraziť LED diódy“. Tento kódový blok nám umožňuje pohrávať sa so svetlami na mikro: bite. Prepnutím mriežky LED môžete vytvoriť ľubovoľný požadovaný dizajn. Pridal som smajlíka. Toto je výstup, pretože mikro: bit poskytuje informácie.

Potom zmeňte [HIGH] na [LOW] na vstupnom bloku kódu.

Pretože sme zmenili signál z vysokého na nízky, náš kód teraz hovorí:

keď je na P0 slabý signál, zapnite LED diódy a vytvorte si smajlíka

To znamená, že keď sa v našej detekčnej zóne nepohybuje žiadna osoba, mikro: bit zobrazí smajlíka, pretože je to bezpečné! =)

Krok 12: Programovanie mikro: bitu (časť 3)

Vieme, čo micro: bit urobí, keď sa v okolí detekčnej zóny nenachádza žiadna osoba. Čo keď tam niekto je?

Definujme to tiež. Pridajte ďalší vstupný kódový blok „na kolíku [P0] zmenený na [vysoký]“.

Tentokrát to necháme ako [VYSOKÉ], pretože to použijeme na niečo, keď je zistená osoba.

Pridajte ďalší výstup LED a vytvorte dizajn! Použil som zamračenú tvár, pretože keď je osoba v detekčnej zóne, môže byť menej bezpečná! = (

Krok 13: Testovanie nášho kódu

Spustite simuláciu ešte raz. Pohybujte sa okolo lopty (alias osoba) a sledujte, ako váš mikro: bit reaguje.

Ak nerobí to, čo by ste chceli, zopakujte predchádzajúci krok a znova skontrolujte svoje bloky kódov pomocou mojej snímky obrazovky. Nevzdávaj sa!:)

Krok 14: Pridanie ďalších senzorov PIR

Ak váš kód z predchádzajúceho kroku fungoval správne, skvelá práca! Poďme teda dopredu náš projekt.

Doteraz sme používali iba jeden PIR senzor, aby sme mohli detegovať ľudí iba v jednej oblasti. Čo so zvyškom priestoru okolo nás? Potrebujeme viac senzorov!

Zatvorte bočný panel kódu (kliknutím na položku „Kód“), ak je stále otvorený, a vyhľadajte ďalší snímač PIR. Pridajte ho do svojho pracovného priestoru a zapojte ho.

Poznámka: Signálny kolík tohto druhého snímača PIR zapojte na P1 alebo P2 (pripojil som ho na P1). Nepripájajte ho k P0, pretože tento bod už používa prvý snímač. Ak to urobíte, mikro: bit nebude schopný zistiť, ktorý PIR vysiela signály!

Aj keď som do pracovného priestoru Tinkercad vložil obidva PIR senzory smerom nahor (aby bola obrazovka čistejšia), keď v skutočnosti pripevníte PIR na prilbu, jeden PIR senzor je možné pripevniť tvárou k ľavej strane prilby, takže sníma oblasť vľavo od Vy a druhá osoba môžete byť umiestnení na pravú stranu prilby a skenovať oblasť vpravo od vás.

Krok 15: Pridanie dodatočného kódu pre 2. PIR

Otvorte kód ešte raz a pridajte druhú sadu blokov kódov, ktoré sú podobné prvému. Tentokrát však kliknite na rozbaľovaciu ponuku na nových blokoch kódov a zvoľte P1 (alebo P2, ak ste nový PIR pripojili k P2).

Pre snímač PIR vľavo (ktorý je pripojený k P0) som upravil kódový blok výstupu LED tak, aby sa rozsvietila ľavá strana mriežky LED. Podobne pre snímač PIR vpravo som upravil kódový blok výstupu LED tak, aby sa rozsvietila pravá strana mriežky LED.

Aj keď nie je aktivovaný žiadny PIR, mriežka LED bude stále zobrazovať smajlíka, pretože je to bezpečné!

Krok 16: Testovanie kódu pre viac PIR

Po správnom pridaní a úprave kódových blokov znova spustite simuláciu a otestujte, či váš kód funguje.

Keď sa lopta/človek presunie do detekčnej zóny ľavého PIR, LED mriežka na micro: bite by sa mala rozsvietiť na ľavej strane.

Podobne, ak sa osoba pohybuje v detekčnej zóne na pravej strane, LED dióda sa rozsvieti na pravej strane.

Krok 17: Pridanie alarmu

Teraz, keď máme pokryté dva hlavné slepé body (môžete sa rozhodnúť pridať ďalšie snímače PIR alebo mikro: bity, aby ste pokryli ešte väčšiu oblasť), poďme o krok ďalej.

Čo keď chcete počuť poplach vždy, keď sa spustí PIR? Nielenže by ste boli upozornení (napríklad keď spíte), ale môžete tiež vystrašiť votrelcov vo svojom osobnom priestore a chrániť tak seba aj votrelca pred Covidom.

Prejdite na bočný panel vpravo a vyhľadajte „piezo“. Ide o malé „reproduktory“alebo „bzučiaky“, ktoré majú vo vnútri povrch, ktorý vibruje, keď ním preteká elektrina, čím vytvára hlasný bzučivý zvuk.

Na piezo sú dva kolíky. Pripojte záporný kolík k uzemneniu mikro: bitu a kladný kolík pripojte k zostávajúcemu bodu P2 na mikro: bite. Týmto spôsobom to môžeme ovládať tak, že bzučiak zaznie iba vtedy, keď mikro: bit uvoľní elektrický prúd prostredníctvom svojho kolíka P2.

Poznámka: Uistite sa, že ste na jeden z pinov piezo (jedného kolíka) pridal odpor. To nám umožní obmedziť množstvo prúdu vstupujúceho do piezo. V opačnom prípade môže neobmedzené množstvo prúdu zlomiť mikro: bit, piezo alebo oboje!

Dal som 1 000 ohmový odpor, ale môžeš dať čokoľvek. Odporúčam vložiť niečo s odporom 500 ohmov - 2 000 ohmov. Čím nižší je odpor, tým väčší prúd bude, takže bzučiak bude hlasnejší

Krok 18: Kódovanie bzučiaka

Rovnako ako mriežka LED, musíme naprogramovať mikro: bit, aby sme zaistili správnu funkciu bzučiaka. Môže byť nepríjemné, ak bzučiak nepretržite bzučí, keď sa niekto nachádza v našej detekčnej zóne, kódujme ho teda tak, aby zazvonil iba raz, keď osoba vstúpi do detekčnej zóny (upozorní nás, že niekto prichádza).

Za týmto účelom inicializujeme pin P2. Pod neho pridajte kódový blok „na štart“a kód „pin na nastavenie pinto [P2]“.

Potom do každého bloku kódov „na kolíku zmeňte na [VYSOKÝ] kódový blok, pridajte výstupný kódový blok„ analógového rozstupu “pod blok kódu výstupu LED (ak je toto znenie mätúce, pozrite sa na snímku obrazovky vyššie!).

Tento analógový kódový blok nám umožňuje definovať dve nastavenia: výšku tónu a čas.

• Nastavenie času hovorí, ako dlho má tón hrať. Dal som to na 500 ms (môžete si vybrať akékoľvek číslo).

• Výška nám hovorí, ako vysoký tón by mal byť tón.

  Tu vyberte pre každý PIR inú frekvenciu. Jednu som nastavil na 100 (nízky tón) a druhú na 400 (vysoký tón). Týmto spôsobom môžete zistiť, ktorý PIR senzor sa spustí, iba podľa tónu (bez toho, aby ste sa museli pozerať na mriežku LED)

Krok 19: Záverečná simulácia

Teraz spustite simuláciu naposledy, aby ste sa presvedčili, že všetko funguje.

Ak replikujete tento návod, pri vstupe osoby do zóny detekcie na ľavej strane by vás mal krátko upozorniť nízky tón, ktorý by vás mal upozorniť, a ľavá strana mriežky LED by sa mala rozsvietiť, aby ste vedeli, že z miestnosti prichádza votrelec. vľavo.

Keď osoba vstúpi do zóny detekcie na pravej strane, mal by vás krátko upozorniť vysoký tón a pravá strana mriežky LED by sa mala rozsvietiť, aby ste vedeli, že sprava prichádza votrelec.

Keď sa nikto nenachádza v žiadnej z detekčnej zóny, mriežka LED by mala ukazovať šťastnú tvár, ktorá vám hovorí, že ste v bezpečí!

Krok 20: Záverečné myšlienky a budúce projekty

Ak ste sa dostali cez tento návod, gratulujeme! Aj keď ste bojovali alebo ste sa nedostali k jeho dokončeniu, som si istý, že ste sa najmenej dozvedeli pár vecí o Tinkercad a to je to, na čom záleží, taká skvelá práca!

Teraz, keď máte funkčný obvod alarmu na dištancovanie sa od spoločnosti, ak ho chcete prejsť na ďalší krok a postaviť ho v reálnom svete, môžete si kúpiť spotrebný materiál a prepojiť vodiče presne tak, ako ste to urobili v tomto pracovnom priestore Tinkercad.

Fotografia vyššie je 3D model (.stl) prilby, na ktorej pracujem, s použitím rovnakého presného obvodu, aký sme postavili v tomto návode. Má 2 PIR senzory na bokoch, mikro: bit namontovaný na prednej strane (aby ste videli mriežku LED) a bzučiaky.

Ak chcete používať vlastnú kreativitu, urobte to ešte o krok ďalej, prilepte obvod za tepla k prilbe. V opačnom prípade zostaňte naladení na môj ďalší Instructable, kde dáme dohromady túto prilbu!

Poznámka: Ak ste mladí, požiadajte opatrovníka o pomoc s používaním nástrojov pri stavbe okruhu a prilby.

Dúfam, že sa vám tento návod páčil a že dokážete využiť to, čo ste sa dozvedeli o Tinkercad, na kreativitu a vytváranie vlastných projektov. Teším sa, čo všetko vytvoríte, takže svoje projekty určite prepojte v komentároch!

Užite si zábavu a vzdelávanie naplnenú 2021!