Vyrobte si kuchynský časovač s nástrojom MakerBit: 13 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Tento projekt skúma, ako funguje kuchynský časovač - jeho výrobou!

Kedysi dávno boli najužitočnejšie zariadenia mechanické. Deti mohli veci rozobrať, aby videli časti vo vnútri, a študovať, ako sa pohybujú.

Moderné elektronické pomôcky, ako je kuchynský časovač, sa líšia. Časti sú príliš malé na to, aby ich bolo možné vidieť a nepohybujú sa. Zmeňte stratégiu. Namiesto rozoberania, aby ste videli, ako to funguje, dajte jeden dohromady!

Táto lekcia vás prevedie troma základnými časťami digitálneho časovača:

1. komponenty,
2. spojenia,
3. kód.

Zariadenie bude mať tlačidlá na nastavenie času a spustenie odpočítavania.

Zobrazí zostávajúci čas a vydá signály po dokončení odpočítavania.

Signály môžu zahŕňať správu na displeji, blikajúce svetlo alebo médium, napríklad vopred nahranú skladbu.

Predstavte si časovač, ktorý spustí zvonenie!

Študenti, ktorí dokončia všetky činnosti v tomto projekte, budú schopní urobiť niekoľko vecí.

• Zostavte elektronické súčiastky do interaktívneho zariadenia.
• Napíšte kód založený na udalostiach, aby ste interagovali s užívateľskými vstupmi a príkazmi.
• Napíšte kód na presné meranie času.
• Napíšte kód na zmenu zobrazenia v reálnom svete na základe zmien v čase.
• Začleňte mediálne zariadenia na vytváranie zvukov na základe zmien v čase.
• Vysvetlite, ako výpočty umožňujú fungovanie časovača.

Krok 1: Zhromaždite komponenty

Štartovacia sada MakerBit+R od spoločnosti 1010 Technologies. Väčšina komponentov, ktoré budete na tento projekt potrebovať, je poskytnutá v štartovacej súprave. Patria sem:

• Mikrokontrolér BBC: mikro: bit
• Vývojová platforma MakerBit+R
• USB kábel na pripojenie micro: bit MakerBit k počítaču.
• 9-voltová batéria a konektor pre batériu MakerBit
• Dotykové body, držiaky bodov a diódy LED s plochými káblami pripojenými k nástroju MakerBit
• Konektory Grove pre LCD displej a prehrávač mp3. Tieto konektory majú na jednom konci bielu zástrčku a na druhom konci štyri samostatné zásuvky.

Dodatočné položky.

Nasledujúce komponenty nie sú súčasťou štartovacej súpravy MakerBit, ale je možné ich zakúpiť samostatne na stránkach MakerBit.com, Amazon a mnohých ďalších predajniach.

LCD displej, ktorý pracuje s I2C, je tento.

Voliteľný prehrávač mp3 a reproduktor, ako táto sada.

Malá kartónová škatuľka alebo kus kartónu.

Krok 2: Vytvorte pripojenia

MakerBit poskytuje pripojenia pre množstvo rôznych komponentov, ktoré môže váš kód ovládať.

Každá z nasledujúcich sérií krokov vysvetľuje, ako pripojiť jeden z komponentov k nástroju MakerBit.

Ku každému komponentu je tiež fotografia, ktorá ukazuje, ako sa pripája.

Nájdite zariadenia micro: bit a MakerBit+R v štartovacej súprave. Pripojte micro: bit do MakerBit, ako je znázornené na fotografiách.

Krok 3: LCD displej

Nájdite zásuvku I2C na zariadení MakerBit+R. Pozrite sa na to pozorne. Má štyri malé špendlíky. Každý z nich má štítok:

• GND,
• +5V,
• SDA a
• SCL.

Každý z pinov sa musí pripojiť k kolíku na LCD displeji, ktorý má rovnaký štítok.

Všimnite si toho, že na LCD displeji môže byť kolík, ktorý zodpovedá +5V, označený ako VCC.

Zatlačte bielu zástrčku Grove do zásuvky I2C na zariadení MakerBit+R. Všimnite si farby drôtu, ktorá je v súlade s kolíkom GND. Obvykle je to čierny drôt.

Druhý koniec tohto drôtu zatlačte na kolík GND na displeji LCD.

To isté urobte so zvyšnými tromi drôtmi.

Zastavte sa a na chvíľu sa pozrite na spojenia. Zaistite, aby každý vodič prechádzal medzi dvojicou kolíkov, ktoré zdieľajú rovnaký štítok.

Vystrihnite do kartónu alebo škatule dieru veľkosti LCD obrazovky. Namontujte LCD za lepenku (vnútri škatule) elektrickou izolačnou páskou.

Krok 4: Prehrávač MP3 a reproduktor

Zapojte zástrčku Grove do analógovej zásuvky na MakerBit+R. Táto zásuvka má štyri malé kolíky označené GND, +3,3 V, A1 a A0. Zatlačte ostatné konce vodičov na prehrávač MP3 tak, aby každý vodič spájal dva kolíky, ktoré sa zhodujú týmto spôsobom:

MakerBit MP3

GND GND

+3,3 V VCC

A1 TX

A0 RX

Pripojte zosilnený reproduktor k prehrávaču MP3 pomocou konektora pre slúchadlá. Po skončení odpočítavania môže váš kód použiť prehrávač MP3 na prehrávanie vopred nahratej zvukovej stopy.

Reproduktor dodávaný spoločnosťou MakerBit.com má nabíjateľnú vnútornú batériu a vypínač. Ak chcete, aby hrala vašu melódiu, skontrolujte, či je batéria nabitá a či je vypínač zapnutý.

Krok 5: Dotykové senzory

Pozrite sa na svetlo sivú zásuvku na MakerBit+R. Obsahuje tucet kolíkov označených T5 až T16.

Nájdite plochý kábel v štartovacej súprave, ktorý má svetlo sivú zástrčku tvarovanú tak, aby zodpovedala zásuvke. Vodiče na druhom konci plochého kábla majú samostatné, čierne alebo biele zásuvky.

Nájdite červený vodič na strane kábla, ktorý je najbližšie k zásuvke T5.

Tento projekt používa červený vodič a štyri drôty vedľa neho: hnedú, čiernu, bielu a sivú farbu.

Nájdite kontaktné body a držiaky bodov v štartovacej súprave.

Zatlačte dotykové senzory do zásuviek na piatich vodičoch, ktoré ste identifikovali v predchádzajúcom kroku.

Káble a dotykové senzory sa budú zhodovať s funkciami časovača týmto spôsobom:

Červený vodič = snímač T5 = spustenie/zastavenie časovača

Hnedý drôt = snímač T6 = Pridajte hodiny

Čierny vodič = snímač T7 = Pridajte minúty

Biely vodič = snímač T8 = Pridajte sekundy

Sivý drôt = snímač T9 = Vymažte časovač

Trochu lepenky môže pomôcť udržať kontaktné body od seba v úhľadnom rade. Ešte lepšie je namontovať ich na škatuľu. Držiaky bodov môžu pomôcť pevne držať dotykové body. Ak je vaša lepenka hrubá, možno budete musieť skrátiť dĺžku držiaka bodu. MakerBit.com ponúka návod na montáž kontaktných bodov na tomto odkaze.

Po namontovaní dotykových senzorov na škatuľu alebo lepenku označte každý z nich funkciou, ktorú plní.

Projekt využíva dotykové body ako senzory. Kód ich nazýva dotykové senzory. Dotykové body a dotykové senzory sú dva názvy toho istého, takže táto lekcia bude používať oba názvy.

V zariadení MakerBit je zabudované skutočné zariadenie, ktoré sníma dotyk. Kontaktné body sú jednoducho náušnice, ako sa predávajú v obchodoch s remeselnými potrebami.

MakerBit cíti, keď sa niekto dotkne dotykového bodu. Vďaka tomu náušnice fungujú ako senzory. MakerBit oznámi vášmu kódu, ktorého senzora ste sa dotkli. Toto sa nazýva udalosť dotykového senzora.

Kód môže reagovať na udalosti dotykového senzora pomocou špeciálnych blokov, ktoré sa nazývajú obsluhy udalostí.

Keď sa pozriete na príklad kódu poskytnutý s touto lekciou, zistíte, či poznáte manipulátory udalostí pre dotykové udalosti.

Krok 6: LED dióda

Štartovacia sada MakerBit+R poskytuje ploché káble s už nainštalovanými diódami LED. Tieto sa skutočne ľahko používajú.

Vyberte kábel s červenými LED diódami.

Ďalej vyhľadajte veľkú čiernu zásuvku na zariadení MakerBit+R, ktorá je najbližšie k modrej zásuvke. Táto čierna zásuvka má kolíky označené P11 až P16.

Zasuňte čiernu zástrčku plochého kábla do tejto zásuvky.

Skontrolujte okraje plochého kábla. Nájdite stranu, ktorá má na vonkajšej strane hnedý drôt.

Tento hnedý drôt smeruje k LED dióde ovládanej pinom číslo P16. Váš kód bude pomocou tejto diódy LED signalizovať, kedy sa odpočítavanie skončí.

V kartóne alebo škatuli urobte malý otvor, aby sa zmestil do diódy LED. Zatlačte diódu LED zozadu a zaistite ju páskou.

Možno budete musieť odlepiť hnedý+červený pár drôtov z boku plochého kábla, kým neuvoľníte dostatočne veľký drôt, aby bol flexibilný.

Krok 7: Externá batéria

Pripravte si batériu a konektor batérie. Vďaka batérii môže byť váš časovač prenosný!

9-voltovú batériu môžete zapojiť do okrúhlej externej elektrickej zásuvky na zariadení MakerBit, aby sa časový spínač napájal, keď nie je pripojený k počítaču.

LCD displej a prehrávač MP3 skutočne vyžadujú vyššie napätie, ktoré poskytuje batéria.

Skúste zapojiť batériu, aby ste zistili, či aktivuje svetlá na zariadení MakerBit a micro: bit.

Krok 8: Vložte časovač do krabice

Prepracovaná kartónová škatuľa môže byť pekným puzdrom pre časovač.

Možno bude potrebovať trochu lepidla, stavebný papier a trochu predstavivosti.

Na obrázku je všetko, čo je umiestnené v krabici.

Krok 9: Zavolajte Bugle na prehrávač MP3

Na tomto odkaze je online k dispozícii veľmi pekná zbierka hovorov o armádnej bugle.

Autor si stiahol zvukový súbor MP3 o polnici hrajúcej „Mess Call“, ktorý umožňuje vojakom vedieť, že jedlo je pripravené. Vyzeralo to ako dobrá voľba pre kuchynský časovač.

Súprava MP3 ilustrovaná pre tento projekt bola k dispozícii ako voliteľný nákup na serveri MakerBit.com. Sada obsahuje prehrávač MP3, pamäťovú kartu microSD, adaptér USB pre pamäťovú kartu, zosilnený reproduktor a nabíjací kábel pre reproduktor.

Nájdite kartu microSD a vložte ju do adaptéra USB. Pripojte to k počítaču. Vytvorte priečinok s názvom „04“. To je nula-štyri. Otvorte priečinok.

Uložte súbor MP3, ktorý chcete, aby sa časovač prehral do tohto priečinka. Zmeňte názov súboru tak, aby začínal 3-miestnym číslom. Napríklad „001_MessCall.mp3“.

Vyberte pamäťovú kartu a adaptér z počítača. Vyberte pamäťovú kartu z adaptéra. Vložte kartu do prehrávača MP3. Zatlačte ho do prijímača, kým nezacvakne na svojom mieste a zostane.

Kód pre časovač môže vybrať a prehrať požadovaný súbor na základe čísla priečinka a čísla súboru. V tomto prípade by to bol priečinok č. 4 a súbor č. 1.

Vo svojom časovači môžete prehrávať mnoho rôznych zvukových súborov MP3 tak, že ich uložíte na kartu microSD týmto spôsobom: do priečinkov s dvoma číslicami s názvami súborov, ktoré začínajú trojcifernými číslami.

Krok 10: Získať kód

Pomocou kódu MakeCode uchopíte kód a vložíte ho do svojho mikro: bitu.

MakeCode je založený na prehliadači a je k dispozícii online zadarmo. Navrhli to špeciálne pre mikro: bit. Funguje s mnohými modernými webovými prehliadačmi, ktoré bežia na počítačoch ChromeBook, Mac, Windows a dokonca aj na niektorých počítačoch Linux.

Kliknutím na tento odkaz otvoríte MakeCode vo svojom prehliadači.

Skutočný kód tohto projektu sa automaticky vloží, aby ste s ním mohli pracovať.

Vaša obrazovka by mala vyzerať ako na obrázku nižšie.

Krok 11: Nahrajte kód na svoj mikro: bit

Nasledujúce obrázky majú v rohoch čísla, ktoré vás prevedú celým procesom.

1. Pripojte micro: bit k počítaču pomocou kábla USB.
2. Skontrolujte súborový systém počítača, aby ste zistili, že sa MICROBIT zobrazuje vo vašom zozname úložných zariadení. Fotografia s týmto článkom vyzerá takto na Chromebooku.
3. V MakeCode kliknite na tlačidlo Uložiť. Na fotografii je šípka ukazujúca na tlačidlo.
4. Váš počítač sa spýta, kam chcete program uložiť. Prejdite na úložné zariadenie MICROBIT a otvorte ho. Kliknite na tlačidlo Uložiť.
5. Počas nahrávania kódu bude svetlo na mikro: bite rýchlo blikať. Na obrazovke počítača sa môžu objaviť správy informujúce o pokroku. Po dokončení nahrávania vysuňte zariadenie MICROBIT zo systému súborov. Potom odpojte kábel USB.
6. Pripojte batériu k nástroju MakerBit. Užite si časovač!

Mimochodom, môžete sa rozhodnúť uložiť kód do počítača a potom ho nahrať presunutím kópie súboru na súbor micro: bit.

Výhodou tohto dodatočného kroku je, že môžete importovať súbor s kódom späť do MakeCode z počítača, ale nie z mikro: bitu.

Krok 12: Študujte kódex

Otvorte MakeCode v prehliadači so načítaným kódom časovača, ako v kroku 10.

Umiestnite ukazovateľ myši na blok kódu a nechajte ho tam krátko odpočívať.

Zobrazí sa malá správa s informáciami o bloku.

Dokážete sledovať sled udalostí? Tip: začína v bloku „pri štarte“. Potom skočí do bloku s názvom „clearTheTimer“. Potom skočí do bloku s názvom „navždy“. Čo sa stane potom?

Skúste sa počas študovania kódu dotknúť tlačidiel na časovači.

Ktoré časti kódu sa aktivujú, keď sa dotknete tlačidla? Prečo? Môžete predpovedať, čo tlačidlo urobí, podľa kódu?

Naučiť sa čítať je základnou súčasťou učenia sa písať. Študenti, ktorí sa učia písať kód, môžu mať prospech z čítania kódu, ktorý napísali iní ľudia.

Dobrým spôsobom, ako si otestovať svoje znalosti kódovania, môže byť zmena niečoho v kóde vášho časovača.

Predpovedajte, ako vaša zmena ovplyvní fungovanie časovača. Potom nahrajte zmenený kód do mikro: bitu a uvidíte, čo sa stane!

Pravdepodobne budete robiť chyby. To je v poriadku. Robí to každý. Takmer každý kódovací projekt prechádza fázou nazývanou ladenie, čo v zásade znamená nájsť a opraviť chyby.

Vždy môžete začať odznova s kódom, o ktorom viete, že bude fungovať. Kliknutím na odkaz v kroku 10 si kód stiahnete znova.

Krok 13: Často kladené otázky

Prečo je kód rozdelený na časti?

Každá časť zvláda iba jednu úlohu.

Kód pre každú úlohu je napísaný iba raz.

Časti majú popisné názvy, ktoré majú ľuďom pomôcť prečítať kód.

Časovač aktivuje časť kódu podľa názvu, keď potrebuje vykonať úlohu, ktorú časť kódu vykonáva. Toto je známe ako „volanie“„postupu“.

Ako výpočty umožňujú fungovanie časovača?

Časovač používa výpočet tromi rôznymi spôsobmi.

Pridajte čas, keď sa používateľ dotkne dotykového bodu, aby nastavil časovač. Odpočítajte čas potom, čo sa používateľ dotkne dotykového bodu, aby sa spustil časovač. Prepočítajte počet sekúnd na hodiny, minúty a sekundy na zobrazenie. Procedúra „navždy“používa odčítanie na meranie času dvoma spôsobmi.

Skontrolujte mikro: bit, aby ste zistili, či uplynula jedna sekunda. Odpočítajte 1 od odpočítavania po uplynutí každej sekundy, kým odpočítavanie nedosiahne nulu. Procedúra „addSeconds“používa pridanie na zvýšenie odpočítavania potom, čo používateľ stlačí jedno z dotykových tlačidiel niekoľko hodín, minút alebo sekúnd.

Procedúra „showTimeRemaining“používa celočíselné delenie na transformáciu odpočítavania na zobrazenie času, ktoré je pre človeka jednoduchšie pochopiť.

Aké sú ďalšie kódovacie techniky použité v kóde?

Popisné názvy premenných pomáhajú ľuďom pochopiť, ako kód spravuje určité skutočnosti.

Premenná je jednoducho názov spojený so skutočnosťou, ktorú mikro: bit ukladá do svojej pamäte.

Fakty umožňujú časovaču sledovať, čo chce užívateľ urobiť.

Procedúra môže zmeniť hodnotu pripojenú k premennej. Nová hodnota môže byť použitá v inom postupe.

Logické bloky vyhodnocujú pravdivé alebo nepravdivé skutočnosti. Takto môže časovač na základe faktov určiť správnu akciu.

Skutočná alebo nepravdivá skutočnosť môže byť výsledkom porovnania dvoch čísel. Sú čísla rovnaké? Je jedno číslo väčšie ako druhé? Alebo menej?

Kód môže k premennej tiež pripojiť skutočnú hodnotu true alebo false.

Procedúra môže zmeniť hodnotu premennej true alebo false, aby zmenila fungovanie iného postupu. Takto obsluha udalostí T5 v tomto kóde vypne alarm v procedúre s názvom soundTheAlarm.

Logické bloky môžu byť jednoduché: ak je hodnota alebo porovnanie pravdivé, urobte niečo; inak nerob nic.

Logické bloky môžu byť zložité: ak je hodnota alebo porovnanie pravdivé, urobte jednu vec; else (to znamená inak), urobte inú vec.

Logické bloky môžu mať v sebe „vnorené“ďalšie logické bloky.

Niekedy trvá niekoľko logických blokov za sebou, aby ste vyhodnotili skutočnosť a vybrali správnu akciu.

Prečo blok „navždy“používa číslo 995?

Kód používa 995 na zistenie, či uplynula jedna sekunda času.

Micro: bit automaticky zvýši premennú s názvom „doba chodu“približne 1 000 krát za sekundu. Nie je to presne 1 000, ale blízko.

Experiment so skutočným mikro: bitom použitým na zostavenie tohto príkladu zistil, že bol v priemere bližší k 995.

Tento kód sa hodí k pozorovanému priemeru. Čaká, kým sa hodnota doby behu zvýši o 995, a potom začne pomocou logických blokov odpočítavať jednu sekundu od odpočítavania.

Ako by ste navrhli experiment, aby ste zistili, ako rýchlo váš micro: bit aktualizuje premennú doby behu? Ako dlho by ste museli vykonávať experiment, aby ste sa cítili sebaisto vo svojom objave?

Ste inžinierom svojho časovača. To znamená, že ste jediný, kto sa môže rozhodnúť, či zmena 995 na inú hodnotu zvýši presnosť vášho časovača.

Ako by mohol byť časovač upravený tak, aby robil niečo iné zmenou iba kódu?

Ak zostanú zmontované súčiastky rovnaké, niekoľko zmien v kóde by mohlo časovač zmeniť na iný produkt.

Stopky

Dotykový senzor „Start-Stop“bude fungovať podľa očakávania. Dotykový snímač „Clear“by tiež.

Dotykové senzory na hodiny, minúty a sekundy by neboli potrebné.

Procedúra „navždy“by sa zmenila tak, že bude počítať nahor, nie nadol.

Pokročilou úpravou by bolo meranie a zobrazovanie času v krokoch po 1/10 sekundy.

Stolné hodiny

Dotykový senzor „Start-Stop“by slúžil ako tlačidlo „Nastaviť“.

Dotykové senzory hodiny, minúty a sekundy budú fungovať podľa očakávania bez akejkoľvek zmeny.

Procedúra „navždy“by mala počítať hore, nie nadol.

Procedúra „navždy“by tiež potrebovala výpočet na „prejdenie na nulu“o polnoci.

Dotykový senzor „Clear“by nebol potrebný. Mohla by však dostať novú funkciu.

Pokročilou úpravou môže byť použitie dotykového senzora ako ovládača výberu režimu. Prepínajte medzi 24-hodinovým zobrazením vo vojenskom štýle a konvenčným, 12-hodinovým zobrazením s predpoludním a večer pridané na displej.

Budík

V takom prípade môže byť dotykový snímač „Clear“zmenený na ovládací prvok „Alarm“.

Na sledovanie nových skutočností, ako je napríklad čas spustenia alarmu a či používateľ aktivoval alebo deaktivoval alarm, môže byť potrebných viac premenných.

Bolo by zaujímavé sledovať, ako by rôzni študenti mohli pristupovať k tejto úprave rôznymi spôsobmi.

Ovládajte svet

Prostredníctvom programu MakerBit je možné pridať viac senzorov, ktoré hodinám umožnia rozpoznať udalosti, ako je pohyb, hluk alebo otváranie a zatváranie dverí.

Hodiny by sa mohli rozhodnúť, že vyhlásia poplach, ak sú udalosti zistené v určitom časovom období.

Podobne by sa hodiny dali použiť na zapnutie alebo vypnutie externých zariadení na základe času. Jedným z príkladov môže byť elektronický zámok dverí spojený s kolíkom na zariadení MakerBit.