Crazy Circuits: Open Source Electronics Learning System: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Od BrownDogGadgetsBrownDogGadgets Nasledovať viac od autora:

O: Kedysi som učil prírodovedné predmety na strednej škole, ale teraz prevádzkujem vlastnú webovú stránku o vzdelávacích vedách online. Trávim dni navrhovaním nových projektov pre študentov a tvorcov, ktorí by ich dali dohromady. Viac o BrownDogGadgets »

Vzdelávací a domáci trh je zaplavený modulárnymi „učebnými“systémami elektroniky, ktorých cieľom je naučiť deti a dospelých kľúčové pojmy STEM a STEAM. Zdá sa, že výrobky ako LittleBits alebo Snapcircuits dominujú v každom sprievodcovi darčekmi na Vianoce alebo v rodičovskom blogu pre vzdelávacie hračky. Tieto systémy sú však vždy vybavené silnou cenovkou a mnohé sa cítia skôr ako hračky než ako učebné nástroje.

Asi pred tromi rokmi sme začali navrhovať bláznivé obvody ako nízkonákladový, opakovane použiteľný, modulárny, nespájkovateľný a zábavný systém, ktorý by sa dal použiť ako skutočný vzdelávací nástroj. Chceli sme niečo, čo by rodičia a učitelia mohli ľahko integrovať so súpravami, ktoré už majú, alebo lacné mimo súčasti police. Niečo, čo by si užila komunita Maker i priemerného dospelého.

Nakoniec bolo Crazy Circuits všetkým, v čo sme dúfali, a ešte viac. Systém fungoval bezchybne s akýmkoľvek prostredím založeným na LEGO, mohol byť ľahko použitý s vodivými niťami na šitie a ľahko škálovateľný od jednoduchých obvodov až po základné programovanie. Oh, a bolo tiež zábavné ich používať, čo nám uľahčilo celý život.

V tomto zápise vám ukážeme, ako sme navrhli súčiastky Crazy Circuits, naše učebné osnovy, ako si môžete vyrábať a navrhovať vlastné súčiastky a spôsoby, akými Crazy Circuits funguje s inými systémami.

Úplné odhalenie: Predávame súčiastky a súpravy Crazy Circuits, ale naše súbory Open Source môžete ľahko použiť na zostavenie vlastných dosiek alebo navrhnutie vlastných dielov. Tento systém môžete používať na všetky druhy vecí a nikdy nám neposlať ani cent.

Vzdajte sa: V roku 2019 skúšame niečo nové. Rozdávame bezplatné diely a súpravy ľuďom (iba obyvatelia USA), ktorí nás sledujú podľa pokynov, facebooku, instagramu a youtube. S najväčšou pravdepodobnosťou rozdáme niekoľko úplných súprav, hotových dielov a prázdnych dosiek plošných spojov. Stačí sledovať alebo sa prihlásiť na odber a začneme rozdávať veci.

Krok 1: Filozofia za bláznivými obvodmi

Keď som bol učiteľom, veľmi ma štvalo, že si nemôžem dovoliť luxusné elektronické systémy pre svoju triedu, aj keď ich každá učiteľská konferencia alebo služba, na ktorej som sa zúčastnil, ich stále odporúčal. Jednoducho som nemal rozpočet na súpravu v hodnote 100 dolárov, ktorá sa dodávala s piatimi časťami a v najlepšom prípade by zamestnávala troch študentov na päť minút. Nakoniec som robil to, čo väčšina učiteľov prírodovedných predmetov, a kúpil som si lacné surové diely z eBay a Amazonu, ale to si vyžiadalo veľa nového plánovania lekcií a práce na navrhovaní aktivít. Tiež som zistil, že moji mladší študenti si ťažko omotávali hlavu okolo chlebov.

Nakoniec som bol schopný získať nejaké finančné prostriedky na nákup niektorých súprav LittleBits na použitie v mojom mimoškolskom vedeckom klube. Ich používanie bolo zábavné (a aby som bol úprimný, dobre zostavený systém), ale keď som svojich študentov na strednej škole požiadal, aby mi vysvetlili, ako fungujú, dostal som svoju obľúbenú odpoveď z roku „Neviem, magnety?“. Išlo o deti, ktoré niekoľko týždňov stavali niekoľko komplikovaných obvodov, ale LittleBits sa zdali byť viac hračkou ako čímkoľvek iným.

Keď sme začali brainstormingom modulárny systém, chceli sme sa uistiť, že študenti si uvedomujú, AKO časti interagujú a potom sú schopní nakresliť paralely k spoločným častiam. Vedeli sme tiež, že potrebujeme niečo podobné ako doska na chleba, ale ešte jednoduchšie ich obtočíme hlavami než skutočné dosky na chleba. Tiež sme to museli urobiť zábavným a pútavým.

Výzva prijatá!

Krok 2: Prečo LEGO?

"loading =" lenivý"

Nakoniec sme museli zistiť, ako všetko prepojiť. Okamžite sme sa rozhodli, že nenávidíme myšlienku drôtov a aligátorových svoriek; uberalo to na jednoduchosti všetkého. Radi sme používali vodivú pásku, ale pásku z medenej fólie nebolo možné použiť. Mohli by sme pásku stiahnuť, ale už by sa nevrátila. Skúsili sme dokonca použiť vodivý závit, ale ukázalo sa, že je nemožné ho ovládať. Po veľa hodinách na Skype v továrni na výrobu pások v Číne sme vyrobili vlastnú nylonovú vodivú pásku (Maker Tape), ktorá bola dostatočne pevná na to, aby sa dala znova odlepiť, ale zároveň dostatočne lacná na to, aby bola konkurencieschopná s bežnou páskou z medenej fólie.

Vďaka tomu, že v našej dielni sedelo množstvo testovacích PCB s otvormi rôznych veľkostí, rýchlo sme našli medzery medzi veľkosťami, ktoré nám umožnili prispôsobiť sa tlaku pomocou nylonovej vodivej pásky. Týmto spôsobom študenti MUSELI ukončiť svoju pásku na konkrétnom mieste: museli si skutočne nájsť čas a navrhnúť svoj obvod. Tento aspekt nám umožnil urobiť z Bláznivých obvodov vzdelávací nástroj, nielen hračku.

Použitie pásky 1/8 palca malo tiež zvláštnu výhodu v tom, že umožňovali dvojvrstvové obvody. Normálne by sme pásku položili NA HORNÝ kolík LEGO, ale páska 1/8 palca fungovala perfektne aj vtedy, ak ide MEZI klincami LEGO. Ľudia mohli vyrábať všetky druhy komplikovaných obvodov pomocou pásky na LEGO. (Aj keď trochu trápne. Keď už nič iné, umožnilo to študentom „preskočiť“existujúcu líniu len s trochou úsilia.)

Základným príkladom obvodu môže byť spínač, držiak batérie a dióda LED. Pre všetky naše časti sme použili screening z bieleho hodvábu na označenie pólov GND (negatívnych) a farebnú stranu na označenie pozitívnych pólov. Vyššie uvedené video mi ukazuje vytváranie jednoduchého obvodu. Položte pásku, zatlačte na diely a pridajte silu.

Krok 5: Vodivé vlákno

Počas testovania sme zistili, že vodivé vlákno s našimi časťami skutočne dobre spolupracuje. Ukazuje sa, že veľké otvory s medenou platňou uľahčujú vodivé šitie. Niektorí z našich testerov uprednostnili šitie s našimi časťami pred ich použitím s LEGO.

Ak ste nikdy predtým nepoužili vodivé vlákno, mali by ste to skúsiť! Obvykle je to oceľový/ nylonový závit, ktorý dobre vedie. Ručné prešívanie je celkom jednoduché a prišitie dielov nie je o nič ťažšie ako prišitie gombíka. Dokonca sme zašli tak ďaleko, že sme vyrábali komplikované interaktívne košele pomocou Arduina. Pekné na vodivom šití je, že ak svoj projekt skutočne nenávidíte, diely môžete kedykoľvek zložiť a použiť na niečo iné.

Našou aktivitou pre deti je nechať ich vyrobiť náramok na zapínanie na gombíky pomocou diódy LED, držiaka batérie a sady patentiek. Chlapky idú na koniec náramku a slúžia na dokončenie okruhu. Zostavili sme pekné tlačiteľné PDF, ak ho niekto chce použiť na workshopy alebo domáce činnosti.

Krok 6: Vodivé atramenty a cestá

Na začiatku sme boli mŕtvi v tom, aby naše diely pracovali s vodivými atramentmi. Toto fungovalo len čiastočne.

Holý vodivý atrament

Tento vodivý atrament je veľmi podobný nafúknutej farbe. Je ľahké namaľovať na akýkoľvek povrch, je dosť lacný a dá sa ľahko umývať vodou. Temnejšou stránkou veci je, že grafit nie je príliš vodivý a v skutočnosti pôsobí ako veľký odpor viac ako čokoľvek iné. Nemali sme žiadne problémy s pripojením k Crazy Circuits Parts, pretože sme mohli nechať zaschnúť atramentové kvapky na PCB, ale mali sme problémy s bezpečným pohybom energie v obvode.

Na čo sme ho nakoniec použili, bol kapacitný „dotykový bod“farby pre naše dosky Teensy LC kompatibilné s Arduino. Prechádzame páskou z DPS na škvrny od farby a potom sa ľudia dotýkajú farby. To umožňuje všetky druhy zábavných šablón, nástenných klavírov alebo interaktívnych umeleckých projektov.

Obvodný písač

Tento vodivý atrament funguje rovnako ako strieborné gélové pero, len na papieri zanecháva extrémne vodivé stopy. Hornou stránkou tohto atramentu je, že stopy sú veľmi vodivé a funguje ako skutočné pero. Tienisté stránky sú v tom, že perá sú drahé, majú tendenciu schnúť a svoje diely musíte nejakým spôsobom upnúť na papier, aby ste vytvorili pevné spojenie.

Pôvodne sme nechali vymyslieť niekoľko vlastných magnetov, ktoré prešli našimi dierami LEGO. Naše GitHub Repo je plné starších častí, ktoré sú označené ako „kompatibilné s magnetom“. Konečným výsledkom bol zásah alebo omyl a uvedomili sme si, že sme akosi vyrobili zlé verzie elektronických súčiastok, ktoré už Circuit Scribe vyrobil. Jediným prínosom bolo vytvorenie väčších projektov založených na Arduine, pretože Circuit Scribe nevyrába žiadne dosky Arduino, ale umiestnenie príliš veľkého počtu magnetov blízko seba spôsobilo vlastné problémy.

Tiež sme si uvedomili, že všetko, čo robíme s týmto atramentom, môžeme robiť s vodivou páskou oveľa lepšie.

Squishy Circuits Cough - AKA vodivé cesto

Vždy som to považoval za vynikajúci učebný nástroj na vyučovanie základnej elektroniky s mladšími študentmi. Hornou stránkou cesta je, že je veľmi zábavná, najmä pri vykrajovároch. Temnejšou stránkou veci je, že schne (ako každé cesto) a je tiež veľmi odolná.

Cesto zvyčajne používame rovnako ako Bare Conductive Paint, ako dotykový bod pre kapacitné dotykové projekty. Dodáva mixu zábavný prvok. Navyše, ak vyrobíte skutočne veľký plochý kus cesta, vaše telo zareaguje obvodom skôr, ako sa ho dotknete. Niekedy až na palec ďaleko. Je vždy zábavné sledovať, ako sa ľudia pokúšajú zistiť, prečo sa to deje.

Krok 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit a bezdrôtové dosky

Rýchly pohľad na naše GitHub Repo a uvidíte, že máme veľa veľkých dosiek plošných spojov navrhnutých tak, aby spolupracovali s mnohými populárnymi mikrořadičmi. Jednou z našich hlavných sťažností na veľa stavebných systémov bolo/ je, že nútia ľudí používať vhodný programovací systém alebo vám umožňujú používať iba jednu platformu. Keďže hardvér a softvér sa neustále vyvíjajú, zdalo sa divné zamknúť ľudí alebo ich nechať vyhodiť súčiastky po niekoľkých rokoch.

Najzrejmejšia voľba začať s Arduino Nano (z ktorého sa stala naša rada pre robotiku) kvôli malým rozmerom a cenovému bodu. To bolo perfektné pre širokú škálu programovacích projektov, ako sú svetelné efekty alebo sústruženie serv. Rozhodli sme sa tiež vyrobiť verziu, ktorá je bohatšia na funkcie a ktorá používa Teensy LC, hlavne pre kapacitné dotykové schopnosti. Teensy LC (Invention Board) má tiež niekoľko pekných funkcií emulácie klávesnice a rýchlo sme pomocou neho vytvorili niekoľko zábavných herných ovládačov. Minulý rok sme dokonca vyrobili obrovský ovládač LEGO NES a zverejnili sme ho na Instructables.

Programovanie je zábavné, ale nie každý chce prejsť ťažkosťami. Zostavili sme dosku navrhnutú okolo predprogramovaného čipu ATtiny85, ktorá jednoducho vydáva žmurknutia a slabne. Naša produkčná verzia používa diely SMT, v našom Repo však nájdete verziu s priechodným otvorom. Hodia sa pri menších projektoch, ako je škaredá vianočná košeľa alebo nejaké trblietavé hviezdy.

Jedna vec, ktorú sme zanedbali, je vyleštiť naše dosky Raspberry Pi Zero a Micro: Bit. Vo všeobecnosti sa nám páči Micro: Bit a komunita, ktorá okolo neho vznikla. Pokiaľ ide o našu dosku Raspberry Pi Zero … doslova nemáme predstavu, čo s ňou robiť. Vážne, niekto s tým urobí niečo zaujímavé a my vám pošleme niektoré diely.

Tiež sme mali šialený nápad pokúsiť sa dať dohromady niekoľko bezdrôtových projektov. Spolu sme dosky pre dosku Particle Photon Board, pár dosiek Adafruit Feather Board a spoločnú dosku NodeMCU. Vychádzali sme z rovnakého základného dizajnu ako naša Nano PCB s radom kolíkových konektorov na zadnej strane.

Krok 8: Plány do budúcnosti?

V súčasnej dobe sme v polovici tretieho výrobného cyklu dielov, pričom väčšina nášho predaja smeruje do škôl, knižníc a Maker Spaces. Od používateľov všetkých vekových skupín sme dostali veľa solídnej spätnej väzby, ktorá nám pomohla navrhnúť lepšie diely.

Učivo

Jednou z najčastejších požiadaviek bolo osnovy pripravené pre triedu. Vytváranie projektov je jednoduché; zostaviť šesť týždňov zdrojov pre študentov a učiteľov je náročnejšie. Do konca marca uverejníme na našom webe prvé návrhy osnov, ktoré môže ktokoľvek použiť. Budeme mať dve stopy, jednu pre základné obvody a jednu pre základné programovanie. Oba budú sústredené okolo našich súčiastok Crazy Circuits, dajú sa však ľahko upraviť tak, aby sa používali mimo policových dielov.

Viac dielov výrobnej linky

Aktuálne prijímame žiadosti o nové diely. Tento proces je pomalý, ale chceme do našej zostavy pridať niekoľko nových kúskov na konci tohto roka. Našťastie sa nám podarí vyrobiť niekoľko potenciometrov a komponentov NeoPixel a začať ich pridávať do našich súprav. Mali sme to šťastie, že sme mali niekoľko nadšených fanúšikov, ktorí navrhli svoje vlastné komponenty a podelili sa o ne s nami, a dúfame, že v budúcnosti to urobí viac ľudí.

Záväzok k open source

Môže to znieť, ako keby sme porazili mŕtveho koňa, ale veľmi sa nám páči, aby boli naše komponenty Open Source. Naďalej budeme pridávať do našich projektových zdrojov, učebných osnov a návrhových súborov. Naozaj dúfame, že hluční aj pokročilí používatelia môžu začať vytvárať svoje vlastné časti alebo ich upravovať pre nové projekty.

Druhá cena v súťaži PCB