Môže vám MakerBit pripomenúť, aby ste skontrolovali vodu pod vianočným stromčekom?: 7 krokov

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

Čerstvo narezaný strom je tradičnou sviatočnou ozdobou v mnohých domácnostiach. Je dôležité, aby ste ju zásobovali čerstvou vodou. Nebolo by pekné mať ozdobu, ktorá by vám mohla pripomenúť kontrolu vody pod stromom?

Tento projekt je súčasťou série, ktorá ukazuje, ako výpočtovo povolené zariadenia fungujú v našom každodennom živote. Pomocou MakerBit ukazuje, ako jednoduchý detektor hladiny vody môže indikovať nízky stav vody svetlami v ozdobe v tvare stromu. Kroky, ktoré sme vykonali, sú uvedené nižšie.

Upozornenie: Toto je iba ukážka konceptu. Tu zobrazená zostava nie je navrhnutá ani určená na to, aby zabránila vyschnutiu skutočného stromu. Predtým, ako sa rozhodnete, či použijete akýkoľvek snímač hladiny vody so skutočným stromom, mali by ste si prečítať nižšie uvedené bezpečnostné upozornenie, v kroku 6.

Krok 1: Zhromaždite komponenty

• MakerBit+R Rogera Wagnera
• mikro: bitový ovládač (Skutočný ovládač je súčasťou štartovacej sady MakerBit+R. Príslušenstvo k plastovému puzdru zobrazené na mikro: bite sa predáva samostatne. Tento odkaz napríklad zobrazuje jeden predávaný na Amazone.)
• Plochý kábel (súčasť balenia)
• 9-voltový konektor pre batériu (súčasť balenia)
• 9v batéria (je súčasťou dodávky, ale je tiež ľahko dostupná)
• Vodný senzor (Náš bol dodaný v súprave Elegoo 37-Sensors. K dispozícii samostatne online.)
• 3 prepojovacie vodiče s vnútornými kontaktmi na oboch koncoch. (v cene)
• Niektoré diódy LED (súčasťou dodávky; zobrazené na ďalších fotografiách nižšie)

Krok 2: Pripojte všetko

A. Pripojenia MakerBit

Vložte mikro: bit do MakerBit. Na programovanie budete potrebovať kábel USB, ktorý je súčasťou balenia, na pripojenie k počítaču. Potom, čo ho naprogramujete, môžete zariadenie prevádzkovať iba s 9-voltovou batériou.

Zapojte zmiešaný plochý kábel LED do konektora čiernej zásuvky pre diódy LED 11-16. 3-zásuvkový konektor troch prepojovacích káblov zapojte do čierneho, červeného a bieleho stĺpika v záhlaví kolíka v rade označenom A0. Čierna je pre GND (uzemnenie), červená pre +5v a biela pre „signál“, čo bude analógový kolík 0).

Ešte nie je čas pripojiť batériu, ale druhá fotografia ukazuje, kam pôjde.

B. Pripojte snímač vlhkosti

Ostatné konce vodičov musia ísť na tri kolíky senzora špecifickým spôsobom, ako je to znázornené na tretej fotografii. Pripojte kolík označený „S“k bielemu stĺpiku na zariadení MakerBit. Pripojte kolík „+“k červenému stĺpiku. Nakoniec pripojte kolík „ -“k čiernemu stĺpiku. Na udržanie dobrého poriadku sme použili drôty rovnakej farby ako stĺpiky.

C. Vložte diódy LED do plochého kábla

Používame 4 svetlá: jedno červené, jedno žlté a dve zelené. Všimnite si, že každá LED dióda má dva kolíky. Jeden kolík je kratší ako druhý. Dávajte pozor na krátky kolík. Vchádza do konektora na strane s malým trojuholníkom.

Kód v tomto projekte používa štyri konektory v strede kábla, konektory pre kolíky 11, 12, 13 a 14. Preskúmajte štítky pri čiernej zásuvke na zariadení MakerBit a zistite, ktorý pár pinov je súčasťou každého čísla kolíka.. Potom si preštudujte kábel a zistite, ako drôty súvisia s kolíkmi. Tip: čiernobiely pár sa pripája na pin 12. Fotografie ukazujú, ktoré vodiče použiť.

Piata fotka ukazuje všetko zapojené a pripravené.

Krok 3: Pochopte plán

Vodný senzor v tomto projekte má sieť elektrických kontaktov, ktoré sú všetky navzájom len mierne vzdialené. Keď je suchý, je to ako otvorený vypínač. Keď je mokrá, voda vedie medzi kontaktmi elektrický prúd. Čím hlbšie sa dostane, tým viac kontaktov zvlhne a je schopných viesť elektrický prúd. Týmto spôsobom môže senzor indikovať hladinu vody ako odpor voči toku elektriny, ktorý sa zvyšuje alebo znižuje so zmenou hĺbky. Na senzore je niekoľko jednoduchých dodatočných obvodov, ktoré zosilňujú citlivosť detektora na vlhkosť a hlásia množstvo vlhkosti na analógový kolík mikro: bitu (prostredníctvom MakerBit) ako číslo.

Nula znamená, že snímač je suchý, to znamená, že má najväčší odpor. Číslo vyššie ako nula znamená, že senzor detekuje vodu. Čím je voda hlbšia, tým je číslo väčšie. Keď sa číslo zvyšuje, zapíname svetlá a pri znižovaní počtu zhasíname.

Naše testy ukázali, že čítanie senzora sa zvyšuje a znižuje podľa očakávania v reakcii na zmeny hladiny vody. Citlivejšia sa stáva, keď voda klesne nízko a veľmi jasne ukazuje, kedy je suchá. To poskytuje dostatok informácií na vytvorenie všeobecnej predstavy o situácii vo vode. Pri presnom meraní hladiny hlbokej vody by sme sa nespoliehali. Našťastie pre naše účely nepotrebujeme poznať presnú hĺbku.

Jednoduchý displej so štyrmi LED diódami nám napovie, kedy môže strom potrebovať viac vody. Ten náš má na spodnej časti červenú LED diódu, potom žltú, na vrchu sú dve zelené. Plán je zapnúť a vypnúť tieto svetlá, keď hladina vody pod stromom stúpa a klesá. Zelená znamená, že je prítomná voda. Žltá naznačuje nízky stav vody. Červená znamená suchá.

Krok 4: Zostavte displej

Táto časť je ponechaná na vašu predstavivosť. Ukážeme, čo sme urobili. Môžete použiť staré blahoželanie alebo čokoľvek.

Vyrežte malý strom a urobte diery tak, aby držali štyri LED diódy. Zatlačte diódu LED zozadu cez ozdobu, ale nie úplne, len po okraj na spodnej časti diódy LED. LED diódy držte na mieste pomocou trochy pásky na zadnej strane. V tomto odkaze nájdete užitočné informácie o inštalácii diód LED.

Krok 5: Kód

Online editor bloku v štýle bloku MakeCode na tento projekt funguje veľmi dobre. Na obrázku je snímka obrazovky kódu.

Editor môžete otvoriť v okne prehliadača s už načítaným kódom pripraveným na úpravu pomocou tohto odkazu: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Čo robí kód?

V časti Štart hovorí mikro: bitom, aby nepoužívali vstavaný LED displej. Táto inštrukcia uvoľňuje digitálne piny, ktoré môžeme použiť v našom projekte. Potom rozsvieti červenú LED (kolík 11) a ostatné tri diódy LED vypne.

V časti Forever číta číselnú hodnotu pochádzajúcu zo senzora na kolíku 0. Potom séria blokov „If … Then“porovná túto hodnotu s (trochu ľubovoľnými) konštantami, ktoré sme experimentálne určili ponorením senzora do a von z vody. Nebojte sa experimentovať ďalej s rôznymi hodnotami týchto konštánt.

Keď sa hodnota senzora zvýši, program zapne viac LED diód. Keď je hodnota menšia, vypne sa.

Je dobrou kódovacou praxou zahrnúť blok pauzy do navždy cyklu. Pauza umožňuje mikro: bitu príležitosť krátkodobo pracovať na iných veciach. Tento kód sa pozastaví na 1 000 milisekúnd, čo je jedna sekunda, čo znamená, že kontrolujeme hladinu vody 60 -krát za minútu.

Na úpravu kódu použite editor MakeCode a potom ho nahrajte na server MakerBit. Tento odkaz sa pripája k oficiálnemu sprievodcovi, ako to urobiť.

Krok 6: Overte si to !!

Pripojte batériu k MakerBit a vložte senzor do vody. Dávajte pozor, aby ste do vody vložili iba koniec s kovovými prúžkami. Elektronické súčiastky udržujte suché na konci, kde sa spájajú vodiče.

PREČÍTAJTE SI BEZPEČNOSTNÉ UPOZORNENIE: Suchý strom predstavuje nebezpečenstvo požiaru. Môže zapáliť a spáliť váš dom. Pri rozhodovaní, kedy váš strom potrebuje vodu, by ste sa nemali spoliehať iba na snímač hladiny vody. Zostava popísaná v tomto článku slúži len na ilustračné účely a má ukázať, ako môžu senzory hladiny vody fungovať pri každodennom používaní. Zariadenia, ako je toto, však nemôžu strom chrániť pred vyschnutím. Stále budete musieť svoj strom vizuálne skontrolovať a mať vždy bezpečnú vyhliadku, aby ste sa uistili, že váš strom má potrebnú vodu.

Umiestnite snímač do nádrže pod strom a nastavte displej tak, aby ste ho mohli vidieť. Keď strom pravidelne kontrolujete, všimnite si, ako sa diódy LED menia so zmenou hladiny vody. Tieto informácie vám môžu pomôcť naučiť sa, ako senzory fungujú, a môžu vám pripomenúť, aby ste skontrolovali vodu pod stromom.

Krok 7: Pre pedagógov: výzvy STEAM a navrhované štandardy

PARNÉ VÝZVY

Výzva výrobcu: Predĺžte káble k displeju, aby ste ich mohli skutočne zavesiť vyššie na skutočný strom.

Problém s nástrojom: zoznámte sa so svojim nástrojom MakerBit! LED diódy môžete pripojiť k akémukoľvek digitálnemu kolíku MakeBit pomocou zásuviek a kábla pripojeného ku konektoru black boxu v programe MakerBit. Tento príklad používal čísla 11 až 14. Môžete zmeniť nastavenie a kódovanie tak, aby používali rôzne piny, napríklad čísla 5 až 8?

Vedecká výzva: Preskúmajte správanie senzora. Vykonajte nasledujúce experimenty.

1. Senzor dôkladne osušte a potom ho vložte do vody v odmeraných krokoch, napríklad po jednom milimetri. Zaznamenajte si hĺbku, v ktorej sa každé svetlo zapne.
2. Senzor opäť dôkladne vysušte. Potom ho ponorte do vody až k hornej časti kovových prúžkov. Odoberajte ho v odmeraných krokoch, napríklad po jednom milimetri. Zaznamenajte si hĺbku, v ktorej sa každé svetlo vypne.
3. Posúďte údaje, ktoré ste zhromaždili. Reagujú svetlá na rovnakú hladinu vody v oboch smeroch? Ak sa čísla nezhodujú, vytvorte si zoznam možných vysvetlení správania, ktoré pozorujete.

Matematická výzva: Vypočítajte počet milisekúnd, ktoré by ste potrebovali vložiť do bloku pozastavenia, aby ste mohli kontrolovať vodu iba raz za minútu alebo raz za hodinu.

Technická výzva: Zamyslite sa nad rôznymi spôsobmi, akými by bolo možné toto zariadenie používať. Záleží na rozdiele v údajoch vyplývajúcich zo smeru ponorenia pri skutočnej aplikácii tohto zariadenia? Prečo áno alebo prečo nie?

Technická výzva: okrúhla zástrčka na zariadení MakerBit vám umožňuje pripojiť zdroj jednosmerného prúdu od šiestich do dvanástich voltov. Malá deväťvoltová batéria nemusí trvať dlho. Aký iný zdroj energie by ste mohli pripojiť, aby snímač vody fungoval nepretržite?

Problém s kódovaním: Ako by ste zmenili kód, aby sa rozsvietila iba jedna dióda LED: zelená, žltá alebo červená v závislosti od hladiny vody? Ako sa zmení správanie pri zobrazení, ak zmeníte konštanty v kóde?

Výtvarná výzva: ozdobte ozdobu displeja alebo navrhnite niečo iné, čo vyzerá úplne inak! Testom dobrého dizajnu displeja je, aby boli informácie zrejmé.

NORMY

NGSS (Vedecké štandardy ďalšej generácie)

4-PS3-4. Aplikujte vedecké nápady na návrh, testovanie a zdokonalenie zariadenia, ktoré premieňa energiu z jednej formy na druhú.

ISTE

4a Študenti poznajú a používajú premyslený proces navrhovania na vytváranie myšlienok, testovanie teórií, vytváranie inovatívnych artefaktov alebo riešenie autentických problémov.

5b Študenti zbierajú údaje alebo identifikujú relevantné súbory údajov, používajú ich digitálne nástroje na analýzu a reprezentujú údaje rôznymi spôsobmi na uľahčenie riešenia problémov a rozhodovania.