Crazy Circuits: система за обучение с електроника с отворен код: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

От BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow Още от автора:

Относно: Преди преподавах наука в средното училище, но сега управлявам свой собствен уебсайт за образователни науки. Прекарвам дните си в проектиране на нови проекти, които учениците и създателите да обединят. Повече за BrownDogGadgets »

Образователният и домашният пазар са наводнени с модулни системи за „обучение“на електрониката, предназначени да научат децата и възрастните на ключови концепции STEM и STEAM. Изглежда, че продукти като LittleBits или Snapcircuits доминират във всяко ръководство за подаръци за празници или родителски блог за образователни играчки. Тези системи обаче винаги идват с прикрепена тежка цена и мнозина се чувстват повече като играчки, отколкото инструменти за обучение.

Преди около три години започнахме да проектираме Crazy Circuits като евтина, многократно използвана, модулна, без запояване, забавна система, която може да се използва като истински инструмент за обучение. Искахме нещо, което родителите и учителите могат лесно да интегрират с комплекти, които вече са имали, или евтини от компонентите на рафта. Нещо, което да се наслади както на общността на създателите, така и на обикновения възрастен.

В крайна сметка Crazy Circuits беше всичко, на което се надявахме и повече. Системата работи безупречно с всяка среда, базирана на LEGO, може лесно да се използва с проводима нишка за шиене и лесно да се мащабира от прости схеми нагоре чрез основно програмиране. О, и беше забавно да се използва, което направи живота ни по -лесен.

В тази статия ще ви покажем как сме проектирали компонентите на Crazy Circuits, нашата учебна програма, как можете да създавате и проектирате свои собствени части и начините, по които Crazy Circuits работи с други системи.

Пълно разкриване: Ние продаваме части и комплекти на Crazy Circuits, но можете лесно да използвате нашите файлове с отворен код, за да създадете свои собствени дъски или да проектирате свои собствени части. Можете да използвате тази система за всякакви неща и никога да не ни изпращате нито стотинка.

Give Aways: Опитваме нещо ново през 2019 г. Ние раздаваме безплатни части и комплекти на хора (само за жители на САЩ), които ни следват в инструкции, facebook, instagram и youtube. Най -вероятно ще раздадем няколко пълни комплекта, готови части и празни печатни платки. Просто следвайте или се абонирайте и ще започнем да раздаваме неща.

Стъпка 1: Философия зад лудите схеми

Когато бях учител, бях наистина раздразнен, че не мога да си позволя фантастични електронни системи за класната си стая, въпреки че всяка преподавателска конференция или приставка, на която присъствах, непрекъснато ги препоръчвах. Просто нямах бюджет за комплект от 100 долара, който се предлагаше с пет части и в най -добрия случай би задържал трима ученици за пет минути. В крайна сметка направих това, което правят повечето учители по природни науки и току -що купих евтини сурови части от eBay и Amazon, но това изискваше от мен да правя много нови планове за уроци и проектиране на дейности. Открих също, че по -малките ми ученици изпитваха трудности да увиват главата си около дъските.

В крайна сметка успях да получа малко финансиране, за да купя някои комплекти LittleBits за използване с моя научен клуб след училище. Те бяха забавни за използване (и честно казано, добре съставена система), но когато помолих учениците от средното си образование да обяснят как работят, получих любимия си отговор на годината „Не знам, магнити?“. Това бяха деца, които бяха изграждали сложни схеми седмици по -рано, но LittleBits излезе като играчка повече от всичко друго.

Когато започнахме мозъчна атака на модулна система, искахме да сме сигурни, че учениците са наясно как взаимодействат частите и след това са в състояние да направят паралели с общите части. Знаехме също, че се нуждаем от нещо подобно на макет, но все пак по -лесно да си увием главите, отколкото от истински макет. Трябваше също да го направим забавно и ангажиращо.

Предизвикателството е прието!

Стъпка 2: Защо LEGO?

"loading =" мързелив"

Накрая трябваше да измислим как да свържем всичко заедно. Веднага решихме, че мразим идеята за проводници и алигаторни щипки; отнемаше простотата на всичко. Харесваше ни използването на проводима лента, но лентата от медно фолио беше невъзможна за използване. Можем да свалим лентата, но тя няма да се върне отново. Дори се опитахме да използваме проводима нишка, но това се оказа невъзможно да се контролира. След много часове по Skype с фабрика за ленти в Китай, ние произведохме персонализирана найлонова проводима лента (Maker Tape), която беше достатъчно здрава, за да се отлепи отново, но достатъчно евтина, за да бъде конкурентна на обикновената лента от медно фолио.

Благодарение на факта, че имахме много тестови печатни платки с отвори с различен размер, седнали в нашата работилница, бързо успяхме да намерим разстояния по размер, които ни позволиха да направим налягане подходящо с помощта на найлонова проводима лента. По този начин учениците трябваше да завършат лентата си на определено място: те действително трябваше да отделят време и да проектират схемата си. Този аспект ни позволи да превърнем Crazy Circuits в инструмент за обучение, а не просто в играчка.

Използването на 1/8 инчова лента също имаше странното странично предимство, тъй като позволяваше двуслойни вериги. Обикновено щяхме да поставим лентата върху върха на шиповете на LEGO, но 1/8 -инчовата лента също работи перфектно, за да премине и МЕЖДУ шиповете на LEGO. Хората могат да правят всякакви сложни схеми, използвайки лента на LEGO. (Макар и малко неудобно. Ако не друго, това позволи на учениците да „прескочат“съществуваща линия само с малко усилия.)

Основна примерна схема може да използва превключвател, държач на батерията и светодиод. За всички наши части използвахме скрининг от бяла коприна, за да обозначим GND (отрицателните) полюси и цветната страна, за да обозначим положителните полюси. Горното видео показва как правя проста схема. Поставете лента, притискайте частите, добавете мощност.

Стъпка 5: Проводима нишка

По време на тестването открихме, че проводимата нишка работи много добре с нашите части. Оказва се, че големите медни плакирани дупки правят провеждащото шиене много лесно. Някои от нашите тестери предпочитат да шият с нашите части, вместо да ги използват с LEGO.

Ако никога преди не сте използвали проводима нишка, трябва да опитате! Обикновено това е стоманена/ найлонова нишка, която провежда доста добре. Ръчното шиене с него е доста лесно и шиенето на части не е по -трудно от това да се зашие копче. Дори сме стигнали дотам, че правим сложни интерактивни ризи, използвайки Arduino. Хубавото при проводящото шиене е, че ако наистина мразите вашия проект, винаги можете да свалите частите и да ги използвате за нещо друго.

Нашата дейност „отиди до“за децата е да ги накараме да направят гривна с копчета, използваща LED, държач за батерия и набор от щраквания. Щрапките отиват в края на гривната и се използват за завършване на веригата. Събрахме хубав PDF за печат, ако някой иска да го използва за семинари или домашни дейности.

Стъпка 6: Проводими мастила и тесто

В началото бяхме мързеливи да накараме нашите части да работят с проводими мастила. Това работи само частично.

Голо проводимо мастило

Това проводимо мастило е доста подобно на подпухнала боя. Лесно е да се боядисва върху всяка повърхност, доста евтин и може да се мие с вода за лесно почистване. Недостатъкът е, че графитът не е много проводим и наистина действа като голям резистор повече от всичко. Нямахме проблеми при свързването му към Crazy Circuits Parts, тъй като можехме да оставим петна от мастило да изсъхнат върху печатните платки, но имахме проблеми с безопасното преместване на веригата.

Това, за което в крайна сметка го използвахме, беше капацитивна бойна „допирна точка“за нашите съвместими с Arduino Teensy LC платки. Пускаме лента от печатната платка до петна от боя и след това хората докосват боята. Това позволява всякакви забавни шаблони, стено пиана или интерактивни художествени проекти.

Circuit Scribe

Това проводимо мастило работи точно като сребърна гел химикалка, само че оставя след себе си изключително проводими следи върху хартия. Обратната страна на това мастило е, че следите са изключително проводими и действа като истинска химикалка. Недостатъците са, че химикалките са скъпи, склонни са да изсъхнат и трябва по някакъв начин да стегнете частите си до хартията, за да направите стабилна връзка.

Първоначално бяхме изработили някои персонализирани магнити, които се вписват в нашите LEGO отвори. Нашето GitHub Repo е пълно с наследствени части, които са етикетирани като „съвместими с магнит“. Крайният резултат беше попаднал или пропуснат и осъзнахме, че просто направихме лоши версии на електронни части, които Circuit Scribe вече са направили. Единственото предимство беше за създаването на по -големи проекти, базирани на Arduino, тъй като Circuit Scribe не произвежда никакви платки Arduino, но поставянето на твърде много магнити в близост в крайна сметка създаде свои собствени проблеми.

Разбрахме също, че всичко, което правим с това мастило, можем да направим с проводяща лента много по -добре.

Squishy Circuits Dough - AKA Проводимо тесто

Винаги съм намирал това за отличен инструмент за обучение за преподаване на основна електроника с по -малките ученици. Предимството на тестото е, че е изключително забавно, особено с формички за бисквитки. Недостатъкът е, че изсъхва (като всяко тесто) и също така е силно съпротивляващ.

Склонни сме да използваме тестото по същия начин, по който използваме Bare Conductive Paint, като точка за допир за капацитивни проекти с докосване. Той добавя забавен елемент към микса. Освен това, ако направите наистина голямо плоско парче тесто, тялото ви ще реагира с веригата, ПРЕДИ да я докоснете. Понякога на разстояние до един инч. Винаги е забавно да гледате как хората се опитват да разберат защо се случва.

Стъпка 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit и безжични платки

Един бърз поглед към нашето GitHub Repo и ще видите, че имаме много големи печатни платки, предназначени да работят с редица популярни микроконтролери. Едно от основните ни оплаквания относно много строителна система беше/ е, че те привличат хората да използват система за програмиране на собственост или ви позволяват да използвате само една платформа. С непрекъснато развиващия се хардуер и софтуер изглеждаше странно да се заключват хората или да се накарат да изхвърлят части след няколко години.

Най -очевидният избор да започнете с Arduino Nano (който стана нашият съвет по роботика) поради малкия размер и цената. Това беше идеално за широк спектър от програмируеми проекти, като светлинни ефекти или завъртане на серво. Решихме да създадем и по -богата на функции версия, използваща Teensy LC, главно за капацитивните възможности за докосване. Teensy LC (Invention Board) също има някои хубави функции за емулация на клавиатура и бързо създадохме някои забавни контролери за игри, които го използват. Миналата година дори направихме гигантски LEGO NES контролер и го публикувахме на Instructables.

Програмирането е забавно, но не всеки иска да премине през проблемите. Събрахме дъска, проектирана около предварително програмиран чип ATtiny85, който просто изгасва и мига. Нашата производствена версия използва SMT части, но в нашето Repo ще намерите версия с проходни отвори. Те са полезни за по -малки проекти като грозна коледна риза или някои блещукащи звезди.

Едно нещо, което пропуснахме да направим, е да излъскаме нашите Raspberry Pi Zero и Micro: Bit дъски. Като цяло харесваме Micro: Bit и общността, която се е появила около него. Що се отнася до нашата платка Raspberry Pi Zero … ние буквално нямаме представа какво да правим с нея. Сериозно, някой да направи нещо интересно с него и ние ще ви изпратим някои части.

Имахме и шантавата идея да се опитаме да съберем някои безжични проекти. Ние, но заедно платки за борда за частици Photon, няколко Adafruit пера пера, и общата NodeMCU борда. Базирахме ги на същия основен дизайн като нашата Nano PCB с ред щифтове на задната страна.

Стъпка 8: Бъдещи планове?

В момента сме в средата на трети производствен цикъл на части, като повечето от продажбите ни отиват в училища, библиотеки и Maker Spaces. Получихме много солидни отзиви от потребители от всички възрасти, които ни помогнаха да проектираме по -добри части.

учебна програма

Едно от най-често срещаните искания е за готови учебни програми. Съставянето на проекти е просто; заделянето на шест седмици ресурси за ученици и учители е по -трудно. До края на март ще публикуваме първите си проекти на учебни програми на нашия уебсайт, безплатни за използване от всеки. Ще имаме две песни, една за основна схема и една за основно програмиране. И двете ще бъдат съсредоточени около нашите части Crazy Circuits, но могат лесно да бъдат модифицирани, за да се използват извън частите на рафта.

Още части от производствената линия

В момента приемаме заявки за нови части. Процесът е бавен, но искаме да добавим няколко нови парчета към нашата гама за по -късно тази година. Надяваме се, че ще успеем да произведем някои потенциометри и NeoPixel компоненти и да започнем да ги добавяме към нашите комплекти. Имахме късмета да имаме ентусиазирани фенове, които са създали свои собствени компоненти и са ги споделили с нас и се надяваме в бъдеще повече хора.

Ангажимент към отворен код

Може да звучи така, сякаш бием мъртъв кон, но много ни харесва компонентите ни да са с отворен код. Ще продължим да добавяме към ресурсите на проекта, учебната програма и файловете за дизайн. Наистина се надяваме, че и нойсърските, и напредналите потребители могат да започнат да създават свои собствени части или да ги променят за нови проекти.

Втора награда в конкурса за печатни платки