Може ли MakerBit да ви напомни да проверите водата под коледното си дърво?: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Прясно отсеченото дърво е традиционна празнична украса в много домове. Важно е да го снабдявате с прясна вода. Не би ли било хубаво да имате украшение, което да ви напомни да проверите водата под дървото си?

Този проект е част от поредица, показваща как устройствата с възможност за изчисления работят в ежедневието ни. Той използва MakerBit, за да демонстрира как обикновен детектор за нивото на водата може да покаже ниско ниво на водата със светлини в орнамент във формата на дърво. Стъпките, които следвахме, са показани по -долу.

Внимание: Това е само демонстрация на концепция. Показаният тук монтаж не е проектиран или предназначен да предотврати изсъхването на истинско дърво. Преди да решите дали да използвате датчик за нивото на водата с истинско дърво, трябва да прочетете бележката за безопасност по-долу, в Стъпка 6.

Стъпка 1: Съберете компонентите

• MakerBit+R на Роджър Вагнер
• micro: битов контролер (Действителният контролер е включен в стартовия комплект MakerBit+R. Аксесоарът от пластмасов калъф, показан на micro: bit, се продава отделно. Например тази връзка показва такъв, продаван в Amazon.)
• Лентов кабел (включен в комплекта)
• 9-волтов конектор за батерията (включен)
• 9v батерия (включена, но също така лесно достъпна)
• Сензор за вода (Нашият идва в комплекта Elegoo 37-Sensors. Предлага се отделно онлайн.)
• 3 джъмперни проводника с женски контакти от двата края. (включени)
• Някои светодиоди (включени; показани на други снимки, по -долу)

Стъпка 2: Свържете всичко

А. Връзки на MakerBit

Натиснете micro: bit в MakerBit. Ще ви е необходим USB кабелът, който се доставя с него, за да се свържете с компютъра ви за програмиране. След като го програмирате, можете да стартирате устройството само с 9-волтова батерия.

Включете смесения LED лентов кабел в черния контакт на гнездото за светодиоди 11-16. Включете 3-гнездовия конектор на три джъмперни проводника към черните, червените и белите стойки на заглавката на щифтовете, на реда, обозначен с A0. Черното е за GND (маса), червеното за +5v и бялото за „сигнал“, което ще бъде аналогов извод 0).

Все още не е време да свържете батерията, но втората снимка показва къде ще отиде.

B. Свържете сензора за влага

Другите краища на проводниците трябва да отидат към трите щифта на сензора по определен начин, както е показано на третата снимка. Свържете щифта с надпис „S“към бялата колона на MakerBit. Свържете щифта „+“към червената стойка. Накрая свържете щифта „ -“към черния стълб. Използвахме проводници със същия цвят като стълбовете, за да поддържаме добър ред.

В. Поставете светодиодите в лентовия кабел

Използваме 4 лампи: една червена, една жълта, две зелени. Обърнете внимание, че всеки светодиод има два пина. Единият щифт е по -къс от другия. Обърнете внимание на късия щифт. Той влиза в конектора на страната, която има малкия триъгълник.

Кодът в този проект използва четири конектора в средата на кабела, тези за пинове 11, 12, 13 и 14. Разгледайте етикетите до черното гнездо на MakerBit, за да видите коя двойка пинове върви с всеки номер на пина. След това проучете кабела, за да видите как проводниците са свързани с щифтовете. Съвет: черно-бялата двойка се свързва към щифт 12. Снимките показват кои проводници да използвате.

Петата снимка показва всичко закачено и готово за работа.

Стъпка 3: Разберете плана

Сензорът за вода в този проект има мрежа от електрически контакти, които се държат малко по -далеч един от друг. Когато изсъхне, това е като отворен ключ. Когато е мокра, водата провежда електричество между контактите. Колкото по -дълбоко става, толкова повече контакти стават мокри и могат да провеждат електричество. По този начин сензорът може да покаже нивото на водата като съпротивление на потока електричество, което се увеличава или намалява с промяната на дълбочината. На сензора има някои прости допълнителни схеми, които усилват чувствителността на детектора към влага и докладват количеството на влагата към аналоговия щифт на micro: бита (чрез MakerBit) като число.

Нула означава, че сензорът е сух, тоест има най -голямо съпротивление. Число, по -голямо от нула, означава, че сензорът открива вода. Колкото по -дълбока е водата, толкова по -голям е броят. Включваме светлините с увеличаване на броя и ги изключваме с намаляване на броя.

Нашите тестове показаха, че показанията на сензора се увеличават и намаляват според очакванията в отговор на промените в нивото на водата. Той става по -чувствителен, когато водата падне ниско и много ясно показва кога е суха. Това предоставя достатъчно информация, за да формира обща представа за ситуацията с водите. Не бихме разчитали на този сензор за точно измерване на дълбоко водно ниво. За щастие, не е нужно да знаем точната дълбочина за нашите цели.

Един прост дисплей с четири светодиода може да ни каже кога дървото може да се нуждае от повече вода. Нашият има червен светодиод в основата, след това жълт, отгоре с два зелени. Планът е да включвате и изключвате тези светлини, докато нивото на водата под дървото върви нагоре и надолу. Зеленото показва, че има вода. Жълтото предполага ниска вода. Червеното означава сухо.

Стъпка 4: Изградете дисплея

Тази част е оставена на вашето въображение. Ще покажем какво направихме. Можете да използвате стара поздравителна картичка или почти всичко.

Изрежете малко дърво и пробийте дупки, за да държите четирите светодиода. Натиснете светодиода иззад орнамента, но не докрай, само до ръба на основата на светодиода. Задръжте светодиодите на място с малко лента на гърба. Вижте тази връзка за полезни подробности как да инсталирате светодиоди.

Стъпка 5: Кодът

Онлайн редакторът в стил блок на MakeCode работи много добре за този проект. Снимката показва екранна снимка на кода.

Можете да отворите редактора в прозорец на браузъра, с кода, който вече е зареден, готов за редактиране, като използвате тази връзка: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Какво прави кодът?

В раздела Старт той казва на micro: bit да не използва вградения си LED дисплей. Тази инструкция освобождава цифровите щифтове, които да използваме в нашия проект. След това включва червения светодиод (щифт 11), докато изключва останалите три светодиода.

В раздела Forever той чете цифровата стойност, идваща от сензора на щифт 0. След това поредица от блокове „Ако … Тогава“сравнява тази стойност с (донякъде произволни) константи, които сме определили експериментално чрез потапяне на сензора във и извън водата. Чувствайте се свободни да експериментирате допълнително с различни стойности за тези константи.

С увеличаване на стойността на сензора програмата включва повече от светодиодите. Тъй като стойността намалява, тя ги изключва.

Добра практика на кодиране е да включите пауза блок във цикъл завинаги. Паузата позволява на micro: bit възможност да работи върху други неща за кратко време. Този код прави пауза за 1 000 милисекунди, равна на една секунда, което означава, че проверяваме нивото на водата 60 пъти в минута.

Използвайте редактора MakeCode, за да компилирате кода, след което го качете в MakerBit. Тази връзка се свързва с официалното ръководство за това как да направите това.

Стъпка 6: Проверете !

Свържете батерията към MakerBit и поставете сензора в малко вода. Внимавайте да поставите само края с металните ленти във водата. Дръжте електронните компоненти сухи в края, където проводниците се свързват.

ПРОЧЕТЕТЕ ТОВА БЕЛЕЖКА ЗА БЕЗОПАСНОСТ: Сухото дърво представлява опасност от пожар. Може да се запали и да изгори къщата ви. Не трябва да разчитате единствено на датчик за нивото на водата, за да решите кога дървото ви се нуждае от вода. Описаният в тази статия монтаж е само с илюстративна цел, предназначен да покаже как сензорите за нивото на водата могат да функционират при ежедневна употреба. Устройства като това обаче не могат да предпазят дървото от изсъхване. Все пак ще трябва да проверите визуално дървото си и да поддържате безопасно наблюдение по всяко време, за да сте сигурни, че дървото ви има необходимата вода.

Поставете сензора в резервоара под дървото си и настройте дисплея там, където можете да го видите. Когато редовно проверявате дървото си, забележете как светодиодите се променят с промяната на нивото на водата. Информацията може да ви помогне да научите как работят сензорите и може да ви напомни да проверите водата под дървото си.

Стъпка 7: За преподаватели: Предизвикателства и препоръчани стандарти на STEAM

ПАРНИ ПРЕДИЗВИКАТЕЛСТВА

Предизвикателство за създателя: удължете проводниците към дисплея, така че всъщност можете да го окачите по -високо в истинско дърво.

Предизвикателство с инструмента: опознайте своя MakerBit! Можете да свържете светодиоди към всеки от цифровите щифтове на MakeBit, като използвате гнездата и кабела, прикрепен към конектора за черна кутия на MakerBit. Този пример използва номера от 11 до 14. Можете ли да промените настройката и кодирането, за да използвате различни щифтове, да речем, числа от 5 до 8?

Научно предизвикателство: Проучете поведението на сензора. Направете следните експерименти.

1. Изсушете добре сензора, след това го поставете във вода на измерени стъпки, например един милиметър наведнъж. Запишете дълбочината, на която се включва всяка светлина.
2. Изсушете отново добре сензора. След това го потопете във вода почти до върха на металните ивици. Изтеглете го на измерени стъпки, като един милиметър наведнъж. Запишете дълбочината, на която всяка светлина се изключва.
3. Оценете събраните от вас данни. Светлините реагират ли на едно и също ниво на водата в двете посоки? Ако числата не съвпадат, направете списък с възможни обяснения за поведението, което наблюдавате.

Математическо предизвикателство: Изчислете броя милисекунди, които ще трябва да поставите в блока за пауза, за да проверите водата само веднъж на минута или веднъж на час.

Инженерно предизвикателство: Помислете за различните начини, по които това устройство може да се използва. Ще има ли разлика в показанията в резултат на посоката на потапяне в действителното приложение на това устройство? Защо или защо не?

Техническо предизвикателство: кръглият щепсел на MakerBit ви позволява да свържете източник на постоянен ток от шест до дванадесет волта. Малката деветволтова батерия може да не издържи дълго. Какъв друг източник на захранване бихте могли да свържете, за да поддържате сензора за вода да работи непрекъснато?

Предизвикателство за кодиране: как бихте променили кода, така че да светне само един светодиод: зелен, жълт или червен в зависимост от нивото на водата? Как се променя поведението на дисплея, ако промените константите в кода?

Изкуство предизвикателство: украсете украсата на дисплея или проектирайте нещо друго, което изглежда напълно различно! Тестът за добър дизайн на дисплея е, че прави информацията очевидна.

СТАНДАРТИ

NGSS (Научни стандарти от следващо поколение)

4-PS3-4. Приложете научни идеи за проектиране, тестване и усъвършенстване на устройство, което преобразува енергия от една форма в друга.

ISTE

4a Учениците познават и използват умишлен процес на проектиране за генериране на идеи, тестване на теории, създаване на иновативни артефакти или решаване на автентични проблеми.

5б Учениците събират данни или идентифицират съответните набори от данни, използват цифрови инструменти, за да ги анализират и представят данните по различни начини, за да улеснят решаването на проблеми и вземането на решения.