Litar Gila: Sistem Pembelajaran Elektronik Sumber Terbuka: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Oleh BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow More oleh pengarang:

Tentang: Saya pernah mengajar sains sekolah menengah, tetapi sekarang saya menjalankan laman web sains pendidikan dalam talian saya sendiri. Saya menghabiskan masa saya merancang projek baru untuk disusun oleh pelajar dan Pembuat. Lebih Lanjut Mengenai BrownDogGadgets »

Pasaran pendidikan dan rumah dibanjiri sistem 'pembelajaran' elektronik modular yang direka untuk mengajar konsep STEM dan STEAM kanak-kanak dan orang dewasa. Produk seperti LittleBits atau Snapcircuits nampaknya mendominasi setiap panduan hadiah percutian atau blog induk untuk mainan pendidikan. Walau bagaimanapun, sistem ini selalu disertakan dengan tanda harga yang besar dan banyak yang merasa seperti mainan daripada alat pembelajaran.

Kira-kira tiga tahun yang lalu kami mula merancang Crazy Circuits sebagai sistem murah, dapat digunakan semula, modular, tidak disolder, menyenangkan, yang dapat digunakan sebagai alat pembelajaran yang sebenarnya. Kami mahukan sesuatu yang dapat digabungkan oleh ibu bapa dan guru dengan kit yang sudah mereka miliki atau komponen rak yang murah. Sesuatu yang dapat dinikmati oleh Komuniti Pembuat dan juga orang dewasa biasa.

Pada akhirnya Crazy Circuits adalah segala yang kami harapkan dan banyak lagi. Sistem ini berfungsi dengan sempurna dengan lingkungan berdasarkan LEGO, dapat dengan mudah digunakan dengan benang konduktif untuk menjahit, dan mudah ditingkatkan dari litar sederhana hingga melalui pengaturcaraan asas. Oh, dan senang digunakan juga yang menjadikan semua kehidupan kita lebih mudah.

Dalam penulisan ini, kami akan menunjukkan kepada anda bagaimana kami merancang komponen Crazy Circuits, kurikulum kami, bagaimana anda boleh membuat dan merancang bahagian anda sendiri, dan cara Crazy Circuits berfungsi dengan sistem lain.

Pendedahan penuh: Kami menjual bahagian dan kit Crazy Circuits, namun anda boleh menggunakan fail Sumber Terbuka kami dengan mudah untuk membuat papan anda sendiri atau merancang bahagian anda sendiri. Anda boleh menggunakan sistem ini untuk semua jenis perkara dan tidak pernah menghantar satu sen pun kepada kami.

Give Aways: Kami mencuba sesuatu yang baru pada tahun 2019. Kami memberikan alat dan alat percuma kepada orang-orang (hanya penduduk AS) yang mengikuti kami di instruksional, facebook, instagram, dan youtube. Kemungkinan besar kita akan memberikan beberapa kit penuh, bahagian siap, dan PCB kosong. Cukup ikuti atau melanggan dan kami akan mula memberikan barang.

Langkah 1: Falsafah Di Sebalik Litar Gila

Semasa saya seorang guru, saya benar-benar kesal kerana saya tidak dapat membeli sistem elektronik yang mewah untuk kelas saya, walaupun setiap persidangan pengajaran atau perkhidmatan yang saya hadiri terus mengesyorkannya. Saya tidak mempunyai anggaran untuk kit $ 100 yang disertakan dengan lima bahagian dan yang terbaik akan membuat tiga pelajar sibuk selama lima minit. Saya akhirnya melakukan apa yang dilakukan oleh kebanyakan guru sains dan hanya membeli bahagian mentah yang murah di eBay dan Amazon tetapi ia memerlukan saya membuat banyak rancangan pengajaran dan reka bentuk aktiviti baru. Saya juga mendapati bahawa pelajar-pelajar saya yang lebih muda sukar menghadapi kepingan roti.

Saya akhirnya dapat dana untuk membeli beberapa kit LittleBits untuk digunakan dengan kelab sains selepas sekolah saya. Mereka senang digunakan (dan jujur, sistem yang disusun dengan baik), tetapi ketika saya meminta pelajar sekolah menengah saya untuk menjelaskan bagaimana mereka bekerja, saya mendapat jawapan kegemaran saya tahun ini "Saya tidak tahu, magnet?". Ini adalah kanak-kanak yang telah membina beberapa litar yang rumit beberapa minggu sebelumnya, namun LittleBits muncul sebagai lebih banyak mainan daripada yang lain.

Semasa kami memulakan sumbang saran sistem modular, kami ingin memastikan bahawa pelajar menyedari bahagian HOW berinteraksi dan kemudian dapat menarik keseimbangan dengan bahagian yang sama. Kami juga tahu bahawa kami memerlukan sesuatu yang serupa dengan papan roti, tetapi lebih mudah untuk membungkus kepala mereka daripada papan roti yang sebenarnya. Kami juga harus menjadikannya menyeronokkan dan menarik.

Cabaran diterima!

Langkah 2: Mengapa LEGO?

"memuat =" malas"

Terakhir kami harus memikirkan bagaimana menghubungkan semuanya bersama-sama. Kami segera memutuskan bahawa kami membenci idea wayar dan klip buaya; ia mengambil dari kesederhanaan segalanya. Kami suka menggunakan pita konduktif tetapi pita kerajang tembaga tidak mungkin digunakan. Kami boleh merakamnya tetapi tidak akan kembali lagi. Kami bahkan mencuba menggunakan benang konduktif tetapi itu terbukti mustahil untuk dikawal. Setelah berjam-jam di Skype dengan kilang pita di China, kami mengeluarkan beberapa Nylon Conductive Tape (Maker Tape) yang cukup kuat untuk mengupas kembali, tetapi cukup murah untuk bersaing dengan pita foil tembaga biasa.

Terima kasih kepada kenyataan bahawa kami mempunyai banyak PCB ujian dengan lubang berlainan saiz di bengkel kami, kami dapat dengan cepat menemui jarak ukuran yang memungkinkan kami membuat tekanan sesuai dengan menggunakan Nylon Conductive Tape. Dengan cara ini pelajar HARUS mengakhiri pita mereka di tempat tertentu: mereka sebenarnya perlu meluangkan masa dan merancang litar mereka. Aspek ini memungkinkan kita mengubah Crazy Circuits menjadi alat pembelajaran, bukan hanya mainan.

Menggunakan pita inci 1/8 juga mempunyai kelebihan sampingan yang pelik kerana membenarkan rangkaian dua lapisan. Biasanya kita meletakkan kaset di atas TOP kancing LEGO, tetapi pita 1/8 inci juga berfungsi dengan sempurna untuk juga ANTARA kancing LEGO. Orang boleh membuat semua jenis litar yang rumit menggunakan pita di LEGO. (Walaupun agak janggal. Sekiranya tidak ada yang lain, pelajar boleh 'melompat' garis yang ada hanya dengan sedikit usaha.)

Litar contoh asas mungkin menggunakan suis, pemegang bateri, dan LED. Untuk semua bahagian kami menggunakan penyaringan sutera putih untuk menentukan tiang GND (Negatif) dan sisi berwarna untuk menunjukkan tiang Positif. Video di atas menunjukkan saya membuat litar ringkas. Letakkan pita, tekanan sesuai pada bahagian, tambah daya.

Langkah 5: Benang Konduktif

Semasa ujian, kami mendapati bahawa benang konduktif berfungsi dengan baik pada bahagian kami. Ternyata lubang tembaga besar yang dilekatkan membuat jahitan konduktif sangat mudah. Sebilangan penguji kami lebih suka menjahit dengan bahagian kami daripada menggunakannya dengan LEGO.

Sekiranya anda tidak pernah menggunakan Benang Konduktif sebelum mencuba! Ini biasanya benang keluli / nilon yang berkelakuan cukup baik. Jahitan tangan dengannya cukup mudah, dan bahagian menjahit tidak lebih sukar daripada menjahit butang. Kami bahkan telah membuat baju interaktif yang rumit menggunakan Arduino. Bahagian yang baik mengenai jahitan konduktif adalah bahawa jika anda benar-benar membenci projek anda, anda selalu boleh menanggalkan bahagian dan menggunakannya untuk sesuatu yang lain.

Kegiatan 'pergi ke' kami untuk anak-anak adalah meminta mereka membuat gelang snap butang menggunakan LED, pemegang bateri, dan sekumpulan snap. Terkunci di hujung gelang dan digunakan untuk menyelesaikan litar. Kami mengumpulkan PDF yang boleh dicetak jika ada yang ingin menggunakannya untuk bengkel atau aktiviti rumah.

Langkah 6: Dakwat & Dough Konduktif

Pada mulanya kami sudah mati membuat bahagian kami berfungsi dengan dakwat konduktif. Ini hanya sebahagian berfungsi.

Dakwat Konduktif Bare

Tinta konduktif ini hampir sama dengan cat bengkak. Mudah dicat ke permukaan mana pun, cukup murah, dan boleh dicuci dengan air untuk memudahkan pembersihan. Kelemahannya adalah bahawa grafit tidak terlalu konduktif dan benar-benar bertindak seperti perintang besar lebih daripada apa-apa. Kami tidak mempunyai masalah untuk menyambungkannya ke Bahagian Gila Litar kerana kami mungkin gumpalan dakwat kering di atas PCB tetapi kami mempunyai masalah dengan menggerakkan kuasa di litar dengan selamat.

Apa yang akhirnya kami gunakan ialah "titik sentuh" cat kapasitif untuk papan Teensy LC yang serasi dengan Arduino. Kami menjalankan pita dari PCB ke gumpalan cat dan kemudian orang menyentuh cat. Ini membolehkan semua jenis stensil yang menyeronokkan, piano dinding, atau projek seni interaktif.

Jurutulis Litar

Tinta konduktif ini berfungsi seperti pen gel perak, hanya meninggalkan jejak yang sangat konduktif di atas kertas. Kelebihan dakwat ini adalah bahawa jejaknya sangat konduktif dan ia bertindak seperti pena sebenar. Kelemahannya ialah pena mahal, cenderung kering, dan anda harus mengikat bahagian anda ke kertas untuk membuat sambungan yang kukuh.

Pada mulanya kami mempunyai beberapa magnet khusus yang sesuai dengan lubang LEGO kami. GitHub Repo kami penuh dengan bahagian-bahagian lama yang berlabel "sesuai dengan magnet." Hasil akhirnya berjaya atau terlepas dan kami menyedari bahawa kami hanya membuat bahagian elektronik versi buruk yang sudah dibuat oleh Circuit Scribe. Satu-satunya keuntungan adalah membuat projek berasaskan Arduino yang lebih besar kerana Circuit Scribe tidak menghasilkan papan Arduino, tetapi meletakkan terlalu banyak magnet yang berdekatan menyebabkan masalahnya sendiri.

Kami juga menyedari bahawa apa sahaja yang kami lakukan dengan dakwat ini dapat kami lakukan dengan pita konduktif jauh lebih baik.

Dough Circuit Squishy - AKA Konduktif

Saya selalu menganggap ini sebagai alat pembelajaran yang sangat baik untuk mengajar elektronik asas dengan pelajar yang lebih muda. Keuntungan dari adunan adalah sangat menghiburkan, terutama dengan pemotong kue. Kelemahannya ialah ia mengering (seperti adunan apa pun) dan juga sangat tahan.

Kami cenderung menggunakan doh dengan cara yang sama seperti menggunakan Bare Conductive Paint, sebagai Titik Sentuh untuk projek sentuhan kapasitif. Ia menambahkan unsur keseronokan dalam campuran. Tambahan lagi jika anda membuat adunan rata yang sangat besar, badan anda akan bertindak balas dengan litar SEBELUM anda menyentuhnya. Kadang-kadang jarak satu inci. Selalu seronok melihat orang mencuba dan mengetahui mengapa ia berlaku.

Langkah 7: Papan Arduino, Raspberry Pi, Mikro: Bit, dan Tanpa Wayar

Lihat sekilas GitHub Repo kami dan anda akan melihat bahawa kami mempunyai banyak PCB besar yang dirancang untuk bekerja dengan sebilangan pengawal mikro yang popular. Salah satu keluhan utama kami mengenai banyak sistem bangunan adalah / mereka membuat orang menggunakan sistem pengaturcaraan yang tepat atau hanya membenarkan anda menggunakan satu platform. Dengan perkakasan dan perisian yang terus berkembang, terasa aneh untuk mengunci orang atau meminta mereka membuang bahagian setelah beberapa tahun.

Pilihan paling jelas untuk bermula dengan Arduino Nano (yang menjadi Dewan Robotik kami) kerana saiz dan titik harga yang kecil. Ini sangat sesuai untuk pelbagai projek pengaturcaraan, seperti kesan pencahayaan atau menghidupkan servo. Kami memutuskan untuk juga menghasilkan versi yang lebih kaya fitur yang menggunakan Teensy LC, terutamanya untuk keupayaan sentuhan kapasitif. Teensy LC (Invention Board) juga mempunyai beberapa ciri emulasi papan kekunci yang bagus dan kami dengan cepat membuat beberapa pengendali permainan yang menyeronokkan menggunakannya. Tahun lalu kami bahkan membuat pengawal LEGO NES gergasi dan menyiarkannya di Instructables.

Pengaturcaraan memang menyeronokkan tetapi tidak semua orang mahu melalui kerumitan. Kami menyusun papan yang direka di sekitar cip ATtiny85 yang sudah diprogramkan yang hanya akan memancarkan sekelip mata dan pudar. Versi pengeluaran kami menggunakan bahagian SMT, namun anda akan menemui versi lubang melalui Repo kami. Mereka sangat berguna untuk projek yang lebih kecil seperti baju Krismas yang jelek atau beberapa bintang yang berkelap-kelip.

Satu perkara yang kami lalai lakukan adalah menggilap papan Raspberry Pi Zero dan Micro: Bit kami. Secara umum kami menyukai Mikro: Bit dan komuniti yang telah berkembang di sekitarnya. Bagi papan Raspberry Pi Zero kami … kami sebenarnya tidak tahu apa yang harus dilakukan dengannya. Serius, seseorang membuat sesuatu yang menarik dengannya dan kami akan menghantar beberapa bahagian kepada anda.

Kami juga mempunyai idea aneh untuk menyusun beberapa projek tanpa wayar. Kami bersama-sama papan untuk Particle Photon Board, beberapa Adafruit Feather Board, dan papan NodeMCU yang biasa. Kami membuat reka bentuk asas yang sama dengan Nano PCB kami dengan deretan pin header di bahagian belakang.

Langkah 8: Rancangan Masa Depan?

Pada masa ini kami berada di pertengahan bahagian pembuatan bahagian ketiga dengan sebahagian besar penjualan kami pergi ke sekolah, perpustakaan, dan Maker Spaces. Kami telah menerima banyak maklum balas daripada pengguna dari semua peringkat umur yang telah membantu kami merancang bahagian yang lebih baik.

Kurikulum

Salah satu permintaan yang paling biasa adalah untuk kurikulum siap kelas. Membuat projek adalah mudah; menyusun sumber selama enam minggu untuk pelajar dan guru adalah lebih sukar. Pada akhir bulan Mac, kami akan menghantar draf kurikulum pertama kami di laman web kami, percuma untuk digunakan oleh sesiapa sahaja. Kami mempunyai dua trek, satu untuk litar asas dan satu untuk pengaturcaraan asas. Kedua-duanya akan berpusat di bahagian-bahagian Crazy Circuits kami, namun ia dapat diubahsuai dengan mudah untuk menggunakan bahagian rak.

Lebih Banyak Bahagian Talian Pengeluaran

Kami sedang meminta permintaan untuk bahagian baru. Prosesnya perlahan tetapi kami mahu menambahkan beberapa kepingan baru ke barisan kami untuk akhir tahun ini. Mudah-mudahan kita dapat membuat beberapa Potentiometers dan NeoPixel Components dan mula menambahkannya ke dalam kit kami. Kami cukup bernasib baik kerana mempunyai beberapa peminat yang bersemangat yang telah merancang komponen mereka sendiri dan membagikannya kepada kami, dan kami berharap lebih banyak orang akan datang di masa hadapan.

Komitmen terhadap Sumber Terbuka

Mungkin terdengar seperti kita mengalahkan kuda mati, tetapi kita sangat suka komponen kita menjadi Open Source. Kami akan terus menambah sumber projek, kurikulum, dan fail reka bentuk kami. Kami sangat berharap pengguna yang memberi perhatian dan maju dapat mula membuat bahagian mereka sendiri atau mengubahnya untuk projek baru.

Hadiah Kedua dalam Peraduan PCB