Ochranná přilba Covid Část 1: Úvod do obvodů Tinkercad!: 20 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Projekty Tinkercad »

Ahoj příteli!

V této dvoudílné sérii se naučíme používat Tinkercad's Circuits - zábavný, účinný a vzdělávací nástroj pro učení se o fungování obvodů! Jedním z nejlepších způsobů, jak se učit, je dělat. Nejprve tedy navrhneme náš vlastní projekt: obvody pro ochrannou přilbu Covid!

Naším cílem je vytvořit helmu, která vás upozorní, když se blíží osoba. Tímto způsobem můžete zůstat v bezpečí před Covidem tím, že se vzdálíte, abyste udrželi vzdálenost mezi vámi a touto osobou.

Na konci tohoto projektu budete mít základní znalosti o tom, jak navrhovat obvody a programovat pomocí Tinkercad. Ačkoli to může znít obtížně, nebojte se! Budu tu, abych vás provedl celým procesem - učte se a užívejte si!

Zásoby:

Vše, co potřebujete, je účet Tinkercad! Nemáte jej? Zaregistrujte se zdarma na www.tinkercad.com

Krok 1: Otevřete Tinkercad

Přihlaste se do Tinkercad (nebo se zaregistrujte, pokud ještě nejste).

Po přihlášení na hlavní panel přejděte na levý postranní panel a vyberte „Okruhy“.

Poté vyberte „Vytvořit nový okruh“(zakroužkován oranžově). Zde máme svobodu být kreativní a navrhovat jakékoli obvody, které chceme. Můžete také přesně simulovat své obvody, abyste viděli, jak by fungovaly v reálném světě, než ve skutečnosti jeden postavíte!

Nyní jsme připraveni začít!

Krok 2: Název projektu

Po stisknutí tlačítka „Vytvořit nový okruh“vás uvítá tento prázdný pracovní prostor.

Nejprve vše - všechny naše projekty budou uloženy na náš řídicí panel (z předchozího kroku), takže je důležité, abychom své projekty pojmenovali, abychom si je mohli pamatovat a později je najít!

Pokud se podíváte vlevo nahoře, bude vám vytvořen zábavný náhodný název. Kliknutím na něj můžete tento název nahradit svým vlastním. Zde jsem to nazval „Bezpečnostní přilba Covid“.

Krok 3: Přidání našeho mikro: bitu

Náš projekt zahájíme přidáním mikro: bitu.

Micro: bit je malý počítač, na kterém se můžete naučit programovat. Má spoustu skvělých funkcí, jako jsou LED světla, kompas a přizpůsobitelná tlačítka!

Tento mikro bit: bude zpracovávat všechny informace z našich senzorů (které přidáme později). Micro: bit nám také poskytne tyto informace snadným způsobem, kterému můžeme porozumět.

Chcete -li to přidat do našeho pracovního prostoru, použijeme postranní panel vpravo. Zde najdete celou řadu komponent, které můžete použít. Vše ostatní prozatím ignorujme a hledejme „mikrobit“.

Vyberte mikro: bit a přeneste jej do pracovního prostoru.

Krok 4: Přidání našeho senzoru

Nyní, když máme svůj mikro: bit, přidejme senzor. Přidáme něco, čemu se říká PIR senzor, což je zkratka pro pasivní infračervený senzor.

PIR dokáže detekovat infračervené záření - nebo teplo. Protože lidé vydávají teplo, ale předměty, jako jsou stěny, láhve s vodou a listy ne, mohou tento senzor použít k detekci, když jsou lidé poblíž.

Obvykle to může „vidět“až na vzdálenost 5 m (16 stop), což je dobré, protože nám to umožní včasné varování, když se lidé přiblíží, a umožní nám reagovat dříve, než dosáhnou pokynů pro sociální distancování na 2 m (6 stop).

Krok 5: Pochopení součástí

Nyní, když máme naše dvě části, jak je můžeme spojit dohromady, aby mikro: bit mohl komunikovat se snímačem PIR?

Na Tinkercadu je to docela jednoduché. Můžete vidět, že ve spodní části PIR senzoru jsou 3 kolíky.

1. Když na ně najedete myší, uvidíte, že první pin je pin „Signal“, což znamená, že to dá signál, když detekuje osobu.
2. Druhý pin je „Napájení“, kam připojujeme zdroj elektřiny, abychom mohli zapnout PIR senzor.
3. Třetí pin je „Ground“, kde veškerá „použitá“elektřina opustí PIR senzor.

Můžete si všimnout, že ve spodní části mikro: bitu je také 5 bodů, ke kterým se mohou připojit vodiče. Najeďte na ně myší.

1. První 3 body jsou označeny P0, P1 a P2. Tyto body jsou přizpůsobitelné a mohou buď přijímat signály (vstup), nebo vyhodit signály (výstup). Existuje mnoho různých způsobů, jak můžeme tyto body použít, protože jsou vysoce přizpůsobitelné! Více o tom později…
2. Bod 3V je 3voltový zdroj elektřiny. Pamatujete si, že náš PIR senzor potřebuje zdroj elektřiny? Tuto elektřinu můžeme získat z bodu 3V micro: bit!
3. Bod GND je zkratka pro „zem“, kam může elektřina „odejít“po provedení své práce. Zde lze připojit zemnicí kolík snímače PIR.

Krok 6: Připojení komponent

Chcete -li piny připojit, nejprve klikněte na jeden kolík kurzorem. Poté klikněte na jiný pin (kam chcete připojit první pin). Uvidíte, že se vytvořil drát! Pokud chcete, můžete kliknutím na drát změnit jeho barvu. Nebo jej můžete smazat a zkusit to znovu, pokud to vypadá chaoticky. Zkuste vodiče položit čistě, abyste mohli později sledovat, kde jsou jednotlivé vodiče!

Po připojení vodičů zkontrolujte, zda odpovídá tomu, co mám. Pokud ano, skvělé! Pokud ne, žádný strach! Odstraňte vodiče a zkuste to znovu.

Asi si teď dokážete představit, co se děje. Je to jednoduchá smyčka:

1. Elektřina opouští mikro: bit →
2. → vstupuje do PIR senzoru prostřednictvím svého kolíku „Napájení“→
3. → funguje něco v rámci PIR senzoru →
4. → opouští PIR senzor přes svůj pin „Ground“nebo „Signal“→
5. → přejde na pin „Ground“mikro: bitu nebo pin „P0“

Krok 7: Simulace našeho obvodu (část 1)

Když na Tinkercadu vytváříme obvody, můžeme je také simulovat.

Tímto způsobem můžeme experimentovat, abychom zjistili, jak mohou součásti našeho obvodu reagovat v reálném světě, což vám pomůže naplánovat a navrhnout obvody, aniž byste museli dělat „pokus-omyl“a trávit čas a peníze na něčem, co nemusí fungovat!

Chcete -li simulovat náš obvod, stiskněte tlačítko „Spustit simulaci“, které najdete vpravo nahoře…

Krok 8: Simulace našeho obvodu (část 2)

Se spuštěnou simulací můžeme komunikovat s naším obvodem.

Klikněte na PIR senzor. Objeví se míč. Představte si, že tento míč je člověk. Můžete na něj kliknout a přesunout ho.

Můžete si všimnout, že když pohybujete míčem v červené zóně poblíž PIR senzoru, senzor se rozsvítí. Pokud je to pravda, zapojili jste vše správně! Když přesunete míč ven z detekční zóny PIR, senzor přestane svítit. Hrajte si s tím!

Můžete si také všimnout, že když je míč v detekční zóně, ale je nehybný, PIR se neaktivuje. To není problém, protože lidé se hodně pohybují, takže senzor téměř vždy detekuje lidi, kteří se nacházejí poblíž vašeho prostoru.

Co říkáte na micro: bit? Signální vodič jsme již připojili, tak proč se nic neděje ?!

Nebojte se, toto se očekává!

Přestože jsme připojili signální vodič, počítač micro: bit neví, co má dělat s informací, kterou mu dává PIR senzor. Řekneme vám, co má dělat, tím, že ho naprogramujete v dalším kroku.

Krok 9: Základy kódového bloku

Ukončete simulaci a klikněte na „Kód“(vedle „Spustit simulaci“). Vpravo se otevře nový, větší postranní panel.

Kromě navrhování a simulace obvodů můžeme také programovat na Tinkercad pomocí Codeblocks. Codeblocks jsou snadný způsob, jak se seznámit s logikou programování, což je skvělý úvod do kódování, než se ponoříte do pokročilejších jazyků, jako je Javascript, Python nebo C.

Začněme seznámením s prostředím Codeblock. Na levé straně postranního panelu Codeblock jsou bloky kódu, které můžete přetáhnout. Na pravé straně je váš skutečný kód. Zkuste prozkoumat přetažením některých kusů.

Jakmile se s tím seznámíte, vymažte kódovací prostor (přetažením bloků do koše v pravém dolním rohu), abychom mohli začít přidávat náš kód pro obvod.

Krok 10: Programování mikro: bitu (část 1)

Začněme prohledáváním bloků „Vstup“a přetažením „na pinu [P0] se změní na [Vysoká]“. Toto je vstup, protože to bude dodávat mikro: bitové informace.

Bod P0 (kde se spojuje náš signální vodič) může mít v zásadě dvě hodnoty: vysokou nebo nízkou. Vysoká znamená, že je signál, a nízká znamená, že neexistuje žádný signál.

Pokud snímač PIR detekuje narušitele, bude signál vysoký nebo nízký? Pokud jste odpověděli vysoko, máte pravdu! Alternativně, když v detekční zóně není žádný vetřelec (nebo v extrémně vzácném případě, kdy je narušitel zcela nehybný), bude tam nízký elektrický signál.

Logika našeho kódu je tedy v zásadě: „když je detekována osoba, proveďte _“.

Právě teď to nedělá nic, protože jsme nedefinovali něco, co by mělo dělat (je to prázdné). Pojďme tedy něco udělat.

Krok 11: Programování mikro: bitu (část 2)

Přidejme výstupní kódový blok s názvem „show leds“. Tento kódový blok nám umožňuje pohrávat si se světly na mikro: bitu. Přepnutím mřížky LED můžete vytvořit libovolný požadovaný design. Přidal jsem smajlíka. Toto je výstup, protože mikro: bit rozdává informace.

Potom na vstupním bloku kódu změňte [VYSOKÝ] na [NÍZKÝ].

Protože jsme změnili signál z vysokého na nízký, náš kód nyní říká:

když je na P0 slabý signál, rozsvítí se LED diody a vytvoří se smajlík

To znamená, že když se v naší detekční zóně nepohybuje žádná osoba, micro: bit zobrazí smajlíka, protože je to bezpečné! =)

Krok 12: Programování mikro: bitu (část 3)

Víme, co micro: bit udělá, když kolem detekční zóny není žádná osoba. Co když tam někdo je?

Pojďme to také definovat. Přidejte další vstupní kódový blok „na pinu [P0] změněn na [Vysoká]“.

Tentokrát to necháme jako [VYSOKÉ], protože to použijeme k něčemu, když je detekována osoba.

Přidejte další výstup LED a vytvořte design! Použil jsem vrásčitý obličej, protože když je člověk v detekční zóně, může to být méně bezpečné! = (

Krok 13: Testování našeho kódu

Spusťte simulaci ještě jednou. Pohybujte se kolem míče (aka osoba) a sledujte, jak váš micro: bit reaguje.

Pokud nedělá to, co byste chtěli, zkuste to znovu v předchozím kroku a překontrolujte své bloky kódů pomocí mého snímku obrazovky. Nevzdávej to!:)

Krok 14: Přidání dalších senzorů PIR

Pokud váš kód z předchozího kroku fungoval správně, skvělá práce! Pojďme tedy náš projekt posunout dopředu.

Doposud jsme používali pouze jeden PIR senzor, abychom mohli detekovat pouze lidi v jedné oblasti. A co zbytek prostoru kolem nás? Potřebujeme více senzorů!

Zavřete postranní panel Code (kliknutím na „Code“), pokud je stále otevřený, a vyhledejte další PIR senzor. Přidejte jej do svého pracovního prostoru a zapojte jej.

Poznámka: Signální kolík tohoto druhého PIR senzoru zapojte do P1 nebo P2 (připojil jsem jej do P1). Nepřipojujte jej k P0, protože tento bod již používá první senzor. Pokud tak učiníte, micro: bit nebude schopen zjistit, který PIR vysílá signály!

Přestože jsem do pracovního prostoru Tinkercad vložil oba PIR senzory lícem nahoru (aby byla obrazovka čistší), když ve skutečnosti připojíte PIR na helmu, jeden PIR senzor lze připevnit čelem k levé straně helmy, takže snímá oblast vlevo od vy a druhý můžete umístit na pravou stranu helmy a skenovat tak oblast vpravo od vás.

Krok 15: Přidání dalšího kódu pro 2. PIR

Otevřete kód ještě jednou a přidejte druhou sadu kódových bloků, které jsou podobné prvnímu. Tentokrát však klikněte na rozevírací seznam na nových blocích kódů a vyberte P1 (nebo P2, pokud jste nový PIR připojili k P2).

U snímače PIR vlevo (který je připojen k P0) jsem upravil kódový blok výstupu LED tak, aby se rozsvítila levá strana mřížky LED. Podobně jsem u snímače PIR vpravo upravil kódový blok výstupu LED tak, aby se rozsvítila pravá strana mřížky LED.

I když není aktivován žádný PIR, mřížka LED bude stále zobrazovat smajlíka, protože je to bezpečné!

Krok 16: Testování kódu pro více PIR

Po správném přidání a úpravě kódových bloků spusťte simulaci znovu a vyzkoušejte, zda váš kód funguje.

Když je míč/člověk přesunut do detekční zóny levého PIR, LED mřížka na micro: bitu by se měla rozsvítit na levé straně.

Podobně, pokud se osoba pohybuje v detekční zóně na pravé straně, LED se rozsvítí na pravé straně.

Krok 17: Přidání alarmu

Nyní, když máme pokryté dva hlavní slepé body (můžete se rozhodnout přidat další PIR senzory nebo mikro: bity, aby pokryly ještě více oblasti), pojďme to udělat ještě o krok dále.

Co když chcete slyšet poplach, kdykoli se spustí PIR? Nejen, že byste byli upozorněni (například když spíte), ale také můžete vyděsit vetřelce ve svém osobním prostoru, a tím chránit sebe i vetřelce před Covidem.

Přejděte na postranní panel vpravo a vyhledejte „piezo“. Jedná se o malé „reproduktory“nebo „bzučáky“, které mají uvnitř povrch, který vibruje, když jím protéká elektřina a vytváří hlasitý bzučivý zvuk.

Na piezu jsou dva kolíky. Připojte záporný kolík k uzemnění mikro: bitu a kladný kolík připojte ke zbývajícímu bodu P2 na mikro: bitu. Tímto způsobem jej můžeme ovládat tak, aby bzučák zazněl pouze tehdy, když mikro: bit uvolní elektrický proud prostřednictvím svého pinu P2.

Poznámka: Ujistěte se, že jste přidali odpor na jeden z pinů piezo (buď pin). To nám umožní omezit množství proudu vstupujícího do piezo. Jinak může neomezené množství proudu rozbít mikro: bit, piezo nebo obojí!

Dal jsem odpor 1 000 ohmů, ale můžete dát cokoli. Doporučuji dát něco s 500 ohmy - 2 000 ohmy. Čím nižší je odpor, tím větší bude proud, takže bzučák bude hlasitější

Krok 18: Kódování bzučáku

Stejně jako mřížka LED musíme mikro: bit naprogramovat, abychom zajistili správnou funkci bzučáku. Může být nepříjemné, pokud bzučák bzučí nepřetržitě, když je někdo v naší detekční zóně, tak ho kódujme tak, aby zazvonil pouze jednou, když člověk vstoupí do detekční zóny (upozorní nás, že někdo přichází).

K tomu inicializujeme pin P2. Pod něj přidejte kódový blok „na start“a kód „analgo set pitch pin [P2]“.

Poté do každého kódového bloku „na kolíku změňte na [VYSOKÝ], přidejte výstupní kódový blok„ analogového rozteče “pod kódový blok výstupního LED (pokud je toto znění matoucí, podívejte se na snímek obrazovky výše!).

Tento analogový kódový blok nám umožňuje definovat dvě nastavení: výšku tónu a čas.

• Nastavení času říká, jak dlouho tón hrát. Dal jsem to na 500 ms (můžete si vybrat libovolné číslo).

• Výška nám říká, jak vysoký by měl být tón.

  Zde vyberte pro každý PIR jinou frekvenci. Jeden jsem nastavil na 100 (nízké hřiště) a další na 400 (vysoké hřiště). Tímto způsobem můžete zjistit, který PIR senzor je spuštěn jednoduše samotným tónem (aniž byste se museli dívat na mřížku LED)

Krok 19: Závěrečná simulace

Nyní spusťte simulaci naposledy, abyste se ujistili, že vše funguje.

Pokud jste replikovali tento Instructable, když osoba vstoupí do detekční zóny na levé straně, měl by krátce zaznít nízký tón, který vás upozorní, a měla by se rozsvítit levá strana mřížky LED, což vám dává vědět, že z vlevo, odjet.

Když osoba vstoupí do detekční zóny na pravé straně, měl by vás krátce zaznít vysoký tón, který vás upozorní, a pravá strana mřížky LED by se měla rozsvítit, abyste věděli, že zprava přichází vetřelec.

Když se nikdo nenachází v žádné detekční zóně, mřížka LED by měla ukazovat šťastnou tvář a říkat vám, že jste v bezpečí!

Krok 20: Závěrečné myšlenky a budoucí projekty

Pokud jste se dostali přes tento Instructable, gratulujeme! I když jste bojovali nebo jste to nedokončili, jsem si jistý, že jste se o Tinkercadu dozvěděli alespoň pár věcí, a na tom záleží tak skvělá práce!

Nyní, když máte obvod alarmu se distancováním od společnosti, který funguje, a chcete-li jej posunout na další krok a vybudovat jej v reálném světě, můžete si zakoupit spotřební materiál a připojit vodiče přesně tak, jak jste to udělali v tomto pracovním prostoru Tinkercad.

Na výše uvedené fotografii je 3D model (.stl) helmy, na které pracuji, používající stejný přesný obvod, jaký jsme vytvořili v tomto Instructable. Má 2 PIR senzory na bocích, micro: bit namontovaný na přední straně (abyste viděli mřížku LED) a bzučáky.

Pokud chcete použít svou vlastní kreativitu samotnou, můžete to udělat ještě o krok dále lepením obvodu za helmu. Jinak zůstaňte naladěni na můj další Instructable, kde dáme dohromady tuto helmu!

Poznámka: Pokud jste mladí, požádejte opatrovníka o pomoc s používáním nástrojů při stavbě okruhu a helmy.

Doufám, že se vám tento návod líbil a že jste schopni využít to, co jste se o Tinkercadu dozvěděli, k kreativitě a vytváření některých vlastních projektů. Těším se, až uvidím, co všechno vytvoříte, takže své projekty určitě propojte v komentářích!

Užijte si zábavu a učení 2021!