Světlé cesty (výuka MST): 5 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Účelem Bright Paths je naučit studenty o Minimal Spanning Trees (MST). Uzel A je zdrojem a všechny ostatní uzly mají určitou váhu (náklady), aby se k nim dostali. Tato učební pomůcka ukazuje tyto náklady stmíváním každého uzlu v závislosti na ceně daného uzlu. Mám v plánu mluvit o uzlech, jako by to byly obchody, které potřebují dodávky, a v závislosti na zvolené cestě budou náklady na světlo (hmotnost) příliš velké. Výsledkem je LED, která je buď ztlumená nebo zhasnutá v závislosti na hmotnosti. Celkově je to skvělý způsob, jak tento problém studentům zjednodušit. Tento problém je také známý jako problém cestovního prodavače.

Krok 1: Nástroje a zásoby

Zásoby

• Foamcore pro držení MST
• Některé propojovací vodiče pro připojení vašeho beadboardu k MST
• Některé propojovací vodiče pro připojení Arduina k prkénku
• Osm LED diod stejné barvy, které představují uzly
• Osm 220 ohmových rezistorů pro LED diody
• Arduino pro ovládání jasů
• Shift Register pro získání více výstupů PWM

Nástroje

• Horká lepicí pistole pro držení LED diod
• Umělecké potřeby k čerpání MST
• Počítač pro programování

Krok 2: Kreslení a LED diody pro MST

1. Vytiskl jsem jeden ze své staré učebnice a vypíchl otvory přes uzly na tisku na pěnové jádro.
2. Nakreslil jsem hrany s jejich příslušnými závažími na pěnové jádro a také označil uzly A-H.
3. Protlačil jsem diody LED deskou (na vrcholu uzlů), přičemž dlouhý kolík směřoval nahoru, takže jsem věděl, na jaký kolík poslat signál později. Také zatlačením kolíků dolů, aby držely na místě.
4. Lepidlo LED za tepla přilepte na místo.
5. Umístěte vodiče ze samice na samec na piny LED. Udělal jsem světlejší barevné dráty na našich vysokých pinech nebo na těch, které směřovaly nahoru.

Krok 3: Breadboard

Sparkfun má skvělý průvodce pro posuvný registr a můžete se jím řídit pro všechna zapojení. Jediným rozdílem je, že diody LED jsou zapojeny dlouhými propojovacími kabely, nikoli přímo k desce. Pro můj kód je kolík 0-7 na posuvném registru v souladu s A-H na MST.

Krok 4: Kód

Účelem kódu je změnit jas LED diod na základě hmotnosti uzlů. Na obrázku vpravo ukazuje wgtA až wgtH. Toto jsou hodnoty, které můžete změnit, aby se na určité LED diodě zobrazilo množství hmotnosti. Změny jasu je dosaženo:

sr.set (ledA, 255/wgtA*1.1)

Tato čára nastavuje LED na maximální jas dělený hmotností krát množství, aby bylo světlo viditelné. S rostoucí hmotností pak může jít jas dolů a to se děje u každé LED.

Krok 5: Problémy a budoucnost

Začal jsem tento projekt se čtyřmi modrými LED a čtyřmi zelenými LED, ale při porovnávání jasů jsem narazil na problém. Opravil jsem to tím, že jsem našel další čtyři modré, ale na to pamatujte při výběru LED diod. Také musím nosit Arduino, prkénko a notebook samostatně, takže vytvoření skříně pro uložení Arduina a prkénka by bylo velkým budoucím vylepšením. Bylo by také skvělé přidat animace na LED diody, které by pomohly vizualizovat, jakou cestou se ubírá. Celkově lze říci, že je to skvělý způsob, jak ukázat, jak MST fungují, a těším se, že ho budu používat více.