Crazy Circuits: Open Source Electronics Learning System: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Autor: BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsSledovat více od autora:

O: Dříve jsem učil vědu na střední škole, ale nyní provozuji svůj vlastní online vzdělávací web. Trávím dny navrhováním nových projektů pro studenty a tvůrce. Více o BrownDogGadgets »

Vzdělávací a domácí trh je zaplaven modulárními systémy „učení“elektroniky, jejichž cílem je naučit děti a dospělé klíčové koncepty STEM a STEAM. Zdá se, že produkty jako LittleBits nebo Snapcircuits dominují každému svátečnímu dárkovému průvodci nebo rodičovskému blogu pro vzdělávací hračky. Tyto systémy však vždy přicházejí s bohatou cenovkou a mnozí se cítí spíše jako hračky než nástroje pro učení.

Asi před třemi lety jsme začali navrhovat Crazy Circuits jako levný, opakovaně použitelný, modulární, nepájivý, zábavný systém, který by mohl být použit jako skutečný výukový nástroj. Chtěli jsme něco, co by rodiče a učitelé mohli snadno integrovat se soupravami, které již měli, nebo levnými mimo police. Něco, co by si užila komunita Maker i průměrný dospělý.

Nakonec Crazy Circuits bylo vše, v co jsme doufali, a další. Systém fungoval bezchybně s jakýmkoli prostředím založeným na LEGO, mohl být snadno použit s vodivou nití pro šití a snadno škálovatelný od jednoduchých obvodů až po základní programování. Oh, a také to bylo zábavné, což nám usnadnilo celý život.

V tomto zápisu vám ukážeme, jak jsme navrhli komponenty Crazy Circuits, naše osnovy, jak můžete vytvářet a navrhovat vlastní součásti a způsoby, jak Crazy Circuits funguje s jinými systémy.

Úplné zveřejnění: Prodáváme díly a soupravy Crazy Circuits, nicméně můžete snadno použít naše soubory Open Source k vytvoření vlastních desek nebo k návrhu vlastních dílů. Tento systém můžete použít pro všechny druhy věcí a nikdy nám neposlat jediný cent.

Dej pryč: V roce 2019 zkoušíme něco nového. Rozdáváme bezplatné díly a sady lidem (pouze obyvatelé USA), kteří nás sledují na instruktážních stránkách, facebooku, instagramu a youtube. S největší pravděpodobností rozdáme pár plných stavebnic, hotových dílů a prázdných desek plošných spojů. Stačí sledovat nebo se přihlásit k odběru a začneme rozdávat věci.

Krok 1: Filozofie za šílenými obvody

Když jsem byl učitelem, opravdu mě štvalo, že si nemohu dovolit přepychové elektronické systémy pro svou třídu, přestože každá učitelská konference nebo služba, které jsem se zúčastnil, je stále doporučovala. Prostě jsem neměl rozpočet na sadu 100 $, která přišla s pěti částmi a přinejlepším by udržela tři studenty obsazené na pět minut. Nakonec jsem udělal to, co dělá většina učitelů přírodovědných předmětů, a koupil jsem si levné surové díly z eBay a Amazonu, ale kvůli tomu jsem musel udělat spoustu nových plánovacích prací a návrhů aktivit. Také jsem zjistil, že moji mladší studenti si těžko omotávali hlavu kolem prkének.

Nakonec se mi podařilo získat nějaké finanční prostředky na nákup sad LittleBits pro použití s mimoškolním vědeckým klubem. Bylo zábavné je používat (a abych byl upřímný, dobře sestavený systém), ale když jsem požádal studenty ze střední školy, aby vysvětlili, jak fungují, dostal jsem svoji oblíbenou odpověď roku „nevím, magnety?“. Byly to děti, které stavěly několik komplikovaných obvodů před několika týdny, ale LittleBits vypadaly jako větší hračka než cokoli jiného.

Když jsme začali brainstormingovat modulární systém, chtěli jsme se ujistit, že si studenti uvědomují, JAK části interagují, a poté byli schopni kreslit paralely ke společným částem. Také jsme věděli, že potřebujeme něco podobného jako prkénko, ale je snazší obalit jejich hlavy než skutečné prkénko. Také jsme to museli udělat zábavným a poutavým.

Výzva přijata!

Krok 2: Proč LEGO?

"loading =" líný"

Nakonec jsme museli vymyslet, jak vše spojit dohromady. Okamžitě jsme se rozhodli, že nenávidíme myšlenku drátů a aligátorových spon; ubralo to na jednoduchosti všeho. Rádi jsme používali vodivou pásku, ale pásku z měděné fólie nebylo možné použít. Mohli bychom pásku sejmout, ale už by se nevrátila. Zkoušeli jsme dokonce použít vodivé vlákno, ale ukázalo se, že to není možné ovládat. Po mnoha hodinách na Skypu v továrně na výrobu pásek v Číně jsme vyrobili nějakou vlastní nylonovou vodivou pásku (Maker Tape), která byla dostatečně silná, aby se dala znovu odlepit, ale přesto dostatečně levná, aby byla konkurenceschopná s běžnou páskou z měděné fólie.

Díky tomu, že jsme v naší dílně seděli celou řadu testovacích desek plošných spojů s otvory různých velikostí, rychle jsme našli rozteč velikostí, která nám umožnila vytvořit tlakové fitování pomocí nylonové vodivé pásky. Tímto způsobem museli studenti ukončit svou kazetu na konkrétním místě: museli si vlastně udělat čas a navrhnout svůj obvod. Tento aspekt nám umožnil přeměnit Crazy Circuits na učební nástroj, nejen na hračku.

Použití 1/8palcového pásku mělo také tu podivnou vedlejší výhodu, že umožňovalo dvouvrstvé obvody. Normálně bychom pásku položili NA NEJLEPŠÍ z kolíků LEGO, ale páska 1/8 palce také perfektně fungovala i mezi MEZI LEGO hřeby. Lidé mohli vyrábět všechny druhy komplikovaných obvodů pomocí pásky na LEGO. (I když trochu trapné. Když už nic jiného, umožnilo to studentům „přeskočit“stávající linii jen s trochou úsilí.)

Základním příkladem obvodu může být spínač, držák baterie a LED dioda. Pro všechny naše části jsme použili bílé hedvábné stínění k označení pólů GND (negativních) a barevné strany k označení kladných pólů. Výše uvedené video mi ukazuje vytváření jednoduchého obvodu. Položte pásku, přitlačte na části, přidejte energii.

Krok 5: Vodivé vlákno

Během testování jsme zjistili, že vodivý závit s našimi součástmi opravdu dobře funguje. Ukazuje se, že velké otvory s měděným plátováním usnadňují vodivé šití. Někteří naši testeři dali přednost šití s našimi díly před jejich použitím s LEGO.

Pokud jste nikdy nepoužili vodivý závit, měli byste to zkusit! Obvykle je to ocelový/ nylonový závit, který vede docela dobře. Ruční šití s ním je docela snadné a přišití dílů není o nic těžší než přišití knoflíku. Dokonce jsme zašli tak daleko, že jsme pomocí Arduina vyráběli komplikovaná interaktivní trička. Pěkné na vodivém šití je, že pokud svůj projekt opravdu nesnášíte, můžete díly vždy sundat a použít na něco jiného.

Naší aktivitou pro děti je nechat je vyrobit náramek na knoflíky pomocí LED, držáku baterie a sady patentek. Chytky jdou na konec náramku a slouží k dokončení okruhu. Dali jsme dohromady pěkný tisknutelný PDF, pokud ho někdo chce použít pro dílny nebo domácí aktivity.

Krok 6: Vodivé inkousty a těsta

Na začátku jsme byli mrtví v tom, aby naše díly fungovaly s vodivými inkousty. To fungovalo jen částečně.

Holý vodivý inkoust

Tento vodivý inkoust je velmi podobný nafouklé barvě. Je snadné malovat na jakýkoli povrch, je docela levný a lze jej snadno čistit vodou. Temnější stránkou je, že grafit není příliš vodivý a ve skutečnosti se chová jako velký odpor víc než cokoli jiného. Neměli jsme žádné problémy s připojením k Crazy Circuits Parts, protože jsme mohli nechat zaschnout inkoustové kuličky na deskách plošných spojů, ale měli jsme problémy s bezpečným pohybem energie v obvodu.

Nakonec jsme jej použili pro kapacitní „dotykový bod“barev pro naše desky Teensy LC kompatibilní s Arduino. Spouštíme pásku z desky plošných spojů na skvrny od barvy a pak se lidé dotýkají barvy. To umožňuje všechny druhy zábavných šablon, nástěnných klavírů nebo interaktivních uměleckých projektů.

Circleit Scribe

Tento vodivý inkoust funguje stejně jako stříbrné gelové pero, jen na papíře zanechává extrémně vodivé stopy. Výhodou tohoto inkoustu je, že stopy jsou extrémně vodivé a působí jako skutečné pero. Nevýhodou je, že pera jsou drahá, mají tendenci vysychat a musíte své části nějakým způsobem upnout na papír, abyste vytvořili pevné spojení.

Původně jsme nechali vymyslet nějaké vlastní magnety, které se vešly skrz naše LEGO díry. Naše GitHub Repo je plné starších dílů, které jsou označeny jako „kompatibilní s magnetem“. Konečným výsledkem byl zásah nebo chyba a my jsme si uvědomili, že jsme tak nějak vyrobili špatné verze elektronických dílů, které již Circuit Scribe vyrobil. Jediným přínosem bylo vytvoření větších projektů založených na Arduinu, protože Circuit Scribe nevyrábí žádné desky Arduino, ale příliš mnoho magnetů blízko sebe skončilo, což způsobilo jeho vlastní problémy.

Také jsme si uvědomili, že cokoli, co děláme s tímto inkoustem, dokážeme s vodivou páskou daleko lépe.

Těsto Squishy Circuits - AKA vodivé těsto

Vždy jsem to považoval za vynikající učební nástroj pro výuku základní elektroniky s mladšími studenty. Vzhůru nohama těsta je, že je velmi zábavné, zvláště u vykrajovátek na cukroví. Nevýhodou je, že schne (jako každé těsto) a navíc je vysoce odolná.

Těsto máme tendenci používat stejným způsobem jako Bare Conductive Paint, jako Touch Point pro kapacitní dotykové projekty. Přidává do mixu zábavný prvek. Navíc, pokud uděláte opravdu velký plochý kus těsta, vaše tělo zareaguje obvodem DŘÍVE, než se ho dotknete. Někdy až o palec daleko. Je vždy zábavné sledovat, jak se lidé snaží zjistit, proč se to děje.

Krok 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit a bezdrátové desky

Rychlý pohled na naše GitHub Repo a uvidíte, že máme spoustu velkých PCB navržených tak, aby fungovaly s řadou populárních mikrořadičů. Jednou z našich hlavních stížností na spoustu stavebních systémů bylo/ je, že lidi škatulkují k používání systému proprietárního programování nebo vám umožňují používat pouze jednu platformu. Vzhledem k neustálému vývoji hardwaru a softwaru se zdálo divné lidi zamykat nebo nechat po několika letech vyhodit součásti.

Nejzřetelnější volbou je začít s Arduino Nano (které se stalo naší radou pro robotiku) kvůli malým rozměrům a cenovému bodu. To bylo ideální pro širokou škálu programovacích projektů, jako jsou světelné efekty nebo soustružení serva. Rozhodli jsme se také vyrobit verzi s více funkcemi, která používá Teensy LC, hlavně pro kapacitní dotykové funkce. Teensy LC (Invention Board) má také několik pěkných funkcí emulace klávesnice a rychle jsme pomocí něj vytvořili několik zábavných herních ovladačů. V loňském roce jsme dokonce vyrobili obří ovladač LEGO NES a zveřejnili jej na Instructables.

Programování je zábava, ale ne každý chce projít potížemi. Sestavili jsme desku navrženou kolem předprogramovaného čipu ATtiny85, která jen zhasíná a bliká. Naše produkční verze používá SMT díly, nicméně v našem Repo najdete verzi skrz díru. Hodí se pro menší projekty, jako je ošklivá vánoční košile nebo nějaké blikající hvězdy.

Jedna věc, kterou jsme zanedbali, je vyleštění desek Raspberry Pi Zero a Micro: Bit. Obecně se nám líbí Micro: Bit a komunita, která kolem něj vznikla. Pokud jde o naši desku Raspberry Pi Zero … doslova nemáme tušení, co s ní dělat. Vážně, někdo s tím vyrobí něco zajímavého a my vám pošleme nějaké díly.

Také jsme měli šílený nápad zkusit dát dohromady nějaké bezdrátové projekty. My ale společně desky pro Particle Photon Board, pár Adafruit Feather Boards a společnou NodeMCU desku. Vycházeli jsme ze stejného základního designu jako naše Nano PCB s řadou konektorů na zadní straně.

Krok 8: Plány do budoucna?

V současné době jsme uprostřed třetího výrobního cyklu dílů, přičemž většina našich prodejů směřuje do škol, knihoven a Maker Spaces. Obdrželi jsme spoustu solidní zpětné vazby od uživatelů všech věkových kategorií, což nám pomohlo navrhnout lepší díly.

Osnovy

Jedním z nejčastějších požadavků bylo osnovy připravené pro třídu. Vytváření projektů je jednoduché; vymyslet šest týdnů zdrojů pro studenty a učitele je obtížnější. Do konce března zveřejníme na našem webu naše první návrhy osnov, které může zdarma použít kdokoli. Budeme mít dvě stopy, jednu pro základní obvody a jednu pro základní programování. Oba budou soustředěny kolem našich dílů Crazy Circuits, ale mohly by být snadno upraveny tak, aby byly použity mimo police.

Více dílů výrobní linky

Aktuálně přijímáme žádosti o nové díly. Proces je pomalý, ale chceme přidat několik nových kusů do naší sestavy na konci tohoto roku. Doufejme, že budeme schopni vyrobit některé potenciometry a komponenty NeoPixel a začít je přidávat do našich sad. Měli jsme to štěstí, že máme nějaké nadšené fanoušky, kteří navrhli své vlastní komponenty a podělili se o ně s námi, a doufáme, že v budoucnu bude více lidí.

Závazek k otevřenému zdroji

Může to znít, jako bychom mlátili mrtvého koně, ale opravdu se nám líbí, aby naše komponenty byly Open Source. Budeme i nadále přidávat do našich projektových zdrojů, osnov a návrhových souborů. Opravdu doufáme, že jak hluční, tak pokročilí uživatelé mohou začít vytvářet vlastní součásti nebo je upravovat pro nové projekty.

Druhá cena v PCB Contestu