ScratchPaper: 10 kroků (s obrázky)

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

V Tinkering Studio jsme prototypovali způsoby, jak seznámit lidi s aspekty elektroniky a programování. Protože tato témata mohou být pro začátečníky zastrašující, byl to pro nás zábavný proces, abychom se pokusili přemýšlet o způsobech, jak snížit bariéru vstupu.

Mezi naše oblíbené způsoby, jak seznámit studenty se základními obvody, patří montáž elektronických součástek na dřevěné bloky a umožnění studentům experimentovat a propojit je s krokosvorkami. Inspirovali jsme se také prací společnosti AIR Jie Qi, která vyvinula dílny pro papírové obvody s měděnou páskou, knoflíkovými bateriemi a LED diodami pro umělecké osvětlení.

Pokud jde o programování, experimentujeme již několik let s aktivitami, které používají Scratch nebo jiné blokové programovací jazyky. Způsob, jakým tato rozhraní umožňují lidem přetahovat, spouštět a propojovat části programu dohromady, podporuje experimentování a iteraci.

Všechny tyto vlivy nás vedly k vytvoření mash-up aktivity, kterou nazýváme „ScratchPaper“, abychom prozkoumali nápady kolem obvodů, arduina a vizuálního programování.

Často jsme viděli programování a arduino workshopy, které vypadají komplikovaně a nejsou tak lákavé pro začínající účastníky. Pro tento workshop jsme postavili zábavné a barevné ukázkové karty s jednoduchými LED diodami Gumdrop, předem vyrobenými spínači a senzory a RGB světly, které sdělovaly tento hravý přístup. Zjistili jsme, že toto přidání náladových prvků a také kombinace špičkových a nízko technologických materiálů může dát otevřenější pozvání, aby se zapojily do zkoumání těchto témat. Používáme scratchx, experimentální rozšíření programovacího jazyka Scratch, které přidává bloky, které vám umožňují ovládat arduino.

V této příručce se můžete naučit, jak sestavit komponenty pro aktivitu, získat několik příkladů skic, se kterými můžete pracovat, a přečíst si o některých způsobech, jak mohou materiály, prostředí a usnadnění podporovat průzkum.

Krok 1: Shromážděte tyto materiály

Pro blok Arduino

Arduino UNO -

USB kabel -

Pevný drát -

Měděné hřebíky

Šrouby do plechu s hlavou č. 4

Kus dřevěné desky 1x6

Pro součásti obvodu papíru

Měděná páska -

Barevný kartonový papír

Rezistor 10k -

Světelný senzor -

Senzor FSR -

10mm LED -

10mm obyčejné katodové RGB LED -

Motor pageru -

Klipy aligátora

Tužka

Užitečné nástroje

Ruční vrtačka s malým vrtákem

Šroubovák

Kladivo

Brusný blok

Nůžky

Lepidlo

Páječka

Ochranné brýle

Krok 2: Postavte blok Arduino

Nejprve namontujte desku Arduino UNO na dřevěný blok s kolíky desek připojenými k měděným hřebíkům, podobným způsobem jako naše sada obvodových desek pro průzkum elektřiny. To vám umožní připojit komponenty k desce pomocí aligátorových svorek, což umožňuje iteraci a testování.

Měděné hřebíky spojené s několika kolíky omezují problémový prostor, ale nám to stále připadá jako autentický způsob, jak prezentovat desky arduino, aniž bychom se museli spoléhat na další štíty nebo neobvyklé části.

1. Odřízněte blok 1x6 na 4in kus a obrouste okraje

2. Umístěte desku Arduino UNO doprostřed bloku, vyznačte tužkami otvory pro šrouby a v těchto místech vyvrtejte otvory.

3. Zašroubujte arduino na místo

4. Označte pět skvrn na pravé straně (strana digitálního kolíku) a tři skvrny na levé straně. Vyvrtejte pilotní otvory a zatlučte měděné hřebíky

5. Použijte drát s plným jádrem k připojení digitálních pinových zásuvek arduino k měděným hřebíkům. Používáme čísla pinů 11, 9, 6, 5 a 3, protože to jsou kolíky PWM, které nám umožňují měnit jas zapínáním a vypínáním kolíku velmi vysokou rychlostí.

6. Na levé straně připojte 5V pin na hřebík pro kladný pól, GND pin pro hřebík pro záporný a analogový A0 pin pro snímače. Pro pozitivní můžete použít červený vodič, pro negativní černý, ale není to nutné.

7. Pomocí razítka a ostří jsme označili hřebíky odpovídajícími kolíky. Pokud tyto nástroje nemáte, můžete přemýšlet o jiných způsobech, jak sledovat kolíky.

Krok 3: Sestavte součásti - LED diody

Nyní je čas vytvořit komponenty papírových obvodů, které budou řízeny programováním arduino a scratchx.

Pro jednu LED

1. Vystřihněte čtverec 2 x 2 palce z barevného kartonu

2. Odřízněte dva malé kousky měděné pásky a přilepte je na čtverec, ponechte tak prostor pro LED.

3. Umístěte dva vodiče LED na měděnou pásku a připájejte je. Pokud nemáte páječku, můžete k připevnění vodičů na pásku použít skotskou pásku, i když to nebude tak bezpečné. Na barevném papíře označte strany (+) a (-) tužkou.

Pro RGB LED

1. Odřízněte čtvercový kus bílého kartonu 3 x 3 palce

2. Použijte společnou katodovou RGB LED a vyzkoušejte, který vodič odpovídá které barvě. Můžete jej označit barevnými ostřími, abyste měli přehled.

3. Připojte tři malé kousky měděné pásky na jednu stranu papíru a jeden kus uprostřed na druhou. Připojte tři kladné vodiče LED (pro různé barvy) k měděné pásce na jedné straně a záporný vodič k druhé straně. Pájejte je nebo spojte páskou a označte stranu (-) a tři různé barvy.

Pro LED diody R, G a B

1. Odřízněte obdélníkový kus barevného papíru 2 palce x 3 palce

2. Připojte jeden proužek přes stranu papíru pro zápornou stranu LED diod. Na druhou stranu položte tři proužky měděné pásky.

3. Na papír položte červenou, zelenou a modrou LED s negativními svody na sdílené straně a kladnými svody na jednotlivých stranách. Tužkou označte strany (+) a (-).

Krok 4: Sestavte součásti - přepínače

Dalším krokem je vybudování přepínačů zapnutí/vypnutí pro spouštění různých programů ve vašem projektu. Ty mohou mít mnoho různých forem pomocí záhybů nebo vyskakovacích oken, takže experimentujte s zkoušením různých návrhů.

1. Každý z přepínačů potřebuje tři připojovací body k arduino desce. Jeden na kladný, jeden na záporný a jeden na digitální vstupní kolík. Umístěte tři kusy měděné pásky dolů, jeden pro každý z těchto vodičů.

2. Umístěte 10k odpor mezi kusy měděné pásky, které se připojí k zápornému a digitálnímu kolíku. Zapájejte odpor na místě.

3. Najděte způsob, jak připojit další kus měděné pásky, který lze přesunout a vytvořit spojení mezi kladným a digitálním vývodem. Může to být vystřižený vyskakovací kus, čtverec se skládanými papírovými pružinami nebo jednoduchý skládaný vypínač.

Krok 5: Sestavte součásti - senzory

Senzor může detekovat události nebo změny ve svém prostředí. Po připojení může pin A0 arduina přečíst hodnotu senzoru a nechat vás použít ve vašem projektu. Doposud jsme testovali světelné senzory a senzory tlaku se škrábacím papírem, ale můžete vyzkoušet různé typy senzorů, které měří zvuk, barvu nebo vodivost.

1. Každý ze senzorů potřebuje tři připojovací body k arduino desce na kladném, záporném a analogovém vstupním pinu. Pro každý z těchto vodičů položte tři kusy měděné pásky.

2. Umístěte 10k odpor mezi záporný a vodič měděné pásky digitálního kolíku. Zapájejte odpor na místě.

3. Připojte světelný senzor nebo snímač tlaku mezi kladné a analogové vedení měděné pásky.

Krok 6: Papírové příšery

Jedním ze zábavných způsobů, jak do sady materiálů začlenit hravost a výstřednost, je výroba papírových příšer s googly očima, které lze naprogramovat tak, aby se třásly vibračním motorem.

1 Vystřihněte dva 2x2 čtverce barevného papíru. Vyřízněte zajímavý tvar příšery a na příslušných místech připevněte googly oči.

2 Připevněte měděnou pásku k základnímu čtverci a monstrum ve stejné rovině.

3. Připájejte vodiče k motoru pageru ke dvěma kusům pásky na obličeji příšery a připájejte vodiče na místě. Připevněte motor k papíru.

4. Ze stejně barevného kartonu uřízněte obdélník a přeložte jej na polovinu. Použijte kus ve tvaru písmene L jako podpěru a pomocí lepicí tyčinky spojte dva kusy dohromady.

5. Spojte dva kusy měděné pásky dohromady.

Krok 7: Nastavte Scratchx a Arduino

K ovládání papírových obvodů pomocí arduina používáme scratchx, experimentální rozšíření programovacího jazyka scratch. Existuje mnoho dalších blokových programovacích jazyků, které můžete vyzkoušet jako Ardublocks, Mblock, S4A a další. Tento návod se zaměří na scratchx, ale můžete vyzkoušet i jiné formáty.

Tyto informace byly vypůjčeny z příručky Kreg Hanning pro začátek pro scratchx, možná budete chtít kliknout na jeho web a získat podrobnější pokyny a obrazovky (https://khanning.github.io/scratch-arduino-extension/index.html)

Nahrajte firmware StandardFirmata do Arduina

1. Pokud jste tak ještě neučinili, stáhněte si a nainstalujte software Arduino z
2. Připojte desku Arduino k USB portu vašeho počítače
3. Spusťte software Arduino
4. Přejděte na Soubor> Příklady> Firmata> Standardní Firmata
5. Vyberte svou desku Arduino z nabídky Nástroje> Deska
6. Vyberte svůj sériový port z nabídky Nástroje> Port. Na počítačích Mac je to něco jako /dev/tty.usbmodem-1511. Ve Windows je to pravděpodobně nejlépe číslovaný COM port. (Nebo odpojte Arduino, zkontrolujte nabídku a poté znovu zapojte Arduino a podívejte se, jaký nový port se objeví.)
7. Klikněte na tlačítko nahrát

Nainstalujte si plugin prohlížeče Scratch Extensions

1. Aby toto rozšíření fungovalo, budete muset použít webový prohlížeč Firefox
2. Stáhněte si a nainstalujte plugin prohlížeče Scratch Extensions pro „jiné webové prohlížeče“

Načtěte rozšíření Arduino na ScratchX

Rozšíření spusťte na následující adrese URL:

scratchx.org/?url=https://khanning.github.i…

Může se zobrazit další zpráva „Povolit scratchx.org spouštět doplňky?“. Nastavte Adobe Flash i Scratch Device na „Povolit a zapamatovat“a klikněte na OK.

Jakmile se na kartě „Více bloků“rozsvítí kontrolka zeleně, jste připraveni začít používat rozšíření!

Krok 8: Několik příkladů skic

Možná budete chtít začít své experimenty s scratchxem, papírem, obvody a arduino s několika ukázkovými skicami, které jsme vytvořili pomocí ukázkového kódu, který vytváří blikající světlo, přepínačem, který zapíná a vypíná LED, a světelným senzorem, který může ovládat jas světla.

Přejděte do nabídky souborů a otevřete ukázkový program. Jakmile na obrazovce připojíte zelené světlo pro arduino, můžete připojit součásti obvodu papíru k arduinu pomocí zarovnávacích spon, jak je znázorněno na obrázku na pozadí.

Když začnete vytvářet vlastní programy, můžete začít s prázdným programem. Při práci na programu scratch pro arduino musíte mít nastavení programu pod 'hat block', který říká „když je zařízení připojeno“přiřazením LED, tlačítek a serv k různým pinům.

Chcete -li, aby světla, přepínače a senzory něco dělaly, můžete vytvořit program, který se nachází pod blokem klobouku „po kliknutí na vlajku“. Možná budete chtít experimentovat s opakováním, navždy smyčkami, náhodnými vstupy a čekací dobou. Můžete také zahrnout znaky, zvuky a měnící se pozadí pomocí jiných typů stíracích bloků.

Zde je video stíracího papíru v akci na konferenci ASTC v Tampě v letošním roce, abyste získali představu o tom, jak to vypadá v praxi:

flic.kr/p/MKHtcf

Krok 9: Vytvoření dílny ScratchPaper

Po osobním experimentování s vytvářením projektů ScratchPaper můžete přemýšlet o sdílení aktivity s ostatními lidmi. Snažíme se provádět úpravy v designu aktivit, materiálech, prostředí a vybavení, abychom studenty podpořili v jejich vlastním procesu a rozvoji myšlenek. Zde je několik věcí, na které myslíme, když jsme zřídili workshop v Tinkering Studio nebo s jinými pedagogy na různých konferencích. Tyto prvky můžete upravit a upravit tak, aby odpovídaly vašim prostorům a publikům.

Prostředí pro spolupráci

Když nastavujeme prostředí pro workshop, nechceme se soustředit primárně na počítače, ale mít je jen jako další nástroj vedle sdílených materiálů a inspirativních příkladů. Náš stůl ve tvaru dogbone se obvykle hodí k větší spolupráci a sdílení myšlenek, což je ještě větší výzva při aktivitách na obrazovce, kde není tak snadné vidět práci ostatních.

Příklady a inspirace

Blízko vchodu do místnosti jsme vytvořili „kout zvědavosti“, abychom předvedli některá možná rozšíření aktivity. Zahrnuli jsme příklady papírových obvodů, které používají čip Attiny, některé další umělecké příklady obvodů papíru a analogovou měděnou korunku Nicole, která využívá světelné senzory a RGB LED diody v zajímavém fyzickém uspořádání.

Práce v párech

Na workshop s týmem jsme je požádali, aby pracovali ve dvojicích, což si myslím, že opravdu pomohlo pohnout průzkumy kupředu. Lidé, kteří přispěli ke společnému vyšetřování, jim umožnili komunikovat o tom, v čem se cítili lépe, a učit se jeden od druhého. Kombinace objektů ve fyzickém světě s programováním scratch dává větší prostor pro přemýšlení rukama a umožňuje partnerům sdílet problémový prostor.

Materiály

Pro workshop připravíme alespoň tři jednotlivé LED karty a jednu nebo dvě z každé další komponenty (LED diody RGB, papírové příšery, přepínače a senzory) pro každou skupinu.

Sdílení a reflexe

Na konci workshopu vždy sdílíme výsledky a nápady a bylo opravdu skvělé sledovat, jak každá ze skupin pracovala na unikátních vyšetřováních zahrnujících tlačítka, zvuky a senzory. Ačkoli jsme měli jen jednoduché příklady, s nimiž jsme se mohli potýkat, začaly se objevovat příběhy a vyprávění. Jako u všech drobných činností hledáme různé výsledky, které odrážejí proces každé skupiny.

Krok 10: Přizpůsobte si ho

Toto je experimentální aktivita, na které pracujeme několik měsíců a nadále zkoušíme různé materiály, výzvy a projekty. Doufáme, že budete experimentovat s různými elektronickými součástmi, zajímavými způsoby vytváření přepínačů, novými typy výstupů a různými uspořádáními LED diod. Dejte nám vědět, jak tuto aktivitu remixujete a upravujete, abychom se mohli i nadále dozvědět, co je možné pro papírové obvody, arduino a programování pomocí scratchx.