Může vám MakerBit připomenout, abyste zkontrolovali vodu pod vánočním stromkem?: 7 kroků

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

Čerstvě řezaný strom je tradiční sváteční ozdobou v mnoha domácnostech. Je důležité, aby byl zásoben čerstvou vodou. Nebylo by hezké mít ozdobu, která by vám mohla připomenout kontrolu vody pod stromem?

Tento projekt je součástí série, která ukazuje, jak výpočetně povolená zařízení fungují v našem každodenním životě. Pomocí nástroje MakerBit ukazuje, jak by jednoduchý detektor hladiny vody mohl indikovat nízkou hladinu vody pomocí světel v ozdobě ve tvaru stromu. Kroky, které jsme následovali, jsou uvedeny níže.

Upozornění: Toto je pouze ukázka konceptu. Zde zobrazená sestava není navržena ani určena k tomu, aby zabránila vyschnutí skutečného stromu. Než se rozhodnete, zda použijete jakýkoli snímač hladiny vody se skutečným stromem, měli byste si přečíst níže uvedené bezpečnostní upozornění, v kroku 6.

Krok 1: Shromážděte součásti

• MakerBit+R Rogera Wagnera
• Mikro: bitový ovladač (Vlastní ovladač je součástí startovací sady MakerBit+R. Příslušenství z plastového pouzdra zobrazené na micro: bit se prodává samostatně. Tento odkaz například ukazuje jeden prodávaný na Amazonu.)
• Plochý kabel (součást balení)
• 9voltový konektor baterie (součást balení)
• 9v baterie (součástí dodávky, ale také snadno dostupná)
• Vodní senzor (Náš byl dodán v sadě Elegoo 37-Sensors. K dispozici samostatně online.)
• 3 propojovací vodiče s vnitřními kontakty na obou koncích. (zahrnuta)
• Některé LED diody (součástí dodávky; zobrazeny na dalších fotografiích níže)

Krok 2: Zapojte vše

A. Připojení MakerBit

Zatlačte micro: bit do MakerBit. K připojení k počítači budete pro účely programování potřebovat USB kabel, který je součástí balení. Poté, co ho naprogramujete, můžete zařízení provozovat pouze s 9voltovou baterií.

Zapojte kombinovaný plochý kabel LED do konektoru černé zásuvky pro LED 11-16. Zapojte 3-zásuvkový konektor tří propojovacích vodičů do černého, červeného a bílého sloupku na konektoru v řádku označeném A0. Černá je pro GND (uzemnění), červená pro +5v a bílá pro „signál“, což bude analogový pin 0).

Ještě není čas připojit baterii, ale druhá fotografie ukazuje, kam půjde.

B. Připojte snímač vlhkosti

Ostatní konce vodičů musí jít specifickým způsobem na tři kolíky senzoru, jak je znázorněno na třetí fotografii. Připojte kolík označený „S“k bílému sloupku na MakerBit. Připojte kolík „+“k červenému sloupku. Nakonec připojte kolík „ -“k černému sloupku. Abychom udrželi pořádek, použili jsme dráty stejné barvy jako sloupky.

C. Vložte diody LED do plochého kabelu

Používáme 4 světla: jedno červené, jedno žluté, dvě zelené. Všimněte si, že každá LED má dva piny. Jeden kolík je kratší než druhý. Věnujte pozornost krátkému kolíku. Jde do konektoru na straně, která má malý trojúhelník.

Kód v tomto projektu používá čtyři konektory uprostřed kabelu, konektory pro piny 11, 12, 13 a 14. Prohlédněte si štítky u černé zásuvky na MakerBit a zjistěte, který pár kolíků je součástí každého čísla pinu. Poté prostudujte kabel a zjistěte, jak se dráty vztahují k kolíkům. Tip: černobílý pár se připojuje ke kolíku 12. Fotografie ukazují, které vodiče použít.

Pátá fotografie ukazuje vše připojené a připravené jít.

Krok 3: Pochopte plán

Vodní senzor v tomto projektu má síť elektrických kontaktů, které jsou od sebe drženy jen nepatrně. Když je suchý, je to jako otevřený vypínač. Když je mokrá, voda vede elektřinu mezi kontakty. Čím hlouběji se dostane, tím více kontaktů zvlhne a je schopno vést elektrický proud. Tímto způsobem může senzor indikovat hladinu vody jako odpor vůči toku elektřiny, který se zvyšuje nebo snižuje se změnou hloubky. Na senzoru je několik jednoduchých přídavných obvodů, které zesilují citlivost detektoru na vlhkost a hlásí množství vlhkosti na analogový pin micro: bitu (prostřednictvím MakerBit) jako číslo.

Nula znamená, že snímač je suchý, to znamená, že má největší odpor. Číslo větší než nula znamená, že senzor detekuje vodu. Čím je voda hlubší, tím je číslo větší. S rostoucím počtem zapínáme světla a při snižování počtu zhasínáme.

Naše testy ukázaly, že čtení senzoru se zvyšuje a snižuje podle očekávání v reakci na změny hladiny vody. Citlivější se stává, když voda klesá nízko a velmi jasně ukazuje, kdy je suchá. To poskytuje dostatek informací k vytvoření obecné představy o vodní situaci. Nespoléhali bychom na to, že tento senzor přesně měří hladinu hluboké vody. Naštěstí pro naše účely nepotřebujeme znát přesnou hloubku.

Jednoduchý displej se čtyřmi LED diodami nám napoví, kdy by strom mohl potřebovat více vody. Naše má na základně červenou LED, pak žlutou, na jejímž konci jsou dvě zelené. V plánu je tato světla zapínat a vypínat, jak hladina vody pod stromem stoupá a klesá. Zelená indikuje přítomnost vody. Žlutá naznačuje nízkou hladinu vody. Červená znamená suchá.

Krok 4: Sestavte displej

Tato část je ponechána na vaší fantazii. Ukážeme, co jsme dokázali. Můžete použít staré přání nebo prostě cokoli.

Vyřízněte malý strom a propíchněte otvory, aby držely čtyři LED diody. Zatlačte LED diodu zpoza ozdoby, ale ne úplně skrz, jen po okraj na základně LED. Přidržte diody LED na místě s trochou pásky na zadní straně. V tomto odkazu najdete užitečné informace o instalaci LED diod.

Krok 5: Kód

Online editor blokového stylu MakeCode pro tento projekt funguje velmi dobře. Na obrázku je snímek obrazovky kódu.

Editor můžete otevřít v okně prohlížeče s již načteným kódem připraveným k úpravám pomocí tohoto odkazu: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Co dělá kód?

V sekci Start říká micro: bit, aby nepoužíval vestavěný LED displej. Tato instrukce uvolňuje digitální piny, které můžeme použít v našem projektu. Poté rozsvítí červenou LED (kolík 11) a ostatní tři diody vypne.

V sekci Forever čte číselnou hodnotu pocházející ze senzoru na pinu 0. Poté řada bloků „If… Then“tuto hodnotu porovnává s (poněkud libovolnými) konstantami, které jsme experimentálně určili ponořením senzoru do vody a ven. Nebojte se dále experimentovat s různými hodnotami těchto konstant.

Když se hodnota senzoru zvětší, program rozsvítí více LED diod. Když se hodnota zmenšuje, vypne se.

Je dobrou praxí kódování zahrnout blok pauzy do věčné smyčky. Pauza umožňuje mikro: bit příležitost krátkodobě pracovat na jiných věcech. Tento kód se pozastaví na 1 000 milisekund, což je jedna sekunda, což znamená, že kontrolujeme hladinu vody 60krát za minutu.

Pomocí editoru MakeCode zkompilovejte kód a poté jej nahrajte do MakerBit. Tento odkaz se připojuje k oficiálnímu průvodci, jak to udělat.

Krok 6: Podívejte se na to !

Připojte baterii k MakerBit a vložte senzor do vody. Dávejte pozor, abyste do vody vložili pouze konec s kovovými proužky. Udržujte elektronické součásti suché na konci, kde se spojují vodiče.

PŘEČTĚTE SI BEZPEČNOSTNÍ UPOZORNĚNÍ: Suchý strom představuje nebezpečí požáru. Může vzplanout a spálit váš dům. Při rozhodování o tom, kdy váš strom potřebuje vodu, byste se neměli spoléhat pouze na snímač hladiny vody. Sestava popsaná v tomto článku slouží pouze pro ilustraci a má ukázat, jak mohou senzory hladiny vody fungovat při každodenním používání. Zařízení, jako je toto, však nemohou strom chránit před vyschnutím. Stále budete muset svůj strom vizuálně zkontrolovat a udržovat bezpečné vyhlídky, abyste zajistili, že váš strom bude mít potřebnou vodu.

Umístěte senzor do nádrže pod strom a nastavte displej tak, abyste jej mohli vidět. Když strom pravidelně kontrolujete, všimněte si, jak se mění diody LED při změně hladiny vody. Tyto informace vám mohou pomoci zjistit, jak senzory fungují, a mohou vám připomenout, abyste zkontrolovali vodu pod stromem.

Krok 7: Pro pedagogy: STEAM výzvy a navrhované standardy

PARNÍ VÝZVY

Výzva výrobce: prodlužte dráty vedoucí k displeji, abyste jej mohli skutečně zavěsit výše na skutečný strom.

Náročnost nástroje: Seznamte se se svým MakerBitem! LED diody můžete připojit k jakémukoli digitálnímu pinu MakeBit pomocí zásuvek a kabelu připojeného ke konektoru black boxu MakerBit. Tento příklad použil čísla 11 až 14. Můžete změnit nastavení a kódování tak, aby používaly různé piny, řekněme, čísla 5 až 8?

Vědecká výzva: Prozkoumejte chování senzoru. Proveďte následující experimenty.

1. Senzor důkladně osušte a poté jej vložte do vody v měřených krocích, například po jednom milimetru. Zaznamenejte si hloubku, ve které se každé světlo rozsvítí.
2. Senzor znovu důkladně osušte. Poté jej ponořte do vody až k horní části kovových pruhů. Odebírejte jej v měřených krocích, například po jednom milimetru. Zaznamenejte si hloubku, ve které se každé světlo vypne.
3. Vyhodnoťte data, která jste shromáždili. Reagují světla na stejnou hladinu vody v obou směrech? Pokud se čísla neshodují, vytvořte si seznam možných vysvětlení chování, které pozorujete.

Matematická výzva: Vypočítejte počet milisekund, které byste museli vložit do bloku pauzy, abyste mohli kontrolovat vodu jen jednou za minutu nebo jednou za hodinu.

Technická výzva: Zamyslete se nad různými způsoby, jak by bylo možné toto zařízení použít. Bude rozdíl ve čteních vyplývajících ze směru ponoru záležet na skutečné aplikaci tohoto zařízení? Proč nebo proč ne?

Technická výzva: kulatá zástrčka na MakerBit vám umožňuje připojit stejnosměrný zdroj energie kdekoli od šesti do dvanácti voltů. Malá devítivoltová baterie nemusí vydržet dlouho. Jaký další zdroj energie byste mohli připojit, aby vodní senzor fungoval nepřetržitě?

Problém s kódováním: jak byste změnili kód, aby se rozsvítila pouze jedna LED: zelená, žlutá nebo červená v závislosti na vodní hladině? Jak se změní chování zobrazení, pokud změníte konstanty v kódu?

Výtvarná výzva: ozdobte ozdobu displeje nebo navrhněte něco jiného, co vypadá úplně jinak! Testem dobrého designu displeje je, že dělá informace zřejmé.

NORMY

NGSS (Standardy vědy příští generace)

4-PS3-4. Aplikujte vědecké nápady při navrhování, testování a zdokonalování zařízení, které převádí energii z jedné formy do druhé.

ISTE

4a Studenti znají a používají záměrný proces navrhování pro generování myšlenek, testování teorií, vytváření inovativních artefaktů nebo řešení autentických problémů.

5b Studenti shromažďují data nebo identifikují relevantní soubory dat, používají je k analýze pomocí digitálních nástrojů a reprezentují data různými způsoby, aby usnadnili řešení problémů a rozhodování.