Çılgın Devreler: Açık Kaynak Elektronik Öğrenme Sistemi: 8 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsTakip Yazar tarafından daha fazlası:

Hakkında: Eskiden ortaokul fen dersi verirdim, ama şimdi kendi çevrimiçi eğitim bilimi web sitemi işletiyorum. Günlerimi öğrenciler ve Maker'ların bir araya getirmesi için yeni projeler tasarlayarak geçiriyorum. BrownDogGadget'lar Hakkında Daha Fazla Bilgi »

Eğitim ve ev piyasası, çocuklara ve yetişkinlere temel STEM ve STEAM kavramlarını öğretmek için tasarlanmış modüler elektronik 'öğrenme' sistemleriyle dolup taşıyor. LittleBits veya Snapcircuits gibi ürünler, her tatil hediye rehberine veya eğitici oyuncaklar için ebeveyn bloguna hükmediyor gibi görünüyor. Bununla birlikte, bu sistemler her zaman yüksek bir fiyat etiketi ile birlikte gelir ve çoğu, öğrenme araçlarından çok oyuncak gibi hisseder.

Yaklaşık üç yıl önce Crazy Circuits'i gerçek bir öğrenme aracı olarak kullanılabilecek düşük maliyetli, yeniden kullanılabilir, modüler, lehimsiz, eğlenceli bir sistem olarak tasarlamaya başladık. Ebeveynlerin ve öğretmenlerin, halihazırda sahip oldukları veya raftan satın alınabilecek ucuz bileşenlerle kolayca entegre edebilecekleri bir şey istedik. Hem Maker Topluluğunun hem de ortalama bir yetişkinin keyif alacağı bir şey.

Sonunda Crazy Circuits, umduğumuz her şey ve daha fazlasıydı. Sistem herhangi bir LEGO tabanlı ortamla kusursuz çalıştı, dikiş için iletken iplikle kolayca kullanılabilir ve basit devrelerden temel programlama yoluyla kolayca ölçeklenebilir. Oh, ve kullanımı da eğlenceliydi, bu da hayatımızı kolaylaştırdı.

Bu yazıda size Crazy Circuits bileşenlerini nasıl tasarladığımızı, müfredatımızı, kendi parçalarınızı nasıl yapıp tasarlayabileceğinizi ve Crazy Circuits'in diğer sistemlerle nasıl çalıştığını göstereceğiz.

Tam açıklama: Crazy Circuits parçalarını ve kitlerini satıyoruz, ancak kendi panolarınızı oluşturmak veya kendi parçalarınızı tasarlamak için Açık Kaynak dosyalarımızı kolayca kullanabilirsiniz. Bu sistemi her türlü şey için kullanabilir ve bize asla tek kuruş gönderemezsiniz.

Give Aways: 2019'da yeni bir şey deniyoruz. Bizi talimatlar, facebook, instagram ve youtube'da takip eden kişilere (yalnızca ABD'de ikamet edenlere) ücretsiz parçalar ve kitler veriyoruz. Büyük olasılıkla birkaç tam kit, bitmiş parça ve boş PCB vereceğiz. Sadece takip edin veya abone olun, bir şeyler vermeye başlayalım.

Adım 1: Çılgın Devrelerin Arkasındaki Felsefe

Öğretmenken, katıldığım her öğretim konferansı ya da hizmet içi hizmet onları önermeye devam etse de, sınıfım için süslü elektronik sistemleri karşılayamadığım için gerçekten sinirlendim. Beş parçadan oluşan ve en iyi ihtimalle üç öğrenciyi beş dakika meşgul edecek 100 dolarlık bir kit için bütçem yoktu. Çoğu fen bilgisi öğretmeninin yaptığını yaptım ve eBay ve Amazon'dan ucuz ham parçalar satın aldım ama bu benim bir sürü yeni ders planlama ve etkinlik tasarımı çalışması yapmamı gerektirdi. Ayrıca küçük öğrencilerimin ekmek tahtalarına kafalarını sarmakta zorlandıklarını da gördüm.

Sonunda, okul sonrası bilim kulübümde kullanmak üzere bazı LittleBits kitleri satın almak için biraz fon bulabildim. Kullanması eğlenceliydi (ve dürüst olmak gerekirse, iyi bir araya getirilmiş bir sistem), ancak ortaokul öğrencilerimden nasıl çalıştıklarını açıklamalarını istediğimde yılın en sevdiğim cevabını "Bilmiyorum, mıknatıslar?" Aldım. Bunlar, haftalar önce bazı karmaşık devreler inşa eden çocuklardı, ancak LittleBits her şeyden çok bir oyuncak gibi çıktı.

Modüler bir sistem üzerinde beyin fırtınası yapmaya başladığımızda, öğrencilerin parçaların NASIL etkileşim içinde olduğunun farkında olduklarından ve ardından ortak parçalara paralellikler çizebildiklerinden emin olmak istedik. Ayrıca, devre tahtasına benzer bir şeye ihtiyacımız olduğunu biliyorduk, ancak kafalarını sarmak gerçek bir devre tahtasından daha kolaydı. Ayrıca eğlenceli ve ilgi çekici hale getirmemiz gerekiyordu.

Meydan okuma kabul edilmiştir!

2. Adım: Neden LEGO?

"yükleniyor="tembel"

Son olarak, her şeyi nasıl birbirine bağlayacağımızı bulmamız gerekiyordu. Hemen teller ve timsah klipsleri fikrinden nefret ettiğimize karar verdik; her şeyin basitliğinden uzaklaştı. İletken bant kullanmayı sevdik ama bakır folyo bandı kullanmak imkansızdı. Kaseti indirebilirdik ama bir daha geri gelmezdi. İletken iplik kullanmayı bile denedik ama bunu kontrol etmenin imkansız olduğu ortaya çıktı. Çin'deki bir bant fabrikasıyla Skype'ta uzun saatler geçirdikten sonra, tekrar soyulabilecek kadar güçlü, ancak yaygın bakır folyo bantla rekabet edebilecek kadar ucuz olan bazı özel Naylon İletken Bant (Yapımcı Bant) ürettik.

Atölyemizde oturan farklı boyutlarda deliklere sahip çok sayıda test PCB'sine sahip olduğumuz gerçeği sayesinde, Naylon İletken Bant kullanarak basınç uydurmamızı sağlayan bir boyut aralığını hızla bulabildik. Bu şekilde öğrenciler bantlarını belirli bir noktada bitirmek zorunda kaldılar: gerçekten zaman ayırmaları ve devrelerini tasarlamaları gerekiyordu. Bu özellik, Çılgın Devreleri sadece bir oyuncak değil, bir öğrenme aracına dönüştürmemize izin verdi.

1/8 inçlik bandın kullanılması, iki katmanlı devrelere izin vermenin garip yan yararına da sahipti. Normalde bandı LEGO çıtçıtlarının ÜST kısmına yerleştirirdik, ancak 1/8 inçlik bant da LEGO çıtçıtlarının ARASINDA gitmek için mükemmel bir şekilde çalıştı. İnsanlar LEGO'da bant kullanarak her türlü karmaşık devreyi yapabilirdi. (Biraz garip olsa da. Başka hiçbir şey olmasa da, öğrencilerin mevcut bir çizgiyi sadece biraz çaba ile 'atlamalarına' izin verdi.)

Temel bir örnek devre, bir anahtar, pil tutucu ve bir LED kullanabilir. Tüm parçalarımız için GND (Negatif) kutuplarını belirtmek için beyaz ipek tarama ve Pozitif kutupları belirtmek için renkli tarafı kullandık. Yukarıdaki video bana basit bir devre yapmayı gösteriyor. Bandı yerleştirin, parçalara bastırın, güç ekleyin.

Adım 5: İletken İplik

Test sırasında iletken ipliğin parçalarımızla gerçekten iyi çalıştığını keşfettik. Büyük bakır kaplama deliklerin iletken dikişi gerçekten kolaylaştırdığı ortaya çıktı. Test uzmanlarımızdan bazıları, LEGO ile kullanmak yerine parçalarımızla dikiş dikmeyi tercih etti.

İletken İpliği daha önce hiç kullanmadıysanız denemelisiniz! Tipik olarak oldukça iyi ileten bir çelik/naylon ipliktir. Bununla elle dikiş yapmak oldukça kolaydır ve parçaları dikmek, düğme dikmekten daha zor değildir. Arduino kullanarak karmaşık etkileşimli gömlekler yapacak kadar ileri gittik. İletken dikişin güzel yanı, projenizden gerçekten nefret ediyorsanız, parçaları her zaman çıkarabilir ve başka bir şey için kullanabilirsiniz.

Çocuklara yönelik 'gitme' etkinliğimiz, bir LED, bir pil tutucu ve bir dizi çıtçıt kullanarak düğmeli bir bileklik yapmalarını sağlamaktır. Çıtçıtlar bileziğin ucunda yer alır ve devreyi tamamlamak için kullanılır. Atölye çalışmaları veya ev etkinlikleri için kullanmak isteyen varsa güzel, yazdırılabilir bir PDF hazırladık.

Adım 6: İletken Mürekkepler ve Hamurlar

Başlangıçta, parçalarımızı iletken mürekkeplerle çalıştırmaya kararlıydık. Bu sadece kısmen çalıştı.

Çıplak İletken Mürekkep

Bu iletken mürekkep, kabarık boyaya oldukça benzer. Herhangi bir yüzeye boyamak kolaydır, oldukça ucuzdur ve kolay temizlik için suyla yıkanabilir. Dezavantajı, grafitin çok iletken olmaması ve gerçekten her şeyden çok büyük bir direnç gibi davranmasıdır. PCB'lerin üzerinde mürekkep lekelerinin kurumasına neden olabileceğimizden, onu Crazy Circuits Parts'a bağlarken herhangi bir sorun yaşamadık, ancak devrede gücü güvenli bir şekilde hareket ettirmekte sorun yaşadık.

Arduino uyumlu Teensy LC kartlarımız için kapasitif bir boya "temas noktası" olarak kullandık. PCB'den boya lekelerine bant çekiyoruz ve sonra insanlar boyaya dokunuyor. Bu, her türlü eğlenceli şablonlara, duvar piyanolarına veya etkileşimli sanat projelerine izin verir.

Devre Yazıcısı

Bu iletken mürekkep, tıpkı bir gümüş jel kalem gibi çalışır, ancak kağıt üzerinde son derece iletken izler bırakır. Bu mürekkebin iyi yanı, izlerin son derece iletken olması ve gerçek bir kalem gibi hareket etmesidir. Dezavantajları ise kalemlerin pahalı olması, kurumaya meyilli olması ve sağlam bir bağlantı kurmak için parçalarınızı bir şekilde kağıda sıkıştırmanız gerektiğidir.

Başlangıçta LEGO deliklerimize uyan bazı özel mıknatıslarımız vardı. GitHub Depomuz, "mıknatıs uyumlu" olarak etiketlenmiş eski parçalarla doludur. Sonuç vuruldu ya da kaçırıldı ve Circuit Scribe'ın zaten yapmış olduğu elektronik parçaların kötü versiyonlarını yaptığımızı fark ettik. Tek fayda, daha büyük Arduino tabanlı projeler yapmaktı çünkü Circuit Scribe herhangi bir Arduino kartı üretmedi, ancak çok fazla mıknatısı birbirine yakın koymak kendi sorunlarına neden oldu.

Ayrıca bu mürekkeple yaptığımız her şeyi iletken bantla çok daha iyi yapabileceğimizi fark ettik.

Yumuşacık Devre Hamuru - AKA İletken Hamur

Bunu her zaman genç öğrencilere temel elektronik öğretmek için mükemmel bir öğrenme aracı olarak buldum. Hamurun iyi tarafı, özellikle kurabiye kalıplarıyla oldukça eğlenceli olmasıdır. Dezavantajı ise kuruması (herhangi bir hamur gibi) ve ayrıca oldukça dirençli olmasıdır.

Hamuru, kapasitif dokunmatik projeler için bir Temas Noktası olarak Çıplak İletken Boyayı kullandığımız şekilde kullanma eğilimindeyiz. Karışıma eğlenceli bir unsur ekler. Artı, gerçekten büyük bir düz hamur parçası yaparsanız, vücudunuz dokunmadan ÖNCE devre ile reaksiyona girer. Bazen bir inç kadar uzakta. İnsanların neden olduğunu anlamaya çalışmasını izlemek her zaman eğlencelidir.

Adım 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro:Bit ve Kablosuz Kartlar

GitHub Repo'muza hızlı bir bakış ve bir dizi popüler mikro denetleyiciyle çalışmak üzere tasarlanmış çok sayıda büyük PCB'ye sahip olduğumuzu göreceksiniz. Birçok bina sistemiyle ilgili başlıca şikayetlerimizden biri, insanları bir özel programlama sistemi kullanmaya zorlamaları veya yalnızca bir platformu kullanmanıza izin vermeleridir. Sürekli gelişen donanım ve yazılımla, insanları kilitlemek veya birkaç yıl sonra parçaları attırmak garip görünüyordu.

Küçük boyutu ve fiyatı nedeniyle bir Arduino Nano (ki bu bizim Robotik Panomuz oldu) ile başlamak için en bariz seçim. Bu, aydınlatma efektleri veya servoları döndürme gibi çok çeşitli programlama projeleri için mükemmeldi. Ayrıca, esas olarak kapasitif dokunma yetenekleri için Teensy LC kullanan daha zengin özelliklere sahip bir sürüm üretmeye karar verdik. Teensy LC'nin (Invention Board) bazı güzel klavye öykünme özellikleri de var ve onu kullanarak hızlı bir şekilde eğlenceli oyun denetleyicileri oluşturduk. Geçen yıl dev bir LEGO NES kontrol cihazı bile yaptık ve bunu Instructables'ta yayınladık.

Programlama eğlencelidir, ancak herkes güçlükle uğraşmak istemez. Sadece yanıp sönen ve sönen, önceden programlanmış bir ATtiny85 çipi etrafında tasarlanmış bir kartı bir araya getirdik. Üretim versiyonumuz SMT parçalarını kullanır, ancak Repo'muzda açık delikli bir versiyon bulacaksınız. Çirkin bir Noel gömleği veya parıldayan yıldızlar gibi daha küçük projeler için kullanışlıdırlar.

Yapmayı ihmal ettiğimiz bir şey, Raspberry Pi Zero ve Micro:Bit panolarımızı cilalamak. Genel olarak Micro:Bit'i ve onun etrafında gelişen topluluğu seviyoruz. Raspberry Pi Zero kartımıza gelince… onunla ne yapacağımıza dair hiçbir fikrimiz yok. Cidden, birisi bununla ilginç bir şey yapsın ve biz de size bazı parçalar gönderelim.

Ayrıca bazı kablosuz projeleri bir araya getirmeye çalışmak gibi tuhaf bir fikrimiz vardı. Particle Photon Board, birkaç Adafruit Feather Board ve ortak NodeMCU board için panoları birlikte kullanıyoruz. Bunları, arka tarafında bir dizi pin başlığı bulunan Nano PCB ile aynı temel tasarıma dayandırdık.

Adım 8: Gelecek Planları?

Şu anda satışlarımızın çoğunun okullara, kütüphanelere ve Maker Spaces'e gittiği üçüncü bir parça üretim sürecinin ortasındayız. Her yaştan kullanıcıdan daha iyi parçalar tasarlamamıza yardımcı olan çok sayıda sağlam geri bildirim aldık.

Müfredat

En yaygın taleplerden biri, sınıfa hazır müfredat için olmuştur. Projeler oluşturmak basittir; öğrenciler ve öğretmenler için altı haftalık kaynak oluşturmak daha zordur. Mart ayının sonunda, herkesin kullanması için ücretsiz olarak ilk müfredat taslaklarımızı web sitemizde yayınlayacağız. Biri temel devre, diğeri temel programlama için olmak üzere iki yolumuz olacak. Her ikisi de Crazy Circuits parçalarımızın etrafında toplanacak, ancak raf parçalarının dışında kullanmak için kolayca değiştirilebilirler.

Daha Fazla Üretim Hattı Parçası

Şu anda yeni parça talepleri alıyoruz. Süreç yavaş ama bu yıl için dizimize birkaç yeni parça eklemek istiyoruz. Umarım bazı Potansiyometreler ve NeoPixel Bileşenleri üretebilir ve bunları kitlerimize eklemeye başlayabiliriz. Kendi bileşenlerini tasarlayan ve bizimle paylaşan bazı coşkulu hayranlarımız olduğu için şanslıyız ve gelecekte daha fazla insanın olacağını umuyoruz.

Açık Kaynak Taahhüdü

Ölü bir atı yeniyormuşuz gibi gelebilir, ancak bileşenlerimizin Açık Kaynak olmasını gerçekten seviyoruz. Proje kaynaklarımıza, müfredatımıza ve tasarım dosyalarımıza eklemeye devam edeceğiz. Hem yeni hem de ileri düzey kullanıcıların kendi parçalarını oluşturmaya veya yeni projeler için değiştirmeye başlayabileceğini gerçekten umuyoruz.

PCB Yarışmasında İkincilik Ödülü