Խենթ սխեմաներ. Էլեկտրոնիկայի բաց կոդով ուսուցման համակարգ. 8 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

BrownDogGadgetsBrownDogGadgets Հետևեք հեղինակի ավելին

Մասին. Նախկինում դասավանդում էի միջին դպրոցի գիտություն, բայց այժմ ես վարում եմ իմ առցանց կրթական գիտական կայքը: Ես օրերս ծախսում եմ ուսանողների և Ստեղծագործների համատեղ նախագծման նոր նախագծերի նախագծման վրա: Ավելին BrownDogGadgets- ի մասին »

Կրթության և տնային շուկան ողողված է մոդուլային էլեկտրոնիկայի «ուսուցման» համակարգերով, որոնք նախատեսված են երեխաներին և մեծահասակներին սովորեցնելու հիմնական STEM և STEAM հասկացությունները: Թվում է, թե այնպիսի ապրանքներ, ինչպիսիք են LittleBits- ը կամ Snapcircuits- ը, գերակշռում են տոնական նվերների ուղեցույցում կամ կրթական խաղալիքների ծնողների բլոգում: Այնուամենայնիվ, այս համակարգերը միշտ ունենում են թանկ գին և շատերն իրենց ավելի շատ զգում են խաղալիք, քան ուսուցման գործիք:

Մոտ երեք տարի առաջ մենք սկսեցինք նախագծել Crazy Circuits- ը որպես էժան, բազմակի օգտագործման, մոդուլային, ոչ զոդման, զվարճալի համակարգի, որը կարող էր օգտագործվել որպես ուսուցման իրական գործիք: Մենք ցանկանում էինք մի բան, որը ծնողները և ուսուցիչները կարողանային հեշտությամբ ինտեգրվել արդեն իսկ ձեռք բերված հավաքածուներին կամ դարակի բաղադրիչներից էժան: Ինչ -որ բան կարող է վայելել ինչպես Ստեղծող համայնքը, այնպես էլ միջին չափահաս մարդը:

Ի վերջո, Crazy Circuits- ը այն ամենն էր, ինչին մենք հույս ունեինք և ավելին: Համակարգն անթերի էր աշխատում LEGO- ի վրա հիմնված ցանկացած միջավայրի հետ, հեշտությամբ կարող էր օգտագործվել կարի համար հաղորդիչ թելերով և հեշտությամբ փոքրացել էր հիմնական սխեմաներից մինչև հիմնական ծրագրավորման միջոցով: Օ,, և հաճելի էր նաև այն օգտագործել, ինչը հեշտացրեց մեր ամբողջ կյանքը:

Այս գրառման մեջ մենք ձեզ ցույց կտանք, թե ինչպես ենք մենք նախագծել Crazy Circuits- ի բաղադրիչները, մեր ուսումնական ծրագիրը, ինչպես կարող եք պատրաստել և նախագծել ձեր սեփական մասերը, և ինչպես Crazy Circuits- ն աշխատում է այլ համակարգերի հետ:

Ամբողջական բացահայտում. Մենք վաճառում ենք Crazy Circuits- ի մասեր և հավաքածուներ, սակայն դուք կարող եք հեշտությամբ օգտագործել մեր Բաց կոդով ֆայլերը `ձեր սեփական տախտակները կազմելու կամ ձեր սեփական մասերը նախագծելու համար: Դուք կարող եք օգտագործել այս համակարգը ամեն տեսակի իրերի համար և երբեք մեզ ոչ մի կոպեկ չուղարկել:

Give Aways. Մենք փորձում ենք ինչ -որ նոր բան 2019 -ին: Մենք անվճար մասեր և փաթեթներ ենք նվիրում այն մարդկանց (միայն ԱՄՆ -ի բնակիչների համար), ովքեր հետևում են մեզ հրահանգներով, facebook- ով, instagram- ով և youtube- ով: Ամենայն հավանականությամբ, մենք կտրամադրենք մի քանի ամբողջական փաթեթ, պատրաստի մասեր և դատարկ PCB: Պարզապես հետևեք կամ բաժանորդագրվեք, և մենք կսկսենք իրեր նվիրել:

Քայլ 1. Փիլիսոփայություն խելագար սխեմաների հետևում

Երբ ես ուսուցիչ էի, ես իսկապես ջղայնանում էի, որ չէի կարող իմ դասարանի համար գնել էլեկտրոնիկայի շքեղ համակարգեր, չնայած որ յուրաքանչյուր դասախոսական համաժողով կամ ներկա ծառայություն անընդհատ խորհուրդ էր տալիս դրանք: Ես պարզապես չունեի 100 դոլար արժողությամբ հանդերձանքի բյուջե, որը գալիս էր հինգ մասից և լավագույն դեպքում երեք ուսանողի զբաղեցնում էր հինգ րոպե: Ես ավարտեցի այն, ինչ անում են բնագիտության ուսուցիչները և պարզապես գնեցի էժան հումքի մասեր eBay- ից և Amazon- ից, բայց դա ինձանից պահանջեց կատարել դասերի պլանավորման և գործունեության նախագծման բազմաթիվ նոր աշխատանքներ: Ես նաև պարզեցի, որ իմ կրտսեր աշակերտները դժվարությամբ էին գլուխը փաթաթում գրատախտակին:

Ի վերջո, ես կարողացա որոշակի ֆինանսավորում ստանալ LittleBits- ի հավաքածուներ գնելու համար `իմ դպրոցից հետո գիտական ակումբում օգտագործելու համար: Դրանք զվարճալի էին (և, ճիշտն ասած, լավ համակարգված համակարգ), բայց երբ ես միջնակարգ դպրոցի աշակերտներին խնդրեցի բացատրել, թե ինչպես են նրանք աշխատում, ես ստացա տարվա իմ ամենասիրած պատասխանը ՝ «Չգիտեմ, մագնիսներ»: Սրանք երեխաներ էին, ովքեր շաբաթներ առաջ կառուցում էին որոշ բարդ սխեմաներ, սակայն LittleBits- ը ավելի շատ խաղալիք էր, քան որևէ այլ բան:

Երբ մենք սկսեցինք մոդուլային համակարգի ուղեղային փոթորիկը, մենք ուզում էինք համոզվել, որ ուսանողները տեղյակ են, թե ԻՆՉՊԵՍ են փոխազդում մասերը և այնուհետև կարողանում են զուգահեռներ անցկացնել ընդհանուր մասերի հետ: Մենք նաև գիտեինք, որ մեզ հարկավոր է մի բան, որը նման է հացահատիկի, բայց ավելի հեշտ է նրանց գլուխները փաթաթել, քան իսկական հացահատիկը: Մենք նաև պետք է այն դարձնեինք զվարճալի և գրավիչ:

Մարտահրավերն ընդունված է!

Քայլ 2: Ինչու՞ LEGO:

"բեռնում =" ծույլ"

Ի վերջո, մենք պետք է պարզեինք, թե ինչպես միացնել ամեն ինչ միասին: Մենք անմիջապես որոշեցինք, որ ատում ենք լարերի և ալիգատորների ամրակների գաղափարը: այն հեռացրեց ամեն ինչի պարզությունից: Մենք սիրում էինք օգտագործել հաղորդիչ ժապավեն, բայց պղնձե փայլաթիթեղի ժապավենը անհնար էր օգտագործել: Մենք կարող էինք ժապավենը հանել, բայց այն նորից չէր բարձրանա: Մենք նույնիսկ փորձեցինք օգտագործել հաղորդիչ թել, բայց դա անհնար էր վերահսկել: Չինաստանում ժապավենների գործարանով Skype- ից երկար ժամեր անց մենք պատրաստեցինք որոշ հատուկ նեյլոնե հաղորդիչ ժապավեն (պատրաստող ժապավեն), որն այնքան ամուր էր, որ կարող էր նորից պոկվել, բայց բավականին էժան էր, որպեսզի մրցունակ լիներ պղնձե փայլաթիթեղի սովորական ժապավենի հետ:

Շնորհիվ այն բանի, որ մեր արհեստանոցում նստած էին մի շարք փորձնական PCB- ներ ՝ տարբեր չափերի անցքերով, մենք արագորեն կարողացանք գտնել չափի միջակայք, որը թույլ էր տալիս ճնշման համապատասխանեցնել նեյլոնե հաղորդիչ ժապավենը: Այս կերպ ուսանողները պետք է ավարտեին իրենց ժապավենը որոշակի վայրում. Նրանք պետք է իրականում ժամանակ հատկացնեին և նախագծեին իրենց սխեման: Այս ասպեկտը թույլ տվեց մեզ Crazy Circuits- ը դարձնել ուսուցման գործիք, այլ ոչ թե պարզապես խաղալիք:

1/8 դյույմանոց ժապավենի օգտագործումը նաև տարօրինակ կողմնակի առավելություն ուներ ՝ թույլ տալով երկշերտ սխեմաներ: Սովորաբար մենք ժապավենը դնում էինք LEGO գամասեղների վերևում, բայց 1/8 դյույմանոց ժապավենը նույնպես հիանալի էր աշխատում նաև LEGO գամասեղների միջև: Մարդիկ կարող էին բոլոր տեսակի բարդ սխեմաներ պատրաստել ՝ օգտագործելով ժապավեն LEGO- ի վրա: (Թեև մի փոքր անհարմար: Ուրիշ ոչինչ, դա թույլ էր տալիս ուսանողներին «ցատկել» գոյություն ունեցող գիծը միայն մի փոքր ջանք գործադրելով):

Հիմնական օրինակային սխեման կարող է օգտագործել անջատիչ, մարտկոցի կրիչ և LED: Մեր բոլոր մասերի համար մենք օգտագործեցինք սպիտակ մետաքսի ցուցադրում `GND (բացասական) բևեռներ նշանակելու համար, իսկ գունավոր կողմը` դրական բևեռները նշելու համար: Վերոնշյալ տեսանյութը ցույց է տալիս, որ ես մի պարզ միացում եմ անում: Պառկեցրեք ժապավենը, ճնշումը տեղավորեք մասերի վրա, ավելացրեք ուժ:

Քայլ 5. Հաղորդիչ թեմա

Փորձարկման ընթացքում մենք պարզեցինք, որ հաղորդիչ թելը իսկապես լավ էր աշխատում մեր մասերի հետ: Պարզվում է, որ պղնձով պատված մեծ անցքերն իսկապես հեշտացնում էին հաղորդիչ կարը: Մեր որոշ փորձարկողներ նախընտրեցին կարել մեր մասերով, քան դրանք օգտագործել LEGO- ով:

Եթե նախկինում երբեք չեք օգտագործել Conductive Thread, ապա պետք է փորձեք: Դա սովորաբար պողպատե/ նեյլոնե թել է, որը բավականին լավ է անցկացնում: Ձեռքով կարելը բավականին հեշտ է, իսկ մասերը կարելը ավելի դժվար չէ, քան կոճակ կարելը: Մենք նույնիսկ այնքան հեռու ենք գնացել, որ բարդ ինտերակտիվ վերնաշապիկներ ենք պատրաստում Arduino- ի միջոցով: Հաղորդիչ կարի գեղեցիկ մասն այն է, որ եթե դուք իսկապես ատում եք ձեր նախագիծը, միշտ կարող եք հանել մասերը և դրանք օգտագործել այլ բանի համար:

Երեխաների համար «գնալ դեպի» գործունեությունն այն է, որ նրանք պատրաստեն կոճակով սեղմող ապարանջան ՝ օգտագործելով LED, մարտկոցի բռնակ և մի շարք ամրացումներ: Կտրուկները անցնում են ձեռնաշղթայի ծայրին և օգտագործվում են շրջանն ավարտելու համար: Մենք հավաքում ենք տպագրվող գեղեցիկ PDF, եթե որևէ մեկը ցանկանում է այն օգտագործել սեմինարների կամ տնային գործունեության համար:

Քայլ 6: Հաղորդիչ թանաքներ և խմորներ

Սկզբում մենք մեռած էինք մեր մասերը հաղորդիչ թանաքներով աշխատեցնելու հարցում: Սա միայն մասամբ աշխատեց:

Մերկ հաղորդիչ թանաք

Այս հաղորդիչ թանաքը բավականին նման է փքված ներկի: Հեշտ է ներկել ցանկացած մակերևույթի վրա, բավականին էժան է և լվացվում է ջրով ՝ հեշտ մաքրման համար: Թերությունն այն է, որ գրաֆիտը այնքան էլ հաղորդիչ չէ և իրոք գործում է մեծ դիմադրության պես ամեն ինչից: Մենք խնդիրներ չունեինք այն Crazy Circuits Parts- ի հետ միացնելու համար, քանի որ մենք կարող էինք թանաքի կտորները չորացնել PCB- ների վրա, բայց խնդիրներ ունեինք, որ միացումն ապահով կերպով տեղափոխեր շրջան:

Այն, ինչ մենք ի վերջո օգտագործեցինք այն, մեր Arduino- ի հետ համատեղելի Teensy LC տախտակների համար տարողունակ ներկի «հպման կետ» էր: Մենք PCB- ից ժապավեն ենք վարում դեպի ներկի բլբերը, իսկ հետո մարդիկ դիպչում են ներկին: Սա թույլ է տալիս բոլոր տեսակի զվարճալի տրաֆարետներ, պատի դաշնամուրներ կամ ինտերակտիվ արվեստի նախագծեր:

Circuit Scribe

Այս հաղորդիչ թանաքը գործում է այնպես, ինչպես արծաթե գել գրիչը, միայն այն թողնում է թղթի վրա չափազանց հաղորդիչ հետքեր: Այս թանաքի թերությունն այն է, որ հետքերը չափազանց հաղորդիչ են և գործում է որպես իրական գրիչ: Բացասական կողմն այն է, որ գրիչները թանկ են, հակված են չորանալու, և դուք պետք է ինչ -որ կերպ սեղմեք ձեր մասերը թղթի վրա `ամուր կապ հաստատելու համար:

Սկզբում մենք ունեինք որոշ հատուկ մագնիսներ, որոնք տեղավորվում էին մեր LEGO անցքերի միջով: Մեր GitHub Repo- ն լի է ժառանգական մասերով, որոնք պիտակավորված են «մագնիսի հետ համատեղելի»: Վերջնական արդյունքը հարվածեց կամ բաց թողեց, և մենք հասկացանք, որ մենք պարզապես պատրաստել ենք էլեկտրոնիկայի մասերի վատ տարբերակներ, որոնք Circuit Scribe- ն արդեն պատրաստել է: Միակ օգուտը Arduino- ի վրա հիմնված ավելի մեծ նախագծեր կազմելն էր, քանի որ Circuit Scribe- ը չի արտադրում Arduino տախտակներ, բայց չափազանց շատ մագնիսների իրար մոտ դնելը առաջացրեց իր սեփական խնդիրները:

Մենք նաև հասկացանք, որ այն, ինչ անում էինք այս թանաքով, շատ ավելի լավ կարող էինք անել հաղորդիչ ժապավենով:

Squishy Circuits խմոր - AKA հաղորդիչ խմոր

Ես միշտ գտա, որ սա հիանալի ուսուցման գործիք է կրտսեր ուսանողների հետ հիմնական էլեկտրոնիկայի ուսուցման համար: Խմորի հակառակ կողմն այն է, որ այն շատ զվարճալի է, հատկապես թխվածքաբլիթների կտրիչներով: Թերությունն այն է, որ այն չորանում է (ինչպես ցանկացած խմոր) և նաև շատ դիմացկուն է:

Մենք հակված ենք խմորն օգտագործել այնպես, ինչպես օգտագործում ենք Bare Conductive Paint- ը ՝ որպես հպման կետ հպման կարողությունների նախագծերի համար: Այն խառնուրդին ավելացնում է զվարճալի տարր: Բացի այդ, եթե դուք իսկապես մեծ կտոր խմոր պատրաստեք, ձեր մարմինը կարձագանքի շրջագծին, նախքան այն դիպչելը: Երբեմն մինչեւ մեկ սանտիմետր հեռավորության վրա: Միշտ հաճելի է դիտել, թե ինչպես են մարդիկ փորձում հասկանալ, թե ինչու է դա տեղի ունենում:

Քայլ 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit և անլար տախտակներ

Արագ հայացք մեր GitHub Repo- ին և կտեսնեք, որ մենք ունենք շատ մեծ PCB- ներ, որոնք նախատեսված են մի շարք հանրաճանաչ միկրոկարգավորիչների հետ աշխատելու համար: Շատ շինարարական համակարգի վերաբերյալ մեր գլխավոր բողոքներից մեկն այն էր, որ նրանք մարդկանց արգելում են օգտագործել պատշաճ ծրագրավորման համակարգ կամ թույլ են տալիս օգտագործել միայն մեկ հարթակ: Մշտապես զարգացող ապարատային և ծրագրային ապահովումներով տարօրինակ էր թվում մարդկանց կողպելը կամ մի քանի տարի անց նրանց դեն նետելը:

Փոքր չափի և գնի պատճառով Arduino Nano- ով (որը դարձավ մեր Ռոբոտաշինության խորհուրդը) սկսելու ամենաակնառու ընտրությունը: Սա կատարյալ էր ծրագրավորման նախագծերի լայն շրջանակի համար, ինչպիսիք են լուսավորման էֆեկտները կամ մատուցման սերվերը: Մենք որոշեցինք արտադրել նաև ավելի մեծ հնարավորություններով հարուստ տարբերակ, որն օգտագործում է Teensy LC- ն ՝ հիմնականում հպման հզորությամբ հնարավորությունների համար: Teensy LC- ն (Գյուտերի տախտակ) ունի նաև ստեղնաշարի էմուլյացիայի մի քանի գեղեցիկ հատկություններ, և մենք արագորեն ստեղծեցինք որոշ զվարճալի խաղային կարգավորիչներ ՝ օգտագործելով այն: Անցյալ տարի մենք նույնիսկ պատրաստեցինք LEGO NES հսկա հսկիչ և տեղադրեցինք այն Instructables- ում:

Programրագրավորումը հաճելի է, բայց ոչ բոլորը ցանկանում են դժվարությունների միջով անցնել: Մենք միասին հավաքեցինք մի տախտակ, որը նախագծված է նախապես ծրագրավորված ATtiny85 չիպի շուրջ, որը պարզապես թարթում է աչքերը և մարում: Մեր արտադրության տարբերակը օգտագործում է SMT մասեր, սակայն մեր Repo- ում դուք կգտնեք անցքերի տարբերակ: Դրանք հարմար են ավելի փոքր նախագծերի համար, ինչպիսիք են ամանորյա տգեղ վերնաշապիկը կամ որոշ փայլող աստղեր:

Մի բան, որը մենք անտեսել ենք անել, փայլեցնելն է մեր Raspberry Pi Zero և Micro: Bit տախտակները: Ընդհանրապես մեզ դուր է գալիս Micro: Bit- ը և դրա շուրջը ծագած համայնքը: Ինչ վերաբերում է մեր Raspberry Pi Zero տախտակին … մենք բառացիորեն գաղափար չունենք, թե ինչ անել դրա հետ: Եթե լուրջ, ինչ -որ մեկը դրանով ինչ -որ հետաքրքիր բան է պատրաստում, մենք ձեզ որոշ հատվածներ կուղարկենք:

Մենք նաև ունեինք տարօրինակ գաղափար ՝ փորձելու համատեղել որոշ անլար նախագծեր: Մենք, սակայն, միասին պատրաստում ենք Particle Photon Board- ի, Adafruit- ի մի քանի փետուրների տախտակների և ընդհանուր NodeMCU տախտակի տախտակները: Մենք դրանք հիմնեցինք նույն հիմնական դիզայնի վրա, ինչ մեր Nano PCB- ն, որի հետևի մասում տեղադրված էին մի շարք կապի վերնագրեր:

Քայլ 8: Ապագա պլաններ:

Ներկայումս մենք մասերի երրորդ արտադրության փուլում ենք: Մեր վաճառքի մեծ մասը գնում է դպրոցներ, գրադարաններ և Maker Spaces: Մենք ստացել ենք բազմաթիվ հիմնավոր արձագանքներ բոլոր տարիքի օգտվողներից, ինչը մեզ օգնել է նախագծել ավելի լավ մասեր:

Ուսումնական պլան

Ամենատարածված խնդրանքներից մեկը եղել է դասարանին պատրաստ ուսումնական ծրագիրը: Նախագծեր կազմելը պարզ է. աշակերտների և ուսուցիչների համար վեցշաբաթյա ռեսուրսներ կազմելն ավելի դժվար է: Մինչև մարտի վերջ մենք մեր առաջին ուսումնական ծրագրի նախագծերը կտեղադրենք մեր կայքում ՝ անվճար օգտվելու համար: Մենք կունենանք երկու ուղի ՝ մեկը հիմնական միացման և մյուսը հիմնական ծրագրավորման համար: Երկուսն էլ կկենտրոնացվեն մեր Crazy Circuits- ի մասերի շուրջ, սակայն դրանք հեշտությամբ կարող են փոփոխվել `դարակից մասերը օգտագործելու համար:

Արտադրության գծի ավելի շատ մասեր

Ներկայումս մենք ընդունում ենք նոր մասերի հարցում: Գործընթացը դանդաղ է ընթանում, բայց մենք ցանկանում ենք այս տարվա վերջին մի քանի նոր կտոր ավելացնել մեր շարքին: Հուսանք, որ մենք կկարողանանք արտադրել որոշ պոտենցիոմետրեր և NeoPixel բաղադրիչներ և սկսել դրանք ավելացնել մեր հավաքածուներում: Մենք բավական բախտ ունեցանք ունենալու որոշ խանդավառ երկրպագուներ, ովքեր նախագծել են իրենց բաղադրիչները և դրանք կիսել մեզ հետ, և մենք հույս ունենք, որ ապագայում ավելի շատ մարդիկ կունենան:

Պարտավորություն բաց կոդով

Կարող է հնչել, թե մենք ծեծում ենք սատկած ձիուն, բայց մեզ շատ է դուր գալիս, որ մեր բաղադրիչները լինեն բաց կոդով: Մենք շարունակելու ենք ավելացնել մեր ծրագրի ռեսուրսներին, ուսումնական ծրագրին և նախագծման ֆայլերին: Մենք, իրոք, հույս ունենք, որ ինչպես աղմկոտ, այնպես էլ առաջադեմ օգտվողները կարող են սկսել ստեղծել իրենց մասերը կամ փոփոխել դրանք նոր նախագծերի համար:

Երկրորդ մրցանակ PCB մրցույթում