Crazy Circuits: un sistema d'aprenentatge electrònic de codi obert: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Per BrownDogGadgetsBrownDogGadgets Segueix-ne més per l'autor:

Quant a: Abans ensenyava ciències de l'escola mitjana, però ara dirigeixo el meu propi lloc web en línia de ciències educatives. Em passo els dies dissenyant nous projectes perquè els estudiants i Makers puguin muntar-los. Més informació sobre BrownDogGadgets »

El mercat educatiu i domèstic està inundat de sistemes d’aprenentatge de l’electrònica modular dissenyats per ensenyar a nens i adults conceptes clau STEM i STEAM. Productes com LittleBits o Snapcircuits semblen dominar totes les guies de regals de vacances o els blocs de pares per a joguines educatives. Tanmateix, aquests sistemes sempre inclouen un preu elevat i molts se senten més com a joguines que com a eines d’aprenentatge.

Fa uns tres anys vam començar a dissenyar Crazy Circuits com un sistema de baix cost, reutilitzable, modular, sense soldadura, divertit, que es podria utilitzar com a eina d'aprenentatge real. Volíem alguna cosa que els pares i els professors poguessin integrar fàcilment amb kits que ja tenien o que fossin econòmics per als components de la plataforma. Alguna cosa per gaudir tant de la comunitat Maker com de l’adult mitjà.

Al final, Crazy Circuits era tot el que esperàvem i molt més. El sistema funcionava perfectament amb qualsevol entorn basat en LEGO, es podia utilitzar fàcilment amb fil conductor per cosir i es podia escalar fàcilment des de circuits simples fins a la programació bàsica. Ah, i va ser divertit d’utilitzar, cosa que ens va facilitar tota la vida.

En aquesta redacció us mostrarem com hem dissenyat els components de Crazy Circuits, el nostre currículum, com podeu crear i dissenyar les vostres pròpies peces i les maneres en què Crazy Circuits funciona amb altres sistemes.

Divulgació completa: venem peces i kits de Crazy Circuits, però podeu utilitzar fàcilment els nostres fitxers de codi obert per crear els vostres propis taulers o dissenyar les vostres pròpies peces. Podeu utilitzar aquest sistema per a tot tipus de coses i mai no ens envieu ni un cèntim.

Regala: estem provant alguna cosa nova el 2019. Regalem peces i kits gratuïts a persones (només residents als EUA) que ens segueixen a instructables, facebook, instagram i youtube. El més probable és que regalem un parell de kits complets, peces acabades i PCB en blanc. Simplement seguiu o subscriviu-vos i començarem a regalar coses.

Pas 1: Filosofia darrere dels circuits bojos

Quan feia de professor, em molestava molt que no pogués permetre’s sistemes electrònics de luxe per a la meva classe, tot i que cada conferència o servei d’ensenyament al qual assistia els recomanava. Simplement no tenia un pressupost per a un kit de 100 dòlars que venia amb cinc parts i, en el millor dels casos, mantindria ocupats tres estudiants durant cinc minuts. Vaig acabar fent el que fan la majoria de professors de ciències i vaig comprar peces brutes barates a eBay i Amazon, però això em va obligar a fer moltes noves planificacions de lliçons i treballs de disseny d'activitats. També vaig trobar que els meus estudiants més joves tenien dificultats per embolicar el cap al voltant de taulers.

Finalment, vaig poder obtenir finançament per comprar alguns kits de LittleBits per utilitzar-los amb el meu club de ciències després de l'escola. Van ser divertits d’utilitzar (i, per ser sincer, un sistema ben preparat), però quan vaig demanar als meus estudiants de secundària que expliquessin com funcionaven, vaig rebre la meva resposta favorita de l’any: “No ho sé, imants?”. Es tractava de nens que havien estat construint circuits complicats setmanes abans, tot i que LittleBits semblava més una joguina que qualsevol altra cosa.

Quan vam començar a fer pluja d’idees sobre un sistema modular volíem assegurar-nos que els estudiants fossin conscients de COM interactuaven les parts i que després podien establir paral·lelismes amb les parts comunes. També sabíem que necessitàvem alguna cosa semblant a una pissarra, tot i que era més fàcil embolicar-se amb el cap que una pissarra. També hem hagut de fer-ho divertit i atractiu.

Repte acceptat!

Pas 2: per què LEGO?

"loading =" mandrós"

Per últim, vam haver d’esbrinar com connectar-ho tot. Immediatament vam decidir que odiavem la idea de cables i clips de cocodril; allunyava la senzillesa de tot. Ens va agradar utilitzar cinta conductora, però la cinta de làmina de coure era impossible d’utilitzar. Podríem baixar la cinta, però no tornaria a pujar. Fins i tot vam intentar utilitzar fils conductors, però això va resultar impossible de controlar. Després de moltes hores a Skype amb una fàbrica de cintes a la Xina, vam fabricar una cinta conductora de niló personalitzada (cinta fabricant) que era prou forta com per tornar a pelar, però prou econòmica per ser competitiva amb la cinta de paper de coure comú.

Gràcies al fet que teníem una gran quantitat de PCB de prova amb forats de diferents dimensions asseguts al nostre taller, ràpidament vam poder trobar un espaiat de mida que ens permetés ajustar la pressió mitjançant la cinta conductora de niló. D’aquesta manera, els estudiants havien d’acabar la cinta en un lloc concret: havien de dedicar temps i dissenyar el seu circuit. Aquest aspecte ens va permetre convertir Crazy Circuits en una eina d’aprenentatge, no només en una joguina.

L’ús de cinta de 1/8 de polzada també tenia l’avantatge lateral estrany de permetre circuits de dues capes. Normalment, col·loquem la cinta sobre la part superior dels tacs de LEGO, però la cinta de 1/8 de polzada també funcionava perfectament per anar també ENTRE els tacs de LEGO. La gent podia fer tot tipus de circuits complicats fent servir cinta a LEGO. (Tot i que és una mica incòmode. Si res més, permetia als estudiants "saltar" una línia existent amb només una mica d'esforç.)

Un exemple bàsic de circuit pot utilitzar un interruptor, un suport de bateria i un LED. Per a totes les nostres parts hem utilitzat serigrafia blanca per designar els pols GND (negatius) i el costat de colors per indicar els pols positius. El vídeo anterior em mostra fer un circuit senzill. Col·loqueu la cinta adhesiva, ajusteu-la a la pressió sobre les peces i afegiu més potència.

Pas 5: fil conductor

Durant les proves vam descobrir que el fil conductor funcionava molt bé amb les nostres peces. Resulta que grans forats de coure van fer que la costura conductiva fos molt fàcil. Alguns dels nostres provadors van preferir cosir amb les nostres peces abans que utilitzar-les amb LEGO.

Si mai no heu utilitzat el fil conductor, hauríeu de provar-ho. Normalment és un fil d’acer / niló que es comporta força bé. Costurar-se a mà és bastant fàcil i cosir peces no és més difícil que cosir un botó. Fins i tot hem arribat a fer complicades samarretes interactives amb un Arduino. La part positiva de la costura conductiva és que si realment odi el vostre projecte, sempre podeu treure les peces i utilitzar-les per a una altra cosa.

La nostra activitat "anar a" per als nens és fer-los fer una polsera de botó amb un LED, un suport per a la bateria i un joc de claus. Els brots van al final de la polsera i s’utilitzen per completar el circuit. Hem creat un bon PDF imprimible si algú el vol utilitzar per a tallers o activitats a casa.

Pas 6: tintes i masses conductores

Al principi, estàvem decidits a fer funcionar les nostres peces amb tintes conductores. Això només va funcionar parcialment.

Tinta conductora nua

Aquesta tinta conductora és força similar a la pintura inflada. És fàcil de pintar sobre qualsevol superfície, és bastant econòmic i es pot rentar amb aigua per facilitar la neteja. L’inconvenient és que el grafit no és molt conductor i realment actua com una gran resistència més que res. No hem tingut cap problema en connectar-lo a Crazy Circuits Parts, ja que podríem assecar les taques de tinta sobre els PCB, però teníem problemes en moure el circuit de manera segura.

El que sí que vam acabar fent servir va ser un "punt de contacte" de pintura capacitiva per a les nostres plaques Teensy LC compatibles amb Arduino. Passem cinta des del PCB fins a les taques de pintura i després la gent toca la pintura. Això permet tot tipus de plantilles divertides, pianos de paret o projectes artístics interactius.

Circuit Scribe

Aquesta tinta conductora funciona igual que una ploma de gel platejat, només deixa rastre de paper extremadament conductor. L’avantatge d’aquesta tinta és que els traçats són extremadament conductors i actuen com una ploma real. Els inconvenients són que els bolígrafs són cars, tendeixen a assecar-se i, d’alguna manera, heu de fixar les peces al paper per establir una connexió sòlida.

Originalment teníem alguns imants personalitzats que s’adaptaven als nostres forats LEGO. El nostre repositori GitHub està ple de peces antigues que s’etiqueten com a “compatibles amb imants”. El resultat final va ser un èxit i ens vam adonar que acabàvem de fer males versions de peces electròniques que ja fabricava Circuit Scribe. L’únic avantatge era fer projectes més grans basats en Arduino, ja que Circuit Scribe no produeix cap placa Arduino, però posar massa imants junts va acabar provocant els seus propis problemes.

També ens vam adonar que tot el que estàvem fent amb aquesta tinta podríem fer-ho amb una cinta conductora molt millor.

Squishy Circuits Dough - AKA Dough Conductive

Sempre he trobat que era una excel·lent eina d’aprenentatge per ensenyar electrònica bàsica amb estudiants més joves. L’avantatge de la massa és que és molt entretingut, sobretot amb talladores de galetes. L’inconvenient és que s’asseca (com qualsevol massa) i també és molt resistent.

Tendim a utilitzar la massa de la mateixa manera que fem servir la pintura conductiva nua, com a punt de tacte per a projectes tàctils capacitius. Afegeix un element divertit a la barreja. A més, si feu una massa plana molt gran, el vostre cos reaccionarà amb el circuit ABANS DE tocar-la. De vegades, fins a una polzada de distància. Sempre és divertit veure com la gent intenta esbrinar per què passa.

Pas 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit i plaques sense fils

Feu una ullada ràpida al nostre GitHub Repo i veureu que tenim molts PCB grans dissenyats per treballar amb diversos microcontroladors populars. Una de les nostres principals queixes sobre un munt de sistemes de construcció era / és que permeten que la gent utilitzi un sistema de programació adequat o només us permetin utilitzar una plataforma. Amb el maquinari i el programari en constant evolució, semblava estrany bloquejar la gent o fer-la tirar parts després d’un parell d’anys.

L’elecció més òbvia per començar amb un Arduino Nano (que es va convertir en la nostra junta de robòtica) a causa de la petita mida i preu. Això era perfecte per a una àmplia gamma de projectes de programació, com ara efectes d'il·luminació o servos de gir. Vam decidir també produir una versió més rica en funcions que la utilitzant un Teensy LC, principalment per a capacitats tàctils capacitives. El Teensy LC (Invention Board) també té algunes funcions d’emulació de teclat molt bones i ràpidament hem inventat alguns divertits controladors de jocs. L’any passat fins i tot vam crear un controlador LEGO NES gegant i el vam publicar a Instructables.

Programar és divertit, però no tothom vol passar les molèsties. Vam muntar un tauler dissenyat al voltant d’un xip ATtiny85 preprogramat que només fa que parpelleja i s’esvaeix. La nostra versió de producció utilitza peces SMT, però trobareu una versió de forats passants al nostre Repo. Són útils per a projectes més petits, com ara una lletja camisa de Nadal o algunes estrelles parpellejants.

Una cosa que hem deixat de fer és polir les nostres plaques Raspberry Pi Zero i Micro: Bit. En general, ens agrada Micro: Bit i la comunitat que ha sorgit al seu voltant. Pel que fa a la nostra placa Raspberry Pi Zero … literalment no tenim ni idea de què fer-ne. De debò, algú en fa alguna cosa interessant i us enviarem algunes parts.

També vam tenir la desafortunada idea d’intentar muntar alguns projectes sense fils. Nosaltres, però, junts, les taules del Particle Photon Board, un parell de taules de ploma Adafruit i el tauler comú de NodeMCU. Els hem basat en el mateix disseny bàsic que el nostre Nano PCB amb una fila de capçaleres de pins a la part posterior.

Pas 8: plans de futur?

Actualment ens trobem a la meitat d’una tercera fase de fabricació de peces, amb la majoria de les nostres vendes a escoles, biblioteques i Maker Spaces. Hem rebut molts comentaris sòlids d’usuaris de totes les edats que ens han ajudat a dissenyar millors parts.

Currículum

Una de les sol·licituds més freqüents ha estat la realització d’un pla d’estudis a l’aula. Elaborar projectes és senzill; fer més de sis setmanes de recursos per a estudiants i professors és més difícil. A finals de març publicarem els nostres primers esborranys de currículum al nostre lloc web, de manera gratuïta per a tothom. Tindrem dues pistes, una per a circuits bàsics i una per a programació bàsica. Tots dos estaran centrats al voltant de les nostres peces Crazy Circuits, tot i que es podrien modificar fàcilment per utilitzar-les a les prestatgeries.

Més peces de la línia de producció

Actualment estem rebent sol·licituds de peces noves. El procés és lent, però volem afegir un parell de peces noves a la nostra formació per a finals d’aquest any. Esperem que puguem fabricar alguns potenciòmetres i components NeoPixel i començar a afegir-los als nostres kits. Hem tingut la sort de tenir alguns fans entusiastes que han dissenyat els seus propis components i els han compartit amb nosaltres, i esperem que en el futur hi hagi més gent.

Compromís amb el codi obert

Pot semblar que batem un cavall mort, però ens agrada molt que els nostres components siguin de codi obert. Continuarem afegint fitxers de recursos, currículum i disseny al nostre projecte. Realment esperem que tant els usuaris noice com avançats puguin començar a crear les seves pròpies peces o modificar-les per a nous projectes.

Accèssit al Concurs PCB