Pot un MakerBit recordar-vos que heu de comprovar l’aigua que hi ha sota l’arbre de Nadal ?: 7 passos

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

Un arbre tallat recentment és una decoració tradicional de vacances a moltes cases. És fonamental mantenir-lo subministrat amb aigua dolça. No seria bo tenir un ornament que us ajudés a recordar que heu de comprovar l’aigua que hi ha sota l’arbre?

Aquest projecte forma part d’una sèrie que mostra com funcionen els dispositius habilitats per computació a la nostra vida diària. Utilitza un MakerBit per demostrar com un simple detector de nivell d’aigua podria indicar un nivell baix d’aigua amb llums en un ornament en forma d’arbre. Els passos que hem seguit es mostren a continuació.

Precaució: només és una demostració d’un concepte. El conjunt que es mostra aquí no està dissenyat ni està dissenyat per evitar que un arbre real s’assequi. Abans de decidir si voleu utilitzar cap sensor de nivell d’aigua amb un arbre real, heu de llegir l’avís de seguretat següent, al pas 6.

Pas 1: reuniu els components

• MakerBit + R de Roger Wagner
• controlador micro: bits (el controlador real s’inclou al kit d’inici MakerBit + R. L’accessori de la caixa de plàstic que es mostra al micro: bit es ven per separat. Per exemple, aquest enllaç en mostra un que es ven a Amazon).
• Cable de cinta (inclòs)
• Connector de bateria de 9 volts (inclòs)
• Bateria de 9 v (inclosa, però també fàcilment disponible)
• Sensor d’aigua (el nostre va arribar al kit Elegoo 37-Sensors. Disponible en línia per separat).
• 3 cables de pont amb contactes femella als dos extrems. (inclòs)
• Alguns LED (inclosos; es mostren en altres fotos, a continuació)

Pas 2: connecteu-ho tot

A. Connexions MakerBit

Introduïu el micro: bit al MakerBit. Necessitareu el cable USB que s’inclou amb ell per connectar-vos a l’ordinador amb finalitats de programació. Després de programar-lo, podeu executar el dispositiu només amb la bateria de 9 volts.

Connecteu el cable de cinta LED mixt a la capçalera de la presa negra per als LED 11-16. Connecteu el connector de tres endolls de tres cables de pont als pals negres, vermells i blancs de la capçalera del pin, a la fila etiquetada A0. El negre és per a GND (terra), el vermell per a + 5v i el blanc per a "senyal", que serà el pin analògic 0).

Encara no és hora de connectar la bateria, però la segona foto mostra cap a on anirà.

B. Connecteu el sensor d'humitat

Els altres extrems dels cables han d’anar als tres pins del sensor d’una manera específica, tal com es mostra a la tercera foto. Connecteu el passador amb l'etiqueta "S" al post blanc del MakerBit. Connecteu el pin "+" al pal vermell. Finalment, connecteu el pin "-" al pal negre. Hem utilitzat cables del mateix color que els pals, per ajudar a mantenir un bon ordre.

C. Introduïu els LED al cable de cinta

Utilitzem 4 llums: un vermell, un groc i dos verds. Fixeu-vos que cada LED té dos pins. Un passador és més curt que l’altre. Presteu atenció al pin curt. Entra al connector del costat que té el petit triangle.

El codi d’aquest projecte utilitza quatre connectors al mig del cable, els dels pins 11, 12, 13 i 14. Examineu les etiquetes del sòcol negre del MakerBit per veure quin parell de pins va amb cada número de pin. A continuació, estudieu el cable per veure com es relacionen els cables amb els pins. Consell: el parell en blanc i negre es connecta al pin 12. Les fotos mostren els cables que cal utilitzar.

La cinquena foto mostra tot el que està connectat i a punt per començar.

Pas 3: entendre el pla

El sensor d'aigua d'aquest projecte té una xarxa de contactes elèctrics que es mantenen una mica separats l'un de l'altre. Quan està sec, és com un interruptor obert. Quan està mullada, l’aigua condueix electricitat entre els contactes. Com més profund es fa, més contactes es mullen i són capaços de conduir electricitat. D’aquesta manera, el sensor pot indicar el nivell de l’aigua com una resistència al flux d’electricitat que augmenta o disminueix a mesura que canvia la profunditat. Hi ha alguns circuits addicionals senzills al sensor que amplifiquen la sensibilitat del detector a la humitat i reporten la quantitat d'humitat al pin analògic del bit micro: (a través del MakerBit) com a número.

Zero significa que el sensor està sec, és a dir, té la major resistència. Un nombre superior a zero significa que el sensor detecta aigua. Com més aigua sigui profunda, més gran serà el nombre. Encenem els llums a mesura que augmenta el nombre i els apaguem a mesura que disminueix.

Les nostres proves van demostrar que la lectura del sensor augmenta i disminueix com s’esperava en resposta als canvis en el nivell de l’aigua. Es fa més sensible quan l’aigua baixa i indica molt clarament quan està seca. Això proporciona informació suficient per formar una idea general de la situació de l'aigua. No confiaríem en aquest sensor per mesurar amb precisió el nivell de les aigües profundes. Afortunadament, no necessitem conèixer la profunditat exacta per als nostres propòsits.

Una senzilla pantalla amb quatre LED ens pot indicar quan l’arbre pot necessitar més aigua. El nostre té un LED vermell a la base, després un de color groc, coronat per dos de color verd. El pla és encendre i apagar aquests llums a mesura que el nivell de l’aigua sota l’arbre puja i baixa. El verd indica que hi ha aigua. El groc suggereix poca aigua. Vermell significa sec.

Pas 4: creeu la pantalla

Aquesta part queda a la vostra imaginació. Mostrarem el que vam fer. Podeu utilitzar una targeta de felicitació antiga o gairebé qualsevol cosa.

Retalla un petit arbre i fica forats per subjectar els quatre LED. Feu passar el LED des de darrere de l’ornament, però no fins al final, fins al llavi de la base del LED. Mantingueu els LEDs al seu lloc amb una mica de cinta a la part posterior. Consulteu aquest enllaç per obtenir informació útil sobre com instal·lar els LED.

Pas 5: el codi

L'editor d'estil de bloc en línia MakeCode funciona molt bé per a aquest projecte. La imatge mostra una captura de pantalla del codi.

Podeu obrir l'editor en una finestra del navegador, amb el codi ja carregat a punt per editar-lo, mitjançant aquest enllaç: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Què fa el codi?

A la secció Inici, indica al micro: bit que no utilitzi la seva pantalla LED integrada. Aquesta instrucció allibera els pins digitals perquè puguem utilitzar-los en el nostre projecte. A continuació, encén el LED vermell (pin 11) mentre s'apaga els altres tres LED.

A la secció Forever, es llegeix el valor numèric que prové del sensor del pin 0. A continuació, una sèrie de blocs "Si … Llavors" compara aquest valor amb constants (una mica arbitràries) que hem determinat experimentalment submergint el sensor dins i fora de l'aigua. No dubteu a experimentar més amb diferents valors per a aquestes constants.

A mesura que el valor del sensor augmenta, el programa engega més LEDs. A mesura que el valor es redueix, els desactiva.

És una bona pràctica de codificació incloure un bloc de pausa en un bucle per sempre. La pausa permet al micro: bit una oportunitat per treballar altres coses durant poc temps. Aquest codi es posa en pausa durant 1.000 mil·lisegons, igual a un segon, cosa que significa que estem comprovant el nivell de l'aigua 60 vegades al minut.

Utilitzeu l’editor MakeCode per compilar el codi i, a continuació, pengeu-lo al MakerBit. Aquest enllaç connecta a la guia oficial sobre com fer-ho.

Pas 6: Comproveu-ho !

Connecteu la bateria al MakerBit i poseu el sensor a l'aigua. Aneu amb compte de posar només el final amb les tires metàl·liques a l’aigua. Mantingueu els components electrònics secs a l’extrem on es connecten els cables.

LLEGEIX AQUEST AVÍS DE SEGURETAT: Un arbre sec és un perill d'incendi. Pot incendiar-se i cremar la casa. No heu de confiar únicament en un sensor de nivell d’aigua per decidir quan el vostre arbre necessita aigua. El conjunt descrit en aquest article té una finalitat il·lustrativa només per mostrar el funcionament dels sensors de nivell d’aigua en l’ús quotidià. No obstant això, dispositius com aquest no poden protegir un arbre contra la sequedat. Tot i així, haureu de revisar visualment l’arbre i mantenir un mirador segur en tot moment per assegurar-vos que l’arbre tingui l’aigua que necessita.

Col·loqueu el sensor a l'embassament sota l'arbre i configureu la pantalla on el pugueu veure. Quan reviseu regularment l’arbre, observeu com canvien els LED a mesura que canvia el nivell de l’aigua. La informació us pot ajudar a conèixer el funcionament dels sensors i us pot recordar que heu de comprovar l’aigua que hi ha sota l’arbre.

Pas 7: Per a educadors: reptes STEAM i normes suggerides

REPTES AL VAPOR

Desafiament del fabricant: amplieu els cables que aniran a la pantalla per poder penjar-lo més amunt en un arbre real.

Desafiament de l'eina: coneixeu el vostre MakerBit. Podeu connectar LEDs a qualsevol dels pins digitals de MakeBit mitjançant els endolls i el cable connectats al connector de la caixa negra del MakerBit. En aquest exemple s’utilitzen els números de l’11 al 14. Podeu canviar la configuració i la codificació per utilitzar diferents pins, per exemple, els números del 5 al 8?

Desafiament científic: investigar el comportament del sensor. Feu els experiments següents.

1. Assecar bé el sensor i introduir-lo a l’aigua per passos mesurats, per exemple un mil·límetre a la vegada. Anoteu la profunditat a la qual s’encén cada llum.
2. Torneu a assecar el sensor amb força. A continuació, submergeix-lo a l'aigua fins a la part superior de les ratlles metàl·liques. Retireu-lo per passos mesurats, com ara un mil·límetre cada vegada. Anoteu la profunditat a la qual s'apaga cada llum.
3. Avalueu les dades que heu recollit. Els llums responen al mateix nivell d’aigua en ambdues direccions? Si els números no coincideixen, feu una llista de possibles explicacions del comportament que observeu.

Desafiament matemàtic: calculeu el nombre de mil·lisegons que hauríeu de posar al bloc de pausa per comprovar l'aigua només una vegada per minut o una vegada per hora.

Repte d'enginyeria: penseu en diferents maneres en què es podria utilitzar aquest dispositiu. Hi hauria una diferència en les lectures resultants de la direcció d’immersió en l’aplicació real d’aquest dispositiu? Per què o per què no?

Desafiament tècnic: l’endoll rodó del MakerBit us permet connectar una font d’energia de corrent continu de sis a dotze volts. La petita bateria de nou volts pot no durar molt de temps. Quina altra font d’energia es podria connectar per mantenir el sensor d’aigua funcionant contínuament?

Repte de codificació: com canvieu el codi perquè només s’encengui un LED: verd, groc o vermell segons el nivell de l’aigua? Com canvia el comportament de la pantalla si canvieu les constants del codi?

Desafiament artístic: decorar l’ornament de la pantalla o dissenyar una altra cosa que sembli completament diferent. La prova d’un bon disseny de pantalla és que fa evident la informació.

NORMES

NGSS (Next Generation Science Standards)

4-PS3-4. Apliqueu idees científiques per dissenyar, provar i perfeccionar un dispositiu que converteixi l'energia d'una forma a una altra.

ISTE

4a Els estudiants coneixen i utilitzen un procés de disseny deliberat per generar idees, provar teories, crear artefactes innovadors o resoldre problemes autèntics.

5b Els estudiants recopilen dades o identifiquen conjunts de dades rellevants, utilitzen eines digitals per analitzar-les i representen les dades de diverses maneres per facilitar la resolució de problemes i la presa de decisions.