Crazy Circuits: isang Open Source Electronics Learning System: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Sa pamamagitan ng BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow More by the author:

Tungkol sa: Nagtuturo ako dati ng agham sa gitnang paaralan, ngunit ngayon nagpapatakbo ako ng aking sariling online na pang-edukasyon na website sa agham. Ginugol ko ang aking mga araw sa pagdidisenyo ng mga bagong proyekto para pagsamahin ng mga mag-aaral at Gumagawa. Karagdagang Tungkol sa BrownDogGadgets »

Ang edukasyon at merkado ng bahay ay binaha ng modular electronics 'learning' system na idinisenyo upang turuan ang mga bata at matatanda key STEM at STEAM na mga konsepto. Ang mga produkto tulad ng LittleBits o Snapcircuits ay tila nangingibabaw sa bawat gabay sa regalo sa holiday o blog ng magulang para sa mga laruang pang-edukasyon. Gayunpaman, ang mga sistemang ito ay laging may kasamang isang mabibigat na tag ng presyo na nakakabit at marami ang mas parang mga laruan kaysa sa mga tool sa pag-aaral.

Halos tatlong taon na ang nakalilipas sinimulan naming ang pagdidisenyo ng Crazy Circuits bilang isang mababang gastos, magagamit muli, modular, hindi panghinang, kasiyahan, system na maaaring magamit bilang isang aktwal na tool sa pag-aaral. Nais namin ng isang bagay na madaling maisama ng mga magulang at guro sa mga kit na mayroon sila o mura sa mga bahagi ng istante. Isang bagay para masisiyahan ang parehong Komunidad ng Maker pati na rin ang average na nasa hustong gulang.

Sa huli ang Crazy Circuits ay ang lahat ng inaasahan namin at higit pa. Ang system ay gumana nang walang kamali-mali sa anumang kapaligiran na nakabatay sa LEGO, madaling magamit sa kondaktibo na thread para sa pananahi, at madaling mai-scale mula sa simpleng mga circuit hanggang sa pangunahing pag-program. Ay, at nakakatuwang gamitin din na nagpadali sa lahat ng aming buhay.

Sa pagsusulat na ito ipapakita namin sa iyo kung paano namin dinisenyo ang mga bahagi ng Crazy Circuits, ang aming kurikulum, kung paano mo makagagawa at makapagdidisenyo ng iyong sariling mga bahagi, at mga paraan na gumagana ang Crazy Circuits sa iba pang mga system.

Buong pagsisiwalat: Nagbebenta kami ng mga bahagi at kit ng Crazy Circuits, subalit madali mong magamit ang aming mga file ng Open Source upang makuha ang iyong sariling mga board o idisenyo ang iyong sariling mga bahagi. Maaari mong gamitin ang sistemang ito para sa lahat ng uri ng mga bagay at hindi kailanman magpapadala sa amin ng isang solong sentimo.

Give Away: Sinusubukan namin ang bago sa 2019. Nagbibigay kami ng mga libreng piyesa at kit sa mga tao (Mga residente lamang ng US) na sumusunod sa amin sa mga itinuturo, facebook, instagram, at youtube. Malamang na bibigyan namin ng pares ng buong mga kit, natapos na mga bahagi, at mga blangko na PCB. Sundin lamang o mag-subscribe at magsisimula kaming magbigay ng mga bagay-bagay.

Hakbang 1: Pilosopiya sa Likod ng Mga Crazy Circuits

Noong ako ay isang guro talagang naiinis ako na hindi ko kayang bayaran ang mga magarbong electronics system para sa aking silid aralan, kahit na ang bawat komperensiya sa pagtuturo o inservice na dinaluhan ko ay patuloy na inirekomenda sa kanila. Wala lang akong badyet para sa isang $ 100 kit na may limang bahagi at sa pinakamabuti ay mapanatili ang tatlong mag-aaral na abala sa loob ng limang minuto. Natapos kong gawin kung ano ang ginagawa ng karamihan sa mga guro ng agham at bumili lamang ng murang mga hilaw na bahagi sa eBay at Amazon ngunit kinakailangan iyon sa akin na gumawa ng maraming bagong pagpaplano ng aralin at gawain sa disenyo ng aktibidad. Nalaman ko rin na ang aking mga nakababatang mag-aaral ay nahihirapang balutin ang kanilang ulo sa mga breadboard.

Nang maglaon ay nakakuha ako ng pondo upang bumili ng ilang mga LittleBits kit para magamit sa aking pagkatapos ng science club sa paaralan. Masaya silang gamitin (at upang maging matapat, isang mahusay na pagsasama-sama ng system), ngunit nang tanungin ko ang aking mga mag-aaral sa gitnang paaralan na ipaliwanag kung paano sila nagtatrabaho natanggap ko ang aking paboritong sagot ng taon na "Hindi ko alam, mga magnet?". Ito ang mga bata na nagtatayo ng ilang mga kumplikadong mga circuit nang mas maaga mga linggo, ngunit ang LittleBits ay nagmula sa isang laruan kaysa sa anupaman.

Nang magsimula kaming mag-brainstorming ng isang modular system na nais naming tiyakin na ang mga mag-aaral ay may kamalayan sa PAANO ang mga bahagi ay nakikipag-usap at pagkatapos ay nakaguhit ng mga parallel sa mga karaniwang bahagi. Alam din namin na kailangan namin ng isang bagay na katulad sa isang breadboard, ngunit mas madaling balutin ang kanilang mga ulo sa paligid ng isang aktwal na breadboard. Kailangan din naming gawin itong masaya at nakakaengganyo.

Tinatanggap ko ang hamon mo!

Hakbang 2: Bakit LEGO?

"loading =" tamad"

Panghuli kailangan naming malaman kung paano ikonekta ang lahat nang magkasama. Napagpasyahan agad namin na kinamumuhian namin ang ideya ng mga wire at alligator clip; inalis nito ang pagiging simple ng lahat. Nagustuhan namin ang paggamit ng conductive tape ngunit imposibleng gamitin ang copper foil tape. Maaari naming ibaba ang tape ngunit hindi ito babalik muli. Sinubukan pa namin ang paggamit ng conductive thread ngunit napatunayan na imposibleng kontrolin. Matapos ang maraming oras sa Skype kasama ang isang pabrika ng tape sa Tsina ay gumawa kami ng ilang pasadyang Nylon Conductive Tape (Maker Tape) na sapat na malakas upang mag-peel back up muli, ngunit sapat na hindi magastos upang maging mapagkumpitensya sa karaniwang tanso na foil tape.

Salamat sa katotohanan na mayroon kaming isang buong maraming mga pagsubok na PCB na may iba't ibang laki ng mga butas na nakaupo sa aming pagawaan, mabilis kaming nakahanap ng isang laki ng puwang na pinapayagan kaming gumawa ng isang presyon na angkop gamit ang Nylon Conductive Tape. Sa ganitong paraan HINDI natapos ng mga mag-aaral ang kanilang tape sa isang tukoy na lugar: kailangan talaga nilang maglaan ng oras at idisenyo ang kanilang circuit. Pinapayagan kami ng aspetong ito na gawing isang tool sa pag-aaral ang Crazy Circuits, hindi lamang isang laruan.

Ang paggamit ng 1 / 8th inch tape ay mayroon ding kakaibang benepisyo sa panig na pinapayagan para sa dalawang layer circuit. Karaniwan ay inilalagay namin ang tape sa TOP ng mga LEGO studs, ngunit ang 1 / 8th inch tape ay gumagana din nang perpekto para sa pagpunta sa pagitan ng mga LEGO studs. Ang mga tao ay maaaring gumawa ng lahat ng uri ng mga kumplikadong mga circuit gamit ang tape sa LEGO. (Bagaman medyo mahirap. Kung wala itong pinapayagan ang mga mag-aaral na 'tumalon' isang mayroon nang linya na may kaunting pagsisikap lamang.)

Ang isang pangunahing halimbawa ng circuit ay maaaring gumamit ng isang switch, may hawak ng baterya, at isang LED. Para sa lahat ng aming mga bahagi ginamit namin ang puting sutla na saringan upang italaga ang mga poste ng GND (Negatibo) at ng may kulay na bahagi upang ipahiwatig ang mga Positibong poste. Ipinapakita sa akin ng video sa itaas ang paggawa ng isang simpleng circuit. Humiga tape, presyon magkasya sa mga bahagi, magdagdag ng lakas.

Hakbang 5: Kakayahang Thread

Sa panahon ng pagsubok natuklasan namin na ang conductive thread ay gumagana nang maayos sa aming mga bahagi. Ito pala Ang ilan sa aming mga tester ay ginusto ang pagtahi sa aming mga bahagi kaysa gamitin ang mga ito sa LEGO.

Kung hindi mo pa nagamit ang Conductive Thread bago mo dapat subukan! Karaniwan itong isang bakal / nylon thread na nagsasagawa ng maayos. Ang pagtahi ng kamay dito ay medyo madali, at ang mga bahagi ng pananahi ay hindi mas mahirap kaysa sa pagtahi ng isang pindutan. Nakarating din kami hanggang sa makagawa ng mga kumplikadong interactive na shirt gamit ang isang Arduino. Ang magandang bahagi tungkol sa kondaktibong pagtahi ay na kung talagang galit ka sa iyong proyekto maaari mong palaging alisin ang mga bahagi at gamitin ang mga ito para sa iba pa.

Ang aming aktibidad na 'pumunta sa' para sa mga bata ay gumawa sila ng isang button snap bracelet gamit ang isang LED, isang may hawak ng baterya, at isang hanay ng mga snap. Ang mga snap ay pumunta sa dulo ng pulseras at ginagamit upang makumpleto ang circuit. Pinagsama namin ang isang magandang naka-print na PDF kung may nais na gamitin ito para sa mga workshop o aktibidad sa bahay.

Hakbang 6: Mga Pang-kondaktibong Tinta at Aras

Sa simula ay patay na tayo sa paggawa ng aming mga bahagi sa mga conductive inks. Ito ay bahagyang nagtrabaho lamang.

Bare Conductive Ink

Ang kondaktibong tinta na ito ay halos kapareho ng puffy na pintura. Madali itong pintura sa anumang ibabaw, medyo hindi magastos, at maaaring hugasan ng tubig para sa isang madaling paglilinis. Ang downside ay ang grapayt ay hindi masyadong kondaktibo at talagang kumikilos tulad ng isang malaking risistor higit sa anupaman. Wala kaming anumang mga isyu sa pagkonekta nito sa Mga Crazy Circuits Bahagi dahil maaari kaming matuyo ang mga blobs ng tinta sa mga PCB ngunit mayroon kaming mga isyu sa paglipat ng kuryente sa circuit nang ligtas.

Ang natapos namin sa paggamit nito ay isang capacitive na pinturang "touch point" para sa aming Arduino na katugmang Mga board ng Teensy LC. Nagpapatakbo kami ng tape mula sa PCB hanggang sa mga pintura ng pintura at pagkatapos ay hinawakan ng mga tao ang pintura. Pinapayagan nito ang lahat ng uri ng kasiyahan na mga stencil, dingding ng piano, o mga proyekto ng interactive na sining.

Circuit Scribe

Gumagana ang kondaktibo na tinta tulad ng isang silver gel pen, nag-iiwan lamang ito ng labis na conductive na mga bakas sa papel. Ang baligtad sa tinta na ito ay ang mga pagsubaybay ay labis na nag-uugali at kumikilos ito tulad ng isang tunay na panulat. Ang mga kabiguan ay ang mga panulat na mahal, may posibilidad na matuyo, at kailangan mong i-clamp ang iyong mga bahagi sa papel upang makagawa ng isang matatag na koneksyon.

Kami ay orihinal na mayroong ilang mga pasadyang magnet na binubuo na umaangkop sa pamamagitan ng aming mga butas ng LEGO. Ang aming GitHub Repo ay puno ng mga bahagi ng legacy na may label na "magnet na katugma." Ang resulta ay nai-hit o napalampas at napagtanto namin na gumawa lamang kami ng hindi magagandang bersyon ng mga bahagi ng electronics na nagawa na ng Circuit Scribe. Ang tanging benepisyo ay para sa paggawa ng mas malalaking mga proyekto na nakabatay sa Arduino dahil ang Circuit Scribe ay hindi gumagawa ng anumang mga board ng Arduino, ngunit ang paglalagay ng masyadong maraming mga magnet na malapit na magkakasama ay nagdulot ng sariling mga problema.

Napagtanto din namin na ang anumang ginagawa namin sa tinta na ito ay maaari naming gawin sa conductive tape na mas mahusay.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Palagi kong nahanap na ito upang maging isang mahusay na tool sa pag-aaral para sa pagtuturo ng pangunahing electronics sa mga mas batang mag-aaral. Ang baligtad sa kuwarta ay na ito ay lubos na nakakaaliw, lalo na sa mga pamutol ng cookie. Ang downside ay na ito dries out (tulad ng anumang kuwarta) at din ay lubos na resistive.

May posibilidad kaming gamitin ang kuwarta sa parehong paraan ng paggamit namin ng Bare Conductive Paint, bilang isang Touch Point para sa mga capacitative touch na proyekto. Nagdaragdag ito ng isang nakakatuwang elemento sa paghahalo. Dagdag pa kung gumawa ka ng isang talagang malaking patag na piraso ng kuwarta ang iyong katawan ay tutugon sa circuit BAGO mo ito hawakan. Minsan hanggang isang pulgada ang layo. Palaging masaya na panoorin ang mga tao na subukan at malaman kung bakit ito nangyayari.

Hakbang 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit, at Mga Wireless Board

Isang mabilis na pagtingin sa aming GitHub Repo at makikita mo na mayroon kaming maraming mga malalaking PCB na idinisenyo upang gumana sa isang bilang ng mga tanyag na micro-control. Ang isa sa aming pinuno ng mga reklamo tungkol sa maraming sistema ng pagbuo ay / ay ang box nila sa mga tao sa paggamit ng isang nararapat na sistema ng programa o pinapayagan kang gumamit ng isang platform. Sa pamamagitan ng hardware at software na patuloy na umuusbong ito ay tila kakaiba upang i-lock ang mga tao o itapon ang mga bahagi pagkatapos ng ilang taon.

Ang pinaka-halatang pagpipilian upang magsimula sa isang Arduino Nano (na naging aming Robotics Board) dahil sa maliit na sukat at presyo point. Ito ay perpekto para sa isang malawak na hanay ng mga proyekto sa pagprogram, tulad ng mga epekto sa pag-iilaw o pag-on ng mga servo. Napagpasyahan naming gumawa din ng mas maraming tampok na mayamang bersyon na gumagamit ng isang Teensy LC, pangunahin para sa mga capacitive touch na kakayahan. Ang Teensy LC (Invention Board) ay mayroon ding mga magagandang tampok sa pagtulad sa keyboard at mabilis naming binubuo ang ilang mga nakakatuwang kontrolado ng laro na ginagamit ito. Noong nakaraang taon gumawa pa kami ng isang higanteng LEGO NES controller at nai-post ito sa Instructables.

Ang programa ay nakakatuwa ngunit hindi lahat ay nais na dumaan sa abala. Pinagsama namin ang isang board na dinisenyo sa paligid ng isang naka-preprogram na ATtiny85 chip na naglalagay lamang ng mga blink at fades. Gumagamit ang aming bersyon ng produksyon ng mga bahagi ng SMT, subalit makakakita ka ng isang bersyon ng butas sa aming Repo. Madaling magamit ang mga ito para sa mas maliit na mga proyekto tulad ng isang pangit na Christmas shirt o ilang mga kumikislap na mga bituin.

Ang isang bagay na pinabayaan naming gawin ay polish ang aming Raspberry Pi Zero at Micro: Bit boards. Sa pangkalahatan gusto namin ang Micro: Bit at ang pamayanan na sumulpot sa paligid nito. Tulad ng para sa aming board ng Raspberry Pi Zero … literal na wala kaming ideya kung ano ang gagawin dito. Seryoso, ang isang tao ay gumawa ng isang bagay na kawili-wili dito at padadalhan ka namin ng ilang mga bahagi.

Nagkaroon din kami ng wacky na ideya ng pagsubok na pagsamahin ang ilang mga wireless na proyekto. Kami ay magkakasama sa mga board para sa Particle Photon Board, isang pares ng Adafruit Feather Boards, at ang karaniwang board ng NodeMCU. Ibinigay namin ang mga ito sa parehong pangunahing disenyo tulad ng aming Nano PCB na may isang hilera ng mga header ng pin sa likuran.

Hakbang 8: Mga Plano sa Hinaharap?

Sa kasalukuyan nasa kalagitnaan kami ng pangatlong pagpapatakbo ng mga bahagi ng pagmamanupaktura ng karamihan sa aming mga benta na pupunta sa mga paaralan, aklatan, at Maker Spaces. Nakatanggap kami ng maraming solidong puna mula sa mga gumagamit ng lahat ng edad na tumulong sa amin sa pagdisenyo ng mas mahusay na mga bahagi.

Kurikulum

Isa sa mga pinakakaraniwang kahilingan ay para sa kurikulum na handa sa silid-aralan. Ang paggawa ng mga proyekto ay simple; ang paggawa ng anim na linggong mapagkukunan para sa mga mag-aaral at guro ay mas mahirap. Sa pagtatapos ng Marso ay nai-post namin ang aming unang mga draft ng kurikulum sa aming website, libre para magamit ng sinuman. Magkakaroon kami ng dalawang mga track, isa para sa pangunahing circuitry at isa para sa pangunahing programing. Parehong isentro ang paligid ng aming mga bahagi ng Crazy Circuits, subalit madali silang mabago upang magamit ang mga bahagi ng istante.

Maraming Bahagi ng Production Line

Kasalukuyan kaming kumukuha ng mga kahilingan para sa mga bagong bahagi. Mabagal ang proseso ngunit nais naming magdagdag ng ilang mga bagong piraso sa aming lineup para sa huling bahagi ng taong ito. Inaasahan namin na magagawa namin ang ilang mga Potentiometers at NeoPixel Components at simulang idagdag ang mga ito sa aming mga kit. Kami ay pinalad na magkaroon ng ilang mga masigasig na tagahanga na nag-disenyo ng kanilang sariling mga bahagi at ibinahagi ang mga ito sa amin, at inaasahan namin na maraming mga tao sa hinaharap.

Pangako sa Open Source

Maaaring parang pinapalo namin ang isang patay na kabayo, ngunit talagang nais naming magkaroon ng aming mga sangkap na Open Source. Patuloy kaming magdagdag sa aming mga mapagkukunan ng proyekto, kurikulum, at mga file ng disenyo. Inaasahan namin na ang parehong mga noice at advance na mga gumagamit ay maaaring magsimula upang lumikha ng kanilang sariling mga bahagi o baguhin ang mga ito para sa mga bagong proyekto.

Pangalawang Gantimpala sa PCB Contest