Lav en køkkentimer med en MakerBit: 13 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Dette projekt undersøger, hvordan en køkkentimer fungerer - ved at lave en!

For lang tid siden var de mest nyttige enheder mekaniske. Børn kan skille tingene ad for at se delene indeni og studere, hvordan de bevæger sig.

Moderne elektroniske gadgets som en køkkentimer er forskellige. Delene er for små til at se, og de bevæger sig ikke. Skift strategi. I stedet for at skille det ad for at se, hvordan det fungerer, skal du sætte en sammen!

Denne lektion guider dig gennem de tre grundlæggende dele af en digital timer:

1. komponenter,
2. forbindelser,
3. kode.

Enheden har knapper til at indstille et tidspunkt og starte en nedtælling.

Den viser den resterende tid og giver signaler, når nedtællingen er fuldført.

Signaler kan indeholde en besked på displayet, et blinkende lys eller medier som f.eks. En forudindspillet sang.

Forestil dig en timer, der blæser et bugle -opkald!

Studerende, der gennemfører alle aktiviteterne i dette projekt, vil kunne gøre flere ting.

• Saml elektroniske komponenter til en interaktiv enhed.
• Skriv hændelsesbaseret kode for at interagere med brugerinput og kommandoer.
• Skriv kode for at måle tiden nøjagtigt.
• Skriv kode for at ændre en visning i den virkelige verden baseret på ændringer i tiden.
• Indarbejde medieenheder til at producere lyde baseret på ændringer i tiden.
• Forklar, hvordan beregning gør det muligt for timeren at fungere.

Trin 1: Saml komponenterne

MakerBit+R Starter Kit fra 1010 Technologies. De fleste komponenter, du skal bruge til dette projekt, findes i startsættet. De omfatter:

• BBC micro: bit mikro-controller
• MakerBit+R udviklingsplatform
• USB -kabel til tilslutning af micro: bit MakerBit til en computer.
• 9 volt batteri og batteristik til MakerBit
• Berøringspunkter, punktholdere og lysdioder med båndkabler, der forbinder til MakerBit
• Grove -stik til LCD -displayet og mp3 -afspilleren. Disse stik har et hvidt stik i den ene ende og fire individuelle stik i den anden ende.

Yderligere varer.

Følgende komponenter er ikke inkluderet i MakerBit Starter Kit, men kan købes separat fra MakerBit.com, Amazon og mange andre forretninger.

LCD -display, der fungerer med I2C, som denne.

Valgfri mp3 -afspiller og højttaler, som dette sæt.

En lille papkasse eller et stykke pap.

Trin 2: Lav forbindelserne

MakerBit giver forbindelser til en række forskellige komponenter, som din kode kan styre.

Hver af de følgende trin af trin forklarer, hvordan du tilslutter en af komponenterne til MakerBit.

Der er også et foto til hver komponent, der viser, hvordan det tilsluttes.

Find micro: bit og MakerBit+R -enhederne i Starter Kit. Sæt micro: bit i MakerBit som vist på billederne.

Trin 3: LCD -skærm

Find I2C -stikket på MakerBit+R. Se det nøje. Den har fire små stifter. De har hver en etiket:

• GND,
• +5V,
• SDA og
• SCL.

Hver af stifterne skal tilsluttes en stift på LCD -displayet, der har den samme etiket.

Bemærk, at på LCD'en kan stiften, der svarer til +5V, være mærket VCC.

Skub et hvidt Grove -stik ind i I2C -stikket på MakerBit+R. Læg mærke til farven på ledningen, der flugter med GND -stiften. Det er normalt en sort ledning.

Skub den anden ende af ledningen ind på GND -stiften på LCD -skærmen.

Gør det samme for de resterende tre ledninger.

Stop og se på forbindelserne et øjeblik. Sørg for, at hver ledning går mellem stifterne, der deler den samme etiket.

Skær et hul i din pap eller boks på størrelse med LCD -skærmen. Monter LCD'en bag kartonen (inde i æsken) med elektrisk isolerende tape.

Trin 4: MP3 -afspiller og højttaler

Sæt et Grove -stik i den analoge stik på MakerBit+R. Denne stikkontakt har fire, små stifter mærket GND, +3.3V, A1 og A0. Skub de andre ender af ledningerne ind på MP3 -afspilleren, så hver ledning forbinder to stifter, der matcher denne måde:

MakerBit MP3

GND GND

+3.3V VCC

A1 TX

A0 RX

Tilslut en forstærket højttaler til MP3 -afspilleren ved hjælp af hovedtelefonstikket. Din kode kan bruge MP3-afspilleren til at afspille et forudindspillet lydspor, når nedtællingen er færdig.

Højttaleren fra MakerBit.com har et genopladeligt internt batteri og en tænd / sluk-kontakt. Kontroller, om batteriet er opladet, og kontakten er tændt, når du vil have det til at afspille din melodi.

Trin 5: Berør sensorer

Se på den lysegrå stikkontakt på MakerBit+R. Den indeholder et dusin stifter mærket T5 til T16.

Find båndkablet i startsættet, der har det lysegrå stik formet til at passe til stikkontakten. Ledningerne i den anden ende af båndkablet har separate, sorte eller hvide stik.

Find den røde ledning på den side af kablet, der går tættest på T5 -siden af stikkontakten.

Dette projekt bruger den røde ledning og de fire ledninger ved siden af: brun, sort, hvid og grå i farven.

Find kontaktpunkterne og punktholderne i Starter Kit.

Skub berøringssensorerne ind i stikkontakterne på de fem ledninger, som du identificerede i det foregående trin.

Ledningerne og berøringssensorerne matcher timerfunktionerne på denne måde:

Rød ledning = T5 -sensor = Start/stop timeren

Brun ledning = T6 sensor = Tilføj timer

Sort ledning = T7 -sensor = Tilføj minutter

Hvid ledning = T8 sensor = Tilføj sekunder

Grå ledning = T9 -sensor = Ryd timeren

Lidt pap kan hjælpe med at holde kontaktpunkterne fra hinanden i en pæn række. Endnu bedre, monter dem på en kasse. Punktholderne kan hjælpe med at holde kontaktpunkterne tæt. Du skal muligvis klippe længden af spidsholderen, hvis din pap er tyk. MakerBit.com tilbyder en vejledning om montering af berøringspunkterne på dette link.

Efter montering af berøringssensorerne på en æske eller pap skal du mærke hver enkelt med den funktion, den udfører.

Projektet bruger berøringspunkterne som sensorer. Koden kalder dem berøringssensorer. Berøringspunkter og berøringssensorer er to navne til det samme, så denne lektion vil bruge begge navne.

Den egentlige enhed, der registrerer berøring, er indbygget i MakerBit. Berøringspunkterne er simpelthen øreringestænger som dem, der sælges i butikker med håndværk.

MakerBit registrerer, når nogen rører ved et berøringspunkt. Det får øreringe til at fungere som sensorer. MakerBit fortæller din kode, hvilken sensor der blev rørt. Dette kaldes en berøringssensorhændelse.

Koden kan reagere berøringssensorhændelser med særlige blokke, kaldet begivenhedshåndterere.

Når du ser på kodeeksemplet, der følger med denne lektion, skal du se, om du kan genkende hændelsesbehandlerne for berøringshændelserne.

Trin 6: LED

MakerBit+R Starter Kit indeholder båndkabler med lysdioder, der allerede er installeret. Disse er virkelig nemme at bruge.

Vælg kablet med de røde lysdioder.

Find derefter den store, sorte stikdåse på MakerBit+R, der er tættest på den blå stikkontakt. Denne sorte stikkontakt har stifter mærket P11 til og med P16.

Skub det sorte stik på båndkablet ind i denne stikkontakt.

Undersøg kanterne af båndkablet. Find den side, der har en brun tråd på ydersiden.

Denne brune ledning går til LED'en styret af pin -nummer P16. Din kode vil bruge denne LED til at signalere, når nedtællingen slutter.

Lav et lille hul i din pap eller kasse, så den passer til LED'en. Skub lysdioden igennem bagfra, og fastgør den med lidt tape.

Du skal muligvis skrælle det brune+røde par tråde let væk fra båndkablets side, indtil du løsner nok af ledningen til at være fleksibel.

Trin 7: Eksternt batteri

Forbered batteriet og batteristikket. Batteriet kan gøre din timer bærbar!

Du kan tilslutte 9-voltsbatteriet til den runde, eksterne stikkontakt på MakerBit for at tænde timeren, når den ikke er tilsluttet din computer.

LCD -display og MP3 -afspiller har faktisk brug for den højere spænding, der leveres af batteriet.

Prøv at tilslutte batteriet for at se, om det aktiverer lys på MakerBit og micro: bit.

Trin 8: Læg timeren i en æske

En omformet papkasse kan lave et godt hus til timeren.

Det kan have brug for lidt lim, noget byggepapir og lidt fantasi.

Billedet viser alt placeret i en æske.

Trin 9: Sæt et bugle -opkald på MP3 -afspilleren

Der er en meget flot samling af Army bugle -opkald tilgængelige online på dette link.

Forfatteren downloadede en MP3 -lydfil med en bugle, der spillede "Mess Call", som lader soldater vide, at maden er klar. Det virkede som et godt valg til en køkkentimer.

MP3 -kittet, der er illustreret til dette projekt, var tilgængeligt som et valgfrit køb fra MakerBit.com. Sættet indeholder MP3 -afspiller, et microSD -hukommelseskort, en USB -adapter til hukommelseskortet, en forstærket højttaler og et opladningskabel til højttaleren.

Find microSD -kortet, og sæt det i USB -adapteren. Tilslut dette til computeren. Opret en mappe med navnet “04”. Det er nul-fire. Åbn mappen.

Gem den MP3 -fil, du ønsker, at timeren skal afspille i denne mappe. Skift filnavnet, så det begynder med et 3-cifret nummer. For eksempel “001_MessCall.mp3”.

Skub hukommelseskortet og adapteren ud fra computeren. Fjern hukommelseskortet fra adapteren. Indsæt kortet i MP3 -afspilleren. Skub den ind i modtageren, indtil den klikker på plads og forbliver.

Koden til timeren kan vælge og afspille den ønskede fil baseret på mappenummer og filnummer. I dette eksempel ville det være mappe #4 og fil #1.

Du kan afspille mange forskellige MP3-lydfiler i din timer ved at gemme dem på microSD-kortet på denne måde: i 2-cifrede nummererede mapper med filnavne, der starter med 3-cifrede tal.

Trin 10: Tag koden

Du vil bruge MakeCode til at få fat i koden og sætte den i din micro: bit.

MakeCode er browserbaseret og gratis online. De designet det specielt til micro: bit. Det fungerer med mange moderne webbrowsere, der kører på ChromeBooks, Macs, Windows og endda nogle Linux -computere.

Klik på dette link for at åbne MakeCode i din browser.

Den faktiske kode for dette projekt hentes automatisk, så du kan arbejde med.

Din skærm skal ligne billedet nedenfor.

Trin 11: Upload koden til din Micro: bit

Billederne herunder har tal i hjørnerne for at guide dig gennem processen.

1. Tilslut micro: bit til din computer med USB -kablet.
2. Kontroller din computers filsystem for at se, at MICROBIT vises på din liste over lagerenheder. Billedet med denne artikel er, hvordan det ser ud på en Chromebook.
3. Klik på knappen Gem i MakeCode. Billedet viser en pil, der peger på knappen.
4. Din computer vil spørge, hvor du vil gemme programmet. Naviger til MICROBIT -lagerenheden, og åbn den. Klik på knappen Gem.
5. Et lys på micro: bit blinker hurtigt, mens koden uploades. Meddelelser vises muligvis på din computerskærm, der fortæller dig om fremskridt. Når overførslen er fuldført, skubbes MICROBIT -enheden ud af dit filsystem. Tag derefter USB -kablet ud.
6. Sæt batteriet i MakerBit. Nyd din timer!

Forresten kan du vælge at gemme koden på din computer og derefter uploade den ved at trække en kopi af filen til micro: bit.

Fordelen ved det ekstra trin er, at du kan importere kodefilen tilbage til MakeCode fra din computer, men ikke fra micro: bit.

Trin 12: Undersøg koden

Åbn MakeCode i en browser med timerkoden indlæst, som i trin 10.

Placer musens markør på en kodeblok, og lad den hvile der kortvarigt.

Der dukker en lille besked op med information om blokken.

Kan du følge hændelsesforløbet? Tip: det starter i blokken "ved start". Derefter hopper den til blokken med navnet "clearTheTimer". Derefter hopper den til blokken med navnet "for evigt". Hvad sker der efter det?

Prøv at trykke på knapperne på timeren, mens du studerer koden.

Hvilke dele af koden ser ud til at blive aktiveret, når du trykker på en knap? Hvorfor? Kan du forudsige, hvad knappen vil gøre ved at se på koden?

At lære at læse er en vigtig del af at lære at skrive. Studerende, der lærer at skrive kode, kan have gavn af at læse kode, som andre mennesker skrev.

En god måde at teste din viden om kodning kan være at ændre noget i koden til din timer.

Forudsig, hvordan din ændring vil påvirke den måde, timeren fungerer på. Upload derefter den ændrede kode til micro: bit og se, hvad der sker!

Du vil sandsynligvis begå fejl. Det er ok. Alle gør. Næsten hvert kodningsprojekt gennemgår en fase kaldet debugging, hvilket dybest set betyder at finde og rette fejl.

Du kan altid starte forfra med kode, som du ved vil fungere. Bare klik på linket i trin 10 for at downloade koden igen.

Trin 13: Ofte stillede spørgsmål

Hvorfor er koden adskilt i dele?

Hver del klarer kun en opgave.

Kode for hver opgave skrives kun én gang.

Delene har beskrivende navne, der hjælper mennesker med at læse koden.

Timeren aktiverer en kodedel ved navn, når den skal udføre den opgave, som kodedelen udfører. Dette er kendt som at "kalde" en "procedure".

Hvordan gør beregningen det muligt for timeren at fungere?

Timeren bruger beregning på tre forskellige måder.

Tilføj tid, når brugeren rører ved et berøringspunkt for at indstille timeren. Træk tiden fra, efter at brugeren har rørt ved et berøringspunkt for at starte timeren. Konverter antallet af sekunder til timer, minutter og sekunder til visning. Proceduren "for evigt" bruger subtraktion til at måle tiden på to måder.

Kontroller micro: bit for at fortælle, hvornår der er gået et sekund. Træk 1 fra nedtællingen efter hvert sekund er passeret, indtil nedtællingen når nul. Proceduren "addSeconds" bruger tilføjelse til at øge nedtællingen, efter at brugeren har trykket på en af berøringsnålene i timer, minutter eller sekunder.

"ShowTimeRemaining" -proceduren bruger heltaldeling til at omdanne nedtællingen til en tidsvisning, der er lettere for et menneske at forstå.

Hvad er nogle andre kodningsteknikker, der bruges i koden?

Beskrivende variabelnavne hjælper mennesker med at forstå, hvordan koden håndterer visse fakta.

En variabel er simpelthen et navn knyttet til en kendsgerning, at micro: bit gemmer i sin hukommelse.

Fakta gør timeren i stand til at holde styr på, hvad brugeren ønsker, at den skal gøre.

En procedure kan ændre værdien knyttet til en variabel. Den nye værdi kan bruges i en anden procedure.

Logiske blokke evaluerer sandt eller falsk fakta. Sådan kan timeren bestemme den rigtige handling baseret på fakta.

Et sandt eller falsk faktum kan være resultatet af at sammenligne to tal. Er tallene ens? Er det ene tal større end det andet? Eller mindre?

Koden kan også knytte en faktisk værdi sand eller falsk til en variabel.

En procedure kan ændre værdien af en sand-eller-falsk-variabel for at ændre, hvordan en anden procedure vil fungere. Sådan slukker T5 -hændelseshandleren i denne kode alarmen i proceduren med navnet soundTheAlarm.

Logiske blokke kan være enkle: hvis en værdi eller sammenligning er sand, så gør noget; ellers gør ingenting.

Logiske blokke kan være komplekse: hvis en værdi eller sammenligning er sand, så gør en ting; ellers (betyder ellers), gør en anden ting.

Logiske blokke kan have andre logiske blokke "indlejrede" inde i dem.

Nogle gange tager det en række flere logiske blokke i træk for at evaluere et faktum og vælge den rigtige handling.

Hvorfor bruger blokken "for evigt" tallet 995?

Koden bruger 995 til at fortælle, hvornår et sekund af tiden er gået.

Micro: bit øger automatisk en variabel med navnet "driftstid" cirka 1.000 gange i sekundet. Det er ikke ligefrem 1.000, men tæt på.

Et eksperiment med den faktiske micro: bit, der blev brugt til at bygge dette eksempel, fandt, at det var tættere på 995 i gennemsnit.

Denne kode går med det observerede gennemsnit. Det venter på, at driftstidsværdien stiger med 995, før den starter gennem logikblokkene for at trække et sekund fra nedtællingen.

Hvordan ville du designe et eksperiment for at opdage, hvor hurtigt din micro: bit opdaterer variablen i driftstid? Hvor lang tid ville du skulle køre eksperimentet for at føle dig sikker på din opdagelse?

Du er ingeniøren af din timer. Det betyder, at du er den eneste, der kan beslutte, om ændring af 995 til en anden værdi ville gøre din timer mere præcis.

Hvordan kunne timeren ændres til at gøre noget anderledes ved kun at ændre koden?

Hvis de samlede komponenter forbliver de samme, kan et par ændringer af koden omdanne timeren til et andet produkt.

Stopur

"Start-Stop" berøringssensoren ville fungere som forventet. Den "klare" berøringssensor ville også.

Berøringssensorerne i timer, minutter og sekunder ville ikke være nødvendige.

Proceduren "for evigt" ville ændre sig til at tælle op frem for ned.

En avanceret ændring ville være at måle og vise tiden i trin på 1/10 sekund.

Skrivebord ur

"Start-Stop" berøringssensoren fungerer som en "Set" -knap.

Berøringssensorerne i timer, minutter og sekunder ville fungere som forventet uden ændringer.

Den "evige" procedure skulle tælle op, frem for ned.

Proceduren "for evigt" ville også have brug for en beregning til "rullende over til nul" ved midnat.

"Clear" berøringssensoren ville ikke være nødvendig. Den kunne dog få en ny funktion.

En avanceret ændring kan være at bruge den berøringssensor som en valgmulighedskontrol. Skift mellem 24-timers, militær stil display og konventionel, 12-timers display med a.m. og pm tilføjet til displayet.

Vækkeur

I dette tilfælde kan "Clear" berøringssensoren ændres til en "Alarm" kontrol.

Flere variabler kan være nødvendige for at holde styr på nye fakta, f.eks. Hvornår klokkeslættet skal lyde, og om brugeren har aktiveret eller deaktiveret alarmen.

Det ville være interessant at se, hvordan forskellige studerende kan gribe denne ændring til på forskellige måder.

Styr verden

Flere sensorer kan tilføjes gennem MakerBit for at lade uret registrere hændelser som f.eks. Bevægelse, støj eller en dør, der åbnes og lukkes.

Uret kan beslutte at slå alarm, hvis hændelserne registreres i bestemte tidsrum.

På samme måde kunne uret bruges til at aktivere eller deaktivere eksterne enheder baseret på tid. Et eksempel kan være en elektronisk dørlås, der er sluttet til en pin på MakerBit.