Crazy Circuits: et open source elektroniklæringssystem: 8 trin (med billeder)

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

Af BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow Mere af forfatteren:

Om: Jeg plejede at undervise i mellemskole i naturvidenskab, men nu driver jeg mit eget online uddannelsesvidenskabelige websted. Jeg bruger mine dage på at designe nye projekter, som studerende og producenter kan sammensætte. Mere om BrownDogGadgets »

Uddannelses- og hjemmemarkedet er oversvømmet med modulære elektroniske 'læringssystemer' designet til at lære børn og voksne centrale STEM- og STEAM -koncepter. Produkter som LittleBits eller Snapcircuits ser ud til at dominere alle feriegaveguider eller forældreblogger til undervisningslegetøj. Disse systemer kommer dog altid med en stor prislapp, og mange har mere lyst til legetøj end læringsværktøjer.

For omkring tre år siden begyndte vi at designe Crazy Circuits som et billigt, genanvendeligt, modulært, ikke-loddet, sjovt system, der kunne bruges som et egentligt læringsværktøj. Vi ønskede noget, som forældre og lærere let kunne integrere med kits, de allerede havde eller billige fra hyldens komponenter. Noget for både Maker Community at nyde såvel som den gennemsnitlige voksne.

I sidste ende var Crazy Circuits alt, hvad vi håbede på og mere til. Systemet fungerede fejlfrit med ethvert LEGO -baseret miljø, kunne let bruges med ledende tråd til syning og let skaleres fra simple kredsløb op gennem grundlæggende programmering. Åh, og det var også sjovt at bruge, hvilket gjorde vores liv lettere.

I denne opskrift vil vi vise dig, hvordan vi har designet Crazy Circuits -komponenter, vores pensum, hvordan du kan lave og designe dine egne dele og måder, Crazy Circuits fungerer med andre systemer.

Fuld offentliggørelse: Vi sælger dele og kits fra Crazy Circuits, men du kan nemt bruge vores Open Source -filer til at lave dine egne tavler eller designe dine egne dele. Du kan bruge dette system til alle slags ting og aldrig sende os en eneste krone.

Give Aways: Vi prøver noget nyt i 2019. Vi giver gratis dele og kits væk til folk (kun amerikanske indbyggere), der følger os på instruktører, facebook, instagram og youtube. Mest sandsynligt vil vi give et par fulde kits, færdige dele og tomme printkort væk. Bare følg eller abonnér, så begynder vi at give ting væk.

Trin 1: Filosofi bag skøre kredsløb

Da jeg var lærer, var jeg virkelig irriteret over, at jeg ikke havde råd til smarte elektroniske systemer til mit klasseværelse, selvom hver undervisningskonference eller service, jeg deltog i, blev ved med at anbefale dem. Jeg havde bare ikke et budget til et $ 100 kit, der fulgte med fem dele, og i bedste fald ville holde tre studerende optaget i fem minutter. Jeg endte med at gøre, hvad de fleste naturfaglærere gør, og købte bare billige rådele fra eBay og Amazon, men det krævede, at jeg lavede en masse nyt lektionsplanlægnings- og aktivitetsdesignarbejde. Jeg fandt også ud af, at mine yngre elever havde svært ved at vikle hovedet rundt om brødbrætter.

Til sidst kunne jeg få penge til at købe nogle LittleBits -kits til brug med min efterskoleklub. De var sjove at bruge (og for at være ærlig, et godt sammensat system), men da jeg spurgte mine gymnasieelever om at forklare, hvordan de fungerede, modtog jeg mit yndlingssvar af året "Jeg ved det ikke, magneter?". Det var børn, der havde bygget nogle komplicerede kredsløb uger før, men alligevel kom LittleBits ud som mere legetøj end noget andet.

Da vi begyndte at brainstorme et modulært system, ville vi sikre os, at eleverne var klar over, HVORDAN dele interagerede og derefter kunne trække paralleller til fælles dele. Vi vidste også, at vi havde brug for noget, der ligner et brødbræt, men alligevel lettere at vikle hovedet rundt end et egentligt brødbræt. Vi skulle også gøre det sjovt og engagerende.

Udfordring accepteret!

Trin 2: Hvorfor LEGO?

"loading =" doven"

Endelig måtte vi finde ud af at forbinde alt sammen. Vi besluttede straks, at vi hadede ideen om ledninger og krokodilleklip; det fjernede alt fra enkelheden. Vi kunne godt lide at bruge ledende tape, men kobberfoliebåndet var umuligt at bruge. Vi kunne få båndet ned, men det ville ikke komme tilbage igen. Vi forsøgte endda at bruge ledende tråd, men det viste sig at være umuligt at kontrollere. Efter mange timer på Skype med en båndfabrik i Kina fremstillede vi nogle brugerdefinerede Nylon Conductive Tape (Maker Tape), som var stærke nok til at skrælle op igen, men alligevel billige nok til at være konkurrencedygtige med almindeligt kobberfoliebånd.

Takket være det faktum, at vi havde en hel masse test -PCB'er med huller i forskellige størrelser siddende på vores værksted, kunne vi hurtigt finde en størrelsesafstand, der tillod os at få et tryk til at passe ved hjælp af det nylonledende bånd. På denne måde måtte eleverne afslutte deres tape på et bestemt sted: de var nødt til faktisk at tage tid og designe deres kredsløb. Dette aspekt tillod os at gøre Crazy Circuits til et læringsværktøj, ikke bare et legetøj.

Brug af 1/8 tommer tape havde også den underlige sidegevinst ved at give mulighed for to lagskredsløb. Normalt ville vi lægge båndet over TOPPEN på LEGO studs, men 1/8 tommer båndet fungerede også perfekt til også at gå MELLEM LEGO studs. Folk kunne lave alle slags komplicerede kredsløb ved hjælp af tape på LEGO. (Selvom det er lidt akavet. Om ikke andet tillod det eleverne at 'hoppe' en eksisterende linje med kun en lille smule indsats.)

Et grundlæggende eksempelkredsløb kan bruge en switch, batteriholder og en LED. For alle vores dele brugte vi hvid silketryk til at angive GND (negative) poler og den farvede side for at angive de positive poler. Ovenstående video viser mig at lave et simpelt kredsløb. Læg tape, trykpas på dele, tilføj strøm.

Trin 5: Ledende tråd

Under test opdagede vi, at ledende tråd fungerede rigtig godt med vores dele. Det viser sig, at store hullede kobberhuller gjorde ledende syning virkelig let. Nogle af vores testere foretrak at sy med vores dele frem for at bruge dem med LEGO.

Hvis du aldrig har brugt Conductive Thread, før du skulle prøve! Det er typisk en stål/ nylontråd, der leder ganske godt. Håndsyning med det er ret let, og at sy dele på er ikke sværere end at sy en knap på. Vi er endda gået så langt som til at lave komplicerede interaktive skjorter ved hjælp af en Arduino. Den gode del ved ledende syning er, at hvis du virkelig hader dit projekt, kan du altid tage delene af og bruge dem til noget andet.

Vores 'gå til' -aktivitet for børn er at få dem til at lave et knap -armbånd ved hjælp af en LED, en batteriholder og et sæt snaps. Snapsene går på enden af armbåndet og bruges til at fuldføre kredsløbet. Vi sammensatte en flot udskrivbar PDF, hvis nogen vil bruge den til workshops eller hjemmeaktiviteter.

Trin 6: Ledende blæk og dej

I begyndelsen var vi døde på at få vores dele til at fungere med ledende blæk. Dette fungerede kun delvist.

Bare ledende blæk

Denne ledende blæk ligner temmelig puffet maling. Det er let at male på enhver overflade, er ret billigt og kan vaskes i vand for en nem rengøring. Bagsiden er, at grafitten ikke er særlig ledende og virkelig fungerer som en stor modstand mere end noget andet. Vi havde ingen problemer med at forbinde den til Crazy Circuits Parts, da vi kunne have blækklatter tørre over printkortene, men vi havde problemer med at flytte strømmen rundt i kredsløbet sikkert.

Det, vi endte med at bruge det til, var et kapacitivt maling "berøringspunkt" til vores Arduino -kompatible Teensy LC -plader. Vi kører tape fra printkortet til maleklatterne, og derefter rører folk ved malingen. Dette tillader alle former for sjove stenciler, vægpianoer eller interaktive kunstprojekter.

Circuit Scribe

Denne ledende blæk fungerer ligesom en sølv gelpen, kun den efterlader ekstremt ledende spor på papir. Det opadrettede ved dette blæk er, at sporene er ekstremt ledende, og det fungerer som en rigtig pen. Ulemperne er, at penne er dyre, har en tendens til at tørre ud, og du skal på en eller anden måde klemme dine dele ned til papiret for at skabe en solid forbindelse.

Vi havde oprindeligt nogle tilpassede magneter, der passede gennem vores LEGO -huller. Vores GitHub Repo er fuld af gamle dele, der er mærket "magnetkompatibel". Slutresultatet var hit or miss, og vi indså, at vi sådan set bare lavede dårlige versioner af elektronikdele, som Circuit Scribe allerede lavede. Den eneste fordel var at lave større Arduino -baserede projekter, da Circuit Scribe ikke producerer nogen Arduino -plader, men at sætte for mange magneter tæt sammen endte med at forårsage sine egne problemer.

Vi indså også, at alt hvad vi lavede med dette blæk, kunne vi gøre med ledende tape langt bedre.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Jeg har altid fundet dette som et glimrende læringsværktøj til undervisning i grundlæggende elektronik med yngre studerende. Opadrettet til dejen er, at det er meget underholdende, især med cookie cutters. Bagsiden er, at den tørrer ud (som enhver dej) og er også meget modstandsdygtig.

Vi har en tendens til at bruge dejen på samme måde som vi bruger Bare Conductive Paint, som et berøringspunkt til kapacitive berøringsprojekter. Det tilføjer et sjovt element til blandingen. Plus hvis du laver et virkelig stort fladt dej, vil din krop reagere med kredsløbet, FØR du rører ved det. Nogle gange op til en tomme væk. Det er altid sjovt at se folk prøve at finde ud af, hvorfor det sker.

Trin 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit og Wireless Boards

Et hurtigt kig på vores GitHub Repo, og du vil se, at vi har en masse store printkort designet til at fungere med en række populære mikro-controllere. En af vores hovedklager over mange byggesystemer var/ er, at de bokser folk ind i at bruge et ordentligt programmeringssystem eller kun tillader dig at bruge en platform. Med hardware og software i konstant udvikling syntes det underligt at låse folk inde eller lade dem smide dele væk efter et par år.

Det mest oplagte valg at starte med en Arduino Nano (som blev vores Robotics Board) på grund af den lille størrelse og prispunkt. Dette var perfekt til en lang række programmeringsprojekter, f.eks. Lyseffekter eller drejning af servoer. Vi besluttede også at producere en mere funktionsrig version, der bruger en Teensy LC, hovedsageligt til kapacitive berøringsfunktioner. Teensy LC (Invention Board) har også nogle flotte tastaturemuleringsfunktioner, og vi fandt hurtigt på nogle sjove spilcontrollere, der brugte det. Sidste år lavede vi endda en kæmpe LEGO NES controller og lagde den ud på Instructables.

Programmering er sjovt, men det er ikke alle, der vil gå igennem besværet. Vi sammensatte et tavle designet omkring en forprogrammeret ATtiny85 -chip, der bare slukker blink og falmer. Vores produktionsversion bruger SMT -dele, men du finder en gennemgående hulversion i vores Repo. De er nyttige til mindre projekter såsom en grim juleskjorte eller nogle blinkende stjerner.

En ting, vi har forsømt at gøre, er at polere vores Raspberry Pi Zero og Micro: Bit boards. Generelt kan vi lide Micro: Bit og det fællesskab, der er opstået omkring det. Hvad angår vores Raspberry Pi Zero -kort … har vi bogstaveligt talt ingen idé om, hvad vi skal gøre med det. Alvorligt, nogen gør noget interessant med det, og vi sender dig nogle dele.

Vi havde også den skøre idé at prøve at sammensætte nogle trådløse projekter. Vi bestyrelser sammen for Particle Photon Board, et par Adafruit Feather Boards og det fælles NodeMCU board. Vi baserede dem på det samme grundlæggende design som vores Nano PCB med en række pinhoveder på bagsiden.

Trin 8: Fremtidige planer?

I øjeblikket er vi midt i en tredje produktionskørsel af dele, hvor størstedelen af vores salg går til skoler, biblioteker og Maker Spaces. Vi har modtaget en masse solid feedback fra brugere i alle aldre, hvilket har hjulpet os med at designe bedre dele.

Læreplan

En af de mest almindelige anmodninger har været om klasseværelsesparameter. At udarbejde projekter er enkelt; det er vanskeligere at udgøre seks ugers ressourcer for elever og lærere. I slutningen af marts offentliggør vi vores første studieplanudkast på vores websted, gratis for alle at bruge. Vi har to spor, et til grundlæggende kredsløb og et til grundlæggende programmering. Begge vil være centreret omkring vores Crazy Circuits -dele, men de kan let ændres til brug på hylderne.

Flere produktionslinje dele

Vi tager i øjeblikket anmodninger om nye dele. Processen er langsom, men vi ønsker at tilføje et par nye stykker til vores lineup til senere på året. Forhåbentlig kan vi producere nogle potentiometre og NeoPixel -komponenter og begynde at tilføje dem til vores kits. Vi har været så heldige at have nogle entusiastiske fans, der har designet deres egne komponenter og delt dem med os, og vi håber, at flere vil gøre det i fremtiden.

Forpligtelse til Open Source

Det lyder måske som om vi slår en død hest, men vi kan virkelig godt lide at have vores komponenter Open Source. Vi vil fortsat tilføje til vores projektressourcer, pensum og designfiler. Vi håber virkelig, at både støj og forhåndsbrugere kan begynde at oprette deres egne dele eller ændre dem til nye projekter.

Anden pris i PCB -konkurrencen