Covid Sikkerhetshjelm Del 1: en introduksjon til Tinkercad Circuits !: 20 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Tinkercad -prosjekter »

Hei venn!

I denne todelte serien lærer vi hvordan du bruker Tinkercad's Circuits - et morsomt, kraftig og lærerikt verktøy for å lære om hvordan kretser fungerer! En av de beste måtene å lære er å gjøre. Så vi skal først designe vårt eget prosjekt: kretsløpet for en Covid -hjelm!

Målet vårt er å lage en hjelm som vil varsle deg når en person nærmer seg. På den måten kan du forbli trygg fra Covid ved å flytte bort for å holde avstanden mellom deg og den personen.

Ved slutten av dette prosjektet har du en grunnleggende forståelse av hvordan du designer kretser og programmer ved hjelp av Tinkercad. Selv om dette kan høres vanskelig ut, ikke bekymre deg! Jeg vil være her for å veilede deg gjennom hele prosessen - bare lær og nyt!

Rekvisita:

Alt du trenger er en Tinkercad -konto. Har du ikke en? Registrer deg gratis på www.tinkercad.com

Trinn 1: Åpne Tinkercad

Logg inn på Tinkercad (eller registrer deg hvis du ikke har det ennå).

Etter å ha logget deg på dashbordet, gå til venstre sidefelt og velg "Kretser".

Velg deretter "Opprett ny krets" (sirklet med oransje). Her har vi friheten til å være kreative og designe hvilke kretser vi ønsker. Du kan også simulere kretsene dine nøyaktig for å se hvordan de ville fungere i den virkelige verden, før du faktisk bygger en i virkeligheten!

Nå er vi klare til å begynne!

Trinn 2: Tittel på prosjektet ditt

Etter at du har trykket på "Opprett ny krets", blir du møtt med dette tomme arbeidsområdet.

Første ting først - alle prosjektene våre blir lagret på dashbordet vårt (fra forrige trinn), så det er viktig at vi navngir prosjektene våre slik at vi kan huske dem og finne dem senere!

Hvis du ser øverst til venstre, vil det bli generert en morsom, tilfeldig tittel for deg. Du kan klikke på den for å erstatte tittelen med din egen. Her kalte jeg den "Covid -sikkerhetshjelm".

Trinn 3: Legge til vår Micro: bit

Vi starter prosjektet vårt med å legge til en micro: bit.

En micro: bit er en liten datamaskin som du kan lære å programmere på. Den har massevis av kule funksjoner som LED -lys, et kompass og knapper som kan tilpasses!

Denne mikrobiten er det som vil behandle all informasjon fra sensorene våre (som vi legger til senere). Micro: bit vil også gi oss den informasjonen på en enkel måte som vi kan forstå.

For å legge dette til i arbeidsområdet vårt, bruker vi sidefeltet til høyre. Her finner du en hel haug med komponenter som du kan bruke. La oss ignorere alt annet for nå, og søke "mikrobit".

Velg micro: bit, og ta den med til arbeidsområdet.

Trinn 4: Legge til vår sensor

Nå som vi har vår micro: bit, la oss legge til en sensor. Vi legger til noe som kalles en PIR -sensor, som er forkortelse for Passiv infrarød sensor.

Et PIR kan oppdage infrarød stråling - eller varme. Fordi mennesker avgir varme, men objekter som vegger, vannflasker og blader ikke gjør det, kan denne sensoren brukes til å oppdage når mennesker er i nærheten.

Vanligvis kan den "se" opptil 5 meter unna, noe som er bra fordi dette vil gi oss en tidlig advarsel når folk nærmer seg, slik at vi kan reagere før de når retningslinjene for sosial distanse på 2 meter.

Trinn 5: Forstå komponentene

Nå som vi har våre to deler, hvordan kan vi koble dem sammen slik at micro: bit kan kommunisere med PIR -sensoren?

Det er ganske enkelt på Tinkercad. Du kan se at det er 3 pinner på bunnen av PIR -sensoren.

1. Når du holder musen over dem, ser du at den første pinnen er "Signal" -nålen, noe som betyr at dette vil gi et signal når den oppdager en person.
2. Den andre pinnen er "Power", det er der vi kobler til en strømkilde for å slå PIR -sensoren på.
3. Den tredje pinnen er "Ground", hvor all den "brukte" strømmen kommer ut av PIR -sensoren.

Du vil kanskje legge merke til at det også er 5 punkter på bunnen av mikroen: bit som ledninger kan koble til. Hold musen over dem.

1. De tre første punktene er merket P0, P1 og P2. Disse punktene kan tilpasses, og de kan enten ta inn signaler (input) eller kaste ut signaler (output). Det er mange forskjellige måter vi kan bruke disse punktene på fordi de er svært tilpassbare! Mer om det senere …
2. 3V -punktet er en 3 volt strømkilde. Husker du at vår PIR -sensor trenger en strømkilde? Vel, vi kan få den elektrisiteten fra micro: bits 3V -punkt!
3. GND -punktet er en forkortelse for "bakken", det er der strømmen kan "gå ut" etter å ha gjort jobben. PIR -sensorens bakkepinne kan kobles til her.

Trinn 6: Koble til komponentene

For å koble til pinnene, klikk først på en pinne med markøren. Klikk deretter på en annen pinne (der du vil koble den første pinnen). Du vil se at det ble dannet en ledning! Du kan klikke på ledningen for å endre fargen hvis du vil. Eller du kan slette det og prøve på nytt hvis det ser rotete ut. Prøv å legge ledningene rent, slik at du kan spore hvor hver ledning er senere!

Etter at du har koblet ledningene dine, må du se om det stemmer overens med det jeg har. I så fall flott! Hvis ikke, ingen bekymringer! Slett ledningene og prøv igjen.

Du kan sikkert forestille deg hva som skjer nå. Det er en enkel sløyfe:

1. Elektrisitet forlater mikrobiten →
2. → går inn i PIR -sensoren gjennom "Power" -pinnen →
3. → fungerer noe i PIR -sensoren →
4. → forlater PIR -sensoren gjennom "Ground" -pinnen eller "Signal" -pinnen →
5. → går til micro: bitens "Ground" pin eller "P0" pin

Trinn 7: Simulering av kretsen vår (del 1)

Når vi oppretter kretser på Tinkercad, kan vi også simulere dem.

På denne måten kan vi eksperimentere for å se hvordan kretsens komponenter kan reagere i den virkelige verden, noe som kan hjelpe deg med å planlegge og designe kretser uten å måtte "prøve og feile" og bruke tid og penger på noe som kanskje ikke fungerer!

For å simulere kretsen vår, trykk på "Start simulering" -knappen som er funnet øverst til høyre …

Trinn 8: Simulering av kretsen vår (del 2)

Med simuleringen i gang kan vi samhandle med kretsen vår.

Klikk på PIR -sensoren. En ball vil dukke opp. Tenk deg at denne ballen er et menneske. Du kan klikke og flytte det mennesket rundt.

Du kan merke at når du beveger ballen inne i den røde sonen nær PIR -sensoren, lyser sensoren. Hvis dette er sant, har du koblet alt riktig! Når du flytter ballen ut av PIRs deteksjonssone, slutter sensoren å lyse. Lek med det!

Du kan også merke at når ballen er innenfor deteksjonssonen, men den er stasjonær, blir ikke PIR aktivert. Dette er ikke et problem fordi mennesker beveger seg mye, så sensoren vil stort sett alltid oppdage mennesker som er i nærheten av rommet ditt.

Hva med micro: bit? Vi har allerede koblet signalkabelen, så hvorfor skjer det ikke noe ?!

Ikke bekymre deg, dette er forventet!

Selv om vi koblet signalkabelen, vet ikke mikro: bit datamaskinen hva han skal gjøre med informasjonen som PIR -sensoren gir den. Vi vil fortelle det hva vi skal gjøre ved å programmere det i neste trinn.

Trinn 9: Grunnleggende om kodeblokk

Gå ut av simuleringen, og klikk deretter på "Code" (ved siden av "Start Simulation"). Dette åpner et nytt, større sidefelt til høyre.

I tillegg til å designe og simulere kretser, kan vi også programmere på Tinkercad ved hjelp av Codeblocks. Codeblocks er en enkel måte å lære om logikken bak programmering, som er en god introduksjon til koding før du går inn på mer avanserte språk som Javascript, Python eller C.

La oss begynne med å gjøre oss kjent med Codeblock -miljøet. På venstre side av Codeblock -sidefeltet er det kodeblokker som du kan dra og slippe. På høyre side er den faktiske koden din. Prøv å utforske ved å dra og slippe noen stykker.

Når du er kjent med det, fjerner du kodingsområdet (ved å dra blokkene inn i papirkurven nederst til høyre) slik at vi kan begynne å legge til koden vår for kretsen.

Trinn 10: Programmering av Micro: bit (del 1)

La oss komme i gang ved å søke gjennom "Input" -blokkene, og dra "på pin [P0] endret til [High]". Dette er en input fordi dette vil mate mikro: bit informasjonen.

I utgangspunktet kan P0 -punktet (der signalkabelen vår kobles til) ha to verdier: høy eller lav. Høy betyr at det er et signal, og lav betyr at det ikke er noe signal.

Hvis PIR -sensoren oppdager en inntrenger, ville signalet være høyt eller lavt? Hvis du svarte høyt, har du rett! Alternativt, når det ikke er noen inntrenger i deteksjonssonen (eller i det ekstremt sjeldne tilfellet at inntrengeren er helt stille), vil det være et lavt elektrisk signal.

Derfor er logikken bak koden vår i utgangspunktet: "når en person blir oppdaget, gjør _".

Akkurat nå gjør det ingenting fordi vi ikke har definert noe for det (det er tomt). Så la oss få det til å gjøre noe.

Trinn 11: Programmering av Micro: bit (del 2)

La oss legge til en utgangskodeblokk kalt "vis lysdioder". Denne kodeblokken lar oss rote rundt med lysene på micro: bit. Du kan veksle LED -rutenettet for å lage hvilken som helst design du ønsker. Jeg la til et smilefjes. Dette er en utgang fordi mikrobiten gir ut informasjon.

La oss deretter endre [HIGH] til [LOW] på inngangskodeblokken.

Fordi vi endret signalet fra høyt til lavt, sier koden vår nå:

når det er lavt signal på P0, slå på LED -lampene for å lage et smilefjes

Dette betyr at når det ikke er noen som beveger seg i vår deteksjonssone, vil micro: bit vise et smilefjes fordi det er trygt! =)

Trinn 12: Programmering av Micro: bit (del 3)

Vi vet hva micro: bit vil gjøre når det ikke er noen personer rundt deteksjonssonen. Hva med når noen er der?

La oss definere det også. Legg til en annen inngangskodeblokk "på pin [P0] endret til [High]".

Denne gangen lar vi det være [HØYT] fordi vi skal bruke det til å gjøre noe når en person blir oppdaget.

Legg til en annen led -utgang, og lag et design! Jeg brukte et rynket ansikt fordi når personen er i deteksjonssonen, kan det være mindre trygt! = (

Trinn 13: Testing av vår kode

Kjør simuleringen en gang til. Beveg deg rundt ballen (aka person) og se hvordan din micro: bit reagerer.

Hvis den ikke gjør det du vil at den skal gjøre, kan du prøve forrige trinn på nytt og kryssjekke kodeblokkene dine med skjermbildet mitt. Ikke gi opp!:)

Trinn 14: Legge til flere PIR -sensorer

Hvis koden din fra forrige trinn fungerte riktig, bra jobba! La oss nå fremme prosjektet vårt.

Så langt har vi bare brukt en PIR -sensor, slik at vi bare kan oppdage mennesker i ett område. Hva med resten av plassen rundt oss? Vi trenger flere sensorer!

Lukk kodefeltet (ved å klikke "Kode") hvis det fortsatt er åpent, og søk etter en annen PIR -sensor. Legg det til arbeidsområdet og koble det til.

Merk: Koble denne andre PIR -sensorens signalpinne til P1 eller P2 (jeg koblet den til P1). Ikke koble den til P0 siden det punktet allerede brukes av den første sensoren. Hvis du gjør det, kan ikke micro: bit fortelle hvilke PIR som sender signaler!

Selv om jeg i Tinkercad -arbeidsområdet satte begge PIR -sensorene opp (for å gjøre skjermen renere), når du faktisk fester PIR -ene på hjelmen, kan en PIR -sensor festes mot venstre side av hjelmen, slik at den skanner området til venstre for hjelmen deg og den andre kan plasseres på høyre side av hjelmen for å skanne området til høyre for deg.

Trinn 15: Legge til tilleggskode for andre PIR

Åpne koden en gang til, og legg til et nytt sett med kodeblokker som ligner den første. Denne gangen klikker du imidlertid på rullegardinmenyen på de nye kodeblokkene og velger P1 (eller P2 hvis du koblet den nye PIR til P2).

For PIR -sensoren til venstre (som er koblet til P0) endret jeg LED -utgangskodeblokken slik at venstre side av LED -rutenettet lyser. På samme måte, for PIR -sensoren til høyre, endret jeg LED -utgangskodeblokken slik at høyre side av LED -rutenettet lyser.

Når ingen av PIR er aktivert, vil LED -rutenettet fremdeles vise et smilefjes fordi det er trygt!

Trinn 16: Testingskode for flere PIR -er

Etter å ha lagt til og redigert kodeblokkene riktig, kan du kjøre en simulering igjen for å teste om koden din fungerer.

Når ballen/mennesket flyttes inn i deteksjonssonen til venstre PIR, skal LED -rutenettet på micro: bit lyse opp på venstre side.

På samme måte, hvis en person beveger seg i deteksjonssonen på høyre side, lyser LED -en på høyre side.

Trinn 17: Legge til en alarm

Nå som vi har to store blindspots dekket (du kan velge å legge til flere PIR -sensorer eller micro: bits for å dekke enda mer område), la oss ta det enda et skritt videre.

Hva om du vil høre en alarm når PIR -en utløses? Ikke bare ville du bli varslet (for eksempel når du sover), men du kan også skremme inn inntrengere i ditt personlige rom, slik at både du og inntrengeren er trygg fra Covid.

Gå til sidefeltet til høyre og søk etter "piezo". Dette er små "høyttalere" eller "summer" som har en overflate inni som vibrerer når en strøm går gjennom den, noe som skaper en høy summende lyd.

Det er to pinner på piezo. Koble den negative pinnen til micro: bits bakken, og koble den positive pinnen til det gjenværende P2 -punktet på micro: bit. På denne måten kan vi kontrollere det slik at summeren bare høres når mikrobiten frigjør elektrisk strøm gjennom P2 -pinnen.

Merk: Pass på at du legger til en motstand på en av pinnene på piezoen (en av pinnene). Dette vil gjøre det mulig for oss å begrense mengden strøm som går inn i piezoen. Ellers kan ubegrensede mengder strøm bryte mikro: bit, piezo eller begge deler!

Jeg satte en 1 000 ohm motstand, men du kan sette hva som helst. Jeg anbefaler å sette noe med 500 ohm - 2 000 ohm. Jo lavere motstand, jo mer strøm blir det, så summeren blir høyere

Trinn 18: Koding av summer

I likhet med LED -rutenettet, må vi programmere micro: bit for å sikre at summeren fungerer som den skal. Det kan være irriterende hvis summeren summer kontinuerlig når noen er i deteksjonssonen vår, så la oss kode den slik at den bare summer én gang når en person kommer inn i deteksjonssonen (varsler oss om at noen kommer).

For å gjøre dette, la oss initialisere P2 -pinnen. Legg til en "ved start" kodeblokk, og en "analgo set pitch pin [P2]" kode under den.

Legg deretter til en "analog tonehøyde" utgangskodeblokk i hver "på pin endring til [HIGH]" kodeblokk, under LED -utgangskodeblokken (hvis denne formuleringen er forvirrende, ta en titt på skjermbildet ovenfor!).

Denne analoge kodeblokken lar oss definere to innstillinger: tonehøyde og tid.

• Tidsinnstillingen forteller hvor lenge tonen skal spilles. Jeg setter det på 500 ms (du kan velge et hvilket som helst tall).

• Pitchen forteller oss hvor høy tonehøyde tonen skal være.

  Her velger du en annen frekvens for hver PIR. Jeg satte en til 100 (lav tonehøyde) og en annen til 400 (høy tonehøyde). På denne måten kan du fortelle hvilken PIR -sensor som utløses bare av tonen alene (uten å måtte se på LED -rutenettet)

Trinn 19: Endelig simulering

Kjør simuleringen din en siste gang for å sikre at alt fungerer.

Hvis du replikerte denne instruksjonsboken, når en person går inn i deteksjonssonen på venstre side, skal det kort høres en lav tone for å varsle deg, og venstre side av LED-rutenettet skal lyse, slik at du vet at det kommer en inntrenger fra venstre.

Når en person går inn i deteksjonssonen på høyre side, skal det høres kort en høy tone for å varsle deg, og høyre side av LED-rutenettet skal lyse, slik at du får vite at en inntrenger kommer fra høyre.

Når ingen er i noen av deteksjonssonene, bør LED -rutenettet vise et lykkelig ansikt og fortelle deg at du er trygg!

Trinn 20: Avsluttende tanker og fremtidige prosjekter

Hvis du gjorde det gjennom denne instruksjonsfulle, gratulerer! Selv om du slet eller ikke fikk fullført det, er jeg sikker på at du minst har lært et par ting om Tinkercad, og det er det som er så viktig!

Nå som du har en sosial distansert alarmkrets som fungerer, hvis du vil ta det til neste trinn og bygge dette i den virkelige verden, kan du kjøpe utstyret og koble ledningene nøyaktig som du gjorde i dette Tinkercad-arbeidsområdet.

Bildet ovenfor er en 3D -modell (.stl) av hjelmen jeg jobber med, og bruker den samme eksakte kretsen som vi bygde i denne Instructable. Den har 2 PIR -sensorer på sidene, en micro: bit montert på forsiden (for at du skal se LED -rutenettet) og summer.

Hvis du ønsker å bruke din egen kreativitet alene, kan du ta det enda et skritt videre ved å lime kretsen varm på en hjelm. Ellers, følg med på min neste Instructable, hvor vi skal sette sammen denne hjelmen!

Merk: Hvis du er ung, kan du be en verge om hjelp til å bruke verktøy når du bygger kretsen og hjelmen.

Jeg håper du likte denne opplæringen og at du kan bruke det du lærte om Tinkercad til å være kreativ og lage noen av dine egne prosjekter. Jeg gleder meg til å se hva dere alle lager, så husk å koble prosjektene dine i kommentarene!

Ha et morsomt og lærerikt 2021!