Crazy Circuits: et åpen kildekode -elektronikklæringssystem: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Av BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow Mer av forfatteren:

Om: Jeg pleide å undervise i realfag i ungdomsskolen, men nå driver jeg mitt eget nettside for utdanningsvitenskap. Jeg bruker dagene mine på å designe nye prosjekter for studenter og produsenter å sette sammen. Mer om BrownDogGadgets »

Utdannings- og hjemmemarkedet er oversvømmet med modulære elektroniske "læringssystemer" designet for å lære barn og voksne viktige STEM- og STEAM -konsepter. Produkter som LittleBits eller Snapcircuits ser ut til å dominere hver gavegaveguide eller foreldreblogg for pedagogiske leker. Imidlertid kommer disse systemene alltid med en heftig prislapp, og mange føler seg mer som leker enn læringsverktøy.

For omtrent tre år siden begynte vi å designe Crazy Circuits som et rimelig, gjenbrukbart, modulært, ikke-loddende, morsomt system som kan brukes som et faktisk læringsverktøy. Vi ønsket noe som foreldre og lærere enkelt kunne integrere med sett de allerede hadde eller rimelige komponenter fra hyllen. Noe både for Maker -fellesskapet og for en gjennomsnittlig voksen.

Til slutt var Crazy Circuits alt vi håpet på og mer til. Systemet fungerte upåklagelig med ethvert LEGO -basert miljø, kunne enkelt brukes med ledende tråd for å sy, og enkelt skaleres fra enkle kretser opp gjennom grunnleggende programmering. Åh, og det var også morsomt å bruke, noe som gjorde livet vårt lettere.

I denne oppskriften skal vi vise deg hvordan vi designet Crazy Circuits -komponenter, læreplanen vår, hvordan du kan lage og designe dine egne deler og måter Crazy Circuits fungerer med andre systemer.

Fullstendig avsløring: Vi selger deler og sett fra Crazy Circuits, men du kan enkelt bruke Open Source -filene våre til å lage dine egne brett eller designe dine egne deler. Du kan bruke dette systemet til alle slags ting og aldri sende oss en eneste krone.

Give Aways: Vi prøver noe nytt i 2019. Vi gir bort gratis deler og sett til folk (bare amerikanske innbyggere) som følger oss på instruktører, facebook, instagram og youtube. Mest sannsynlig vil vi gi bort et par fulle sett, ferdige deler og tomme PCB -er. Bare følg eller abonner, så begynner vi å gi bort ting.

Trinn 1: Filosofi bak galne kretser

Da jeg var lærer, ble jeg veldig irritert over at jeg ikke hadde råd til fancy elektroniske systemer for klasserommet mitt, selv om hver undervisningskonferanse eller service jeg deltok på fortsatte å anbefale dem. Jeg hadde bare ikke et budsjett for et sett på $ 100 som fulgte med fem deler og i beste fall ville holde tre studenter opptatt i fem minutter. Jeg endte opp med å gjøre det de fleste naturfaglærere gjør, og kjøpte nettopp billige rådeler fra eBay og Amazon, men det krevde meg mye nytt leksjonsplanlegging og aktivitetsdesignarbeid. Jeg fant også ut at mine yngre studenter hadde det vanskelig å pakke hodet rundt brødbrett.

Til slutt klarte jeg å få midler til å kjøpe noen LittleBits -sett til bruk med min vitenskapsklubb etter skoletid. De var morsomme å bruke (og for å være ærlig, et godt sammensatt system), men da jeg spurte ungdomsskoleelevene om å forklare hvordan de jobbet, mottok jeg årets favorittsvar "Jeg vet ikke, magneter?". Dette var barn som hadde bygd noen kompliserte kretser uker tidligere, men LittleBits ble mer leken enn noe annet.

Da vi begynte å brainstorme et modulsystem, ønsket vi å sikre at elevene var klar over HVORDAN deler interagerte og deretter kunne trekke paralleller til vanlige deler. Vi visste også at vi trengte noe som ligner et brødbrett, men lettere å vikle hodet rundt enn et faktisk brødbrett. Vi måtte også gjøre det morsomt og engasjerende.

Utfordring akseptert!

Trinn 2: Hvorfor LEGO?

"lasting =" lat"

Til slutt måtte vi finne ut hvordan vi kobler alt sammen. Vi bestemte oss umiddelbart for at vi hatet ideen om ledninger og krokodilleklipp; det tok vekk fra det enkle. Vi likte å bruke ledende tape, men kobberfolietapen var umulig å bruke. Vi kunne få kassetten ned, men den ville ikke komme opp igjen. Vi prøvde til og med å bruke ledende tråd, men det viste seg å være umulig å kontrollere. Etter mange timer på Skype med en båndfabrikk i Kina produserte vi noen egendefinerte Nylon Conductive Tape (Maker Tape) som var sterk nok til å skrelle opp igjen, men likevel billig nok til å være konkurransedyktig med vanlig kobberfoliebånd.

Takket være det faktum at vi hadde mange test -PCBer med hull i forskjellige størrelser på verkstedet vårt, fant vi raskt en størrelsesavstand som gjorde at vi kunne få et trykk som passer med Nylon Conductive Tape. På denne måten måtte studentene avslutte kassetten på et bestemt sted: de måtte faktisk ta seg tid og designe kretsen sin. Dette aspektet tillot oss å gjøre Crazy Circuits til et læringsverktøy, ikke bare et leketøy.

Å bruke 1/8 tommer tape hadde også den rare sidegevinsten ved å tillate krets med to lag. Normalt ville vi legge båndet over TOPPEN til LEGO -studsene, men 1/8 -tommers båndet fungerte også perfekt for å gå MELLOM LEGO -studsene. Folk kan lage alle slags kompliserte kretser ved å bruke tape på LEGO. (Selv om det er litt vanskelig. Om ikke annet tillot det elevene å "hoppe" en eksisterende linje med bare en liten innsats.)

En grunneksempelkrets kan bruke en bryter, batteriholder og en LED. For alle delene våre brukte vi hvit silkescreening for å angi GND (negative) polene og den fargede siden for å indikere de positive polene. Videoen ovenfor viser meg lage en enkel krets. Legg ned tape, trykkpass på deler, legg til strøm.

Trinn 5: Ledende tråd

Under testing oppdaget vi at ledende tråd fungerte veldig bra med våre deler. Det viser seg at store hull i kobber gjorde ledende sying veldig enkelt. Noen av testerne våre foretrakk å sy med delene våre fremfor å bruke dem med LEGO.

Hvis du aldri har brukt Conductive Thread før du burde prøve! Det er vanligvis en stål/ nylontråd som leder ganske bra. Håndsøm med det er ganske enkelt, og det er ikke vanskeligere å sy deler på enn å sy på en knapp. Vi har til og med gått så langt som å lage kompliserte interaktive skjorter ved hjelp av en Arduino. Den fine delen med ledende sying er at hvis du virkelig hater prosjektet ditt, kan du alltid ta av delene og bruke dem til noe annet.

Vår "gå til" -aktivitet for barn er å få dem til å lage et trykknapparmbånd ved hjelp av en LED, en batteriholder og et sett med snaps. Snapsene går på enden av armbåndet og brukes til å fullføre kretsen. Vi satte sammen en fin utskrivbar PDF hvis noen vil bruke den til workshops eller hjemmeaktiviteter.

Trinn 6: Ledende blekk og deiger

I begynnelsen var vi klare for å få delene våre til å fungere med ledende blekk. Dette fungerte bare delvis.

Bare ledende blekk

Dette ledende blekket ligner ganske på oppblåst maling. Det er lett å male på hvilken som helst overflate, er ganske billig og kan vaskes i vann for enkel rengjøring. Ulempen er at grafitten ikke er veldig ledende og virkelig fungerer som en stor motstand mer enn noe annet. Vi hadde ingen problemer med å koble den til Crazy Circuits Parts siden vi kunne ha blekkblokker tørre over kretskortene, men vi hadde problemer med å flytte strømmen i kretsen trygt.

Det vi endte med å bruke den til var et kapasitivt "berøringspunkt" for våre Arduino -kompatible Teensy LC -plater. Vi kjører tape fra kretskortet til maleklattene, og så berører folk malingen. Dette tillater alle slags morsomme sjablonger, veggpianoer eller interaktive kunstprosjekter.

Kretsskriver

Dette ledende blekket fungerer akkurat som en sølv gelpenn, bare det etterlater ekstremt ledende spor på papir. Oppsiden til dette blekket er at sporene er ekstremt ledende og fungerer som en ekte penn. Ulempene er at pennene er dyre, har en tendens til å tørke ut, og du må på en eller annen måte klemme delene ned til papiret for å få en solid forbindelse.

Vi hadde opprinnelig laget noen tilpassede magneter som passet gjennom LEGO -hullene våre. Vår GitHub Repo er full av eldre deler som er merket "magnetkompatibel". Sluttresultatet var hit or miss, og vi innså at vi nettopp har laget dårlige versjoner av elektronikkdeler som Circuit Scribe allerede har laget. Den eneste fordelen var å lage større Arduino -baserte prosjekter siden Circuit Scribe ikke produserer noen Arduino -plater, men å sette for mange magneter tett sammen endte opp med å forårsake egne problemer.

Vi innså også at alt vi gjorde med dette blekket, kunne vi gjøre med ledende tape langt bedre.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Jeg har alltid syntes dette er et utmerket læringsverktøy for å lære grunnleggende elektronikk med yngre studenter. Oppsiden til deigen er at den er veldig underholdende, spesielt med kakeskærer. Ulempen er at den tørker ut (som hvilken som helst deig) og er også svært motstandsdyktig.

Vi pleier å bruke deigen på samme måte som vi bruker Bare Conductive Paint, som et berøringspunkt for kapasitive berøringsprosjekter. Det legger til et morsomt element i blandingen. Pluss at hvis du lager et veldig stort flatt deig, vil kroppen din reagere med kretsen FØR du berører den. Noen ganger opptil en centimeter unna. Det er alltid morsomt å se folk prøve å finne ut hvorfor det skjer.

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

En rask titt på vår GitHub Repo, så ser du at vi har mange store PCB-er designet for å fungere med en rekke populære mikrokontroller. En av våre viktigste klager på mye byggesystem var/ er at de bokser folk inn i å bruke et hensiktsmessig programmeringssystem eller bare lar deg bruke en plattform. Med maskinvare og programvare i stadig utvikling virket det rart å låse folk inne eller la dem kaste deler etter et par år.

Det mest åpenbare valget å starte med en Arduino Nano (som ble vårt Robotics Board) på grunn av den lille størrelsen og prispunktet. Dette var perfekt for et bredt spekter av programmeringsprosjekter, for eksempel lyseffekter eller snu servoer. Vi bestemte oss for å også produsere en mer funksjonsrik versjon som bruker en Teensy LC, hovedsakelig for kapasitive berøringsmuligheter. Teensy LC (Invention Board) har også noen fine tastaturemuleringsfunksjoner, og vi fant raskt ut noen morsomme spillkontrollere som brukte den. I fjor laget vi til og med en gigantisk LEGO NES -kontroller og la den ut på Instructables.

Programmering er morsomt, men ikke alle vil gå gjennom bryet. Vi satte sammen et brett designet rundt en forhåndsprogrammert ATtiny85 -brikke som bare slipper blink og blekner. Vår produksjonsversjon bruker SMT -deler, men du finner en gjennomgående hullversjon i vår Repo. De kommer godt med for mindre prosjekter som en stygg juleskjorte eller noen blinkende stjerner.

En ting vi har unnlatt å gjøre er å polere opp våre Raspberry Pi Zero og Micro: Bit -brett. Generelt liker vi Micro: Bit og samfunnet som har oppstått rundt det. Når det gjelder vårt Raspberry Pi Zero -bord … har vi bokstavelig talt ingen anelse om hva vi skal gjøre med det. Seriøst, noen gjør noe interessant med det, og vi sender deg noen deler.

Vi hadde også en gal idé om å prøve å sette sammen noen trådløse prosjekter. Vi styrer sammen for Particle Photon Board, et par Adafruit Feather Boards og det vanlige NodeMCU -kortet. Vi baserte dem på den samme grunnleggende designen som Nano -kretskortet vårt med en rad pinhoder på baksiden.

Trinn 8: Fremtidsplaner?

For tiden er vi midt i en tredje produksjonsserie av deler, og det meste av salget går til skoler, biblioteker og Maker Spaces. Vi har fått mange solide tilbakemeldinger fra brukere i alle aldre som har hjulpet oss med å designe bedre deler.

Læreplan

En av de vanligste forespørslene har vært om læreplan-klare læreplaner. Å lage prosjekter er enkelt; å gjøre opp seks uker med ressurser for studenter og lærere er vanskeligere. I slutten av mars legger vi ut våre første utkast til læreplaner på nettstedet vårt, gratis for alle å bruke. Vi har to spor, en for grunnleggende kretser og en for grunnleggende programmering. Begge vil være sentrert rundt våre Crazy Circuits -deler, men de kan lett endres for å brukes på hylledelene.

Flere produksjonslinje deler

Vi tar for øyeblikket forespørsler om nye deler. Prosessen er treg, men vi vil legge til et par nye stykker i vårt utvalg for senere i år. Forhåpentligvis kan vi produsere noen potensiometre og NeoPixel -komponenter og begynne å legge dem til våre sett. Vi har vært så heldige å ha noen entusiastiske fans som har designet sine egne komponenter og delt dem med oss, og vi håper flere vil gjøre det i fremtiden.

Engasjement for åpen kildekode

Det kan høres ut som om vi slår en død hest, men vi liker virkelig at komponentene våre er åpen kildekode. Vi kommer til å fortsette å legge til våre prosjektressurser, læreplaner og designfiler. Vi håper virkelig at både støy og forhåndsbrukere kan begynne å lage sine egne deler eller endre dem for nye prosjekter.

Andre pris i PCB -konkurransen