Kan en MakerBit minne deg på å sjekke vannet under juletreet ditt ?: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Et ferskt tre er en tradisjonell feriedekorasjon i mange hjem. Det er viktig å beholde den med ferskvann. Ville det ikke vært fint å ha et ornament som kan minne deg på å sjekke vannet under treet ditt?

Dette prosjektet er en del av en serie som viser hvordan beregningsmessige enheter fungerer i vårt daglige liv. Den bruker en MakerBit for å demonstrere hvordan en enkel vannstandsdetektor kan indikere lav vannstand med lys i et treformet ornament. Trinnene vi fulgte er vist nedenfor.

Forsiktig: Dette er bare en demonstrasjon av et konsept. Samlingen vist her er ikke designet eller ment for å forhindre at et ekte tre tørker. Før du bestemmer deg for om du vil bruke en vannstandssensor med et ekte tre, bør du lese sikkerhetsmeldingen nedenfor, i trinn 6.

Trinn 1: Samle komponentene

• Roger Wagners MakerBit+R
• micro: bit controller (Den faktiske kontrolleren er inkludert i MakerBit+R startpakke. Tilbehøret av plastkasse som vises på micro: bit selges separat. Denne lenken viser for eksempel en som selges på Amazon.)
• Båndkabel (inkludert)
• 9-volts batterikontakt (inkludert)
• 9v batteri (inkludert, men også lett tilgjengelig)
• Vannsensor (vår kom i settet Elegoo 37-Sensors. Tilgjengelig separat online.)
• 3 hoppetråder med hunkontakter i begge ender. (inkludert)
• Noen lysdioder (inkludert; vist på andre bilder, nedenfor)

Trinn 2: Koble til alt

A. MakerBit -tilkoblinger

Skyv micro: bit inn i MakerBit. Du trenger USB -kabelen som følger med for å koble til datamaskinen din for programmeringsformål. Etter at du har programmert den, kan du kjøre enheten bare med 9-voltsbatteriet.

Koble den blandede LED-båndkabelen til den svarte sokkelhodet for LED 11-16. Koble kontakten med 3 kontakter på tre jumper-ledninger til de svarte, røde og hvite stolpene på tapphodet på raden merket A0. Svart er for GND (bakken), rødt for +5v, og hvitt for "signal", som vil være analog pin 0).

Det er ikke på tide å koble til batteriet ennå, men det andre bildet viser hvor det vil gå.

B. Koble til fuktighetssensoren

De andre endene av ledningene må gå inn på sensorens tre pinner på en bestemt måte, som vist på det tredje bildet. Koble pinnen merket “S” til den hvite stolpen på MakerBit. Koble "+" -pinnen til den røde stolpen. Til slutt kobler du " -" pinnen til den svarte stolpen. Vi brukte ledninger i samme farge som stolpene, for å holde orden.

C. Sett lysdiodene inn i båndkabelen

Vi bruker 4 lys: en rød, en gul, to grønn. Legg merke til at hver LED har to pinner. Den ene pinnen er kortere enn den andre. Vær oppmerksom på den korte pinnen. Den går inn i kontakten på siden som har den lille trekanten.

Koden i dette prosjektet bruker fire kontakter i midten av kabelen, de for pinne 11, 12, 13 og 14. Undersøk etikettene ved den sorte kontakten på MakerBit, for å se hvilke pinner som går med hvert pinnummer. Studer deretter kabelen for å se hvordan ledningene forholder seg til pinnene. Hint: det svart-hvite paret kobles til pinne 12. Bildene viser hvilke ledninger som skal brukes.

Det femte bildet viser at alt er tilkoblet og klart til bruk.

Trinn 3: Forstå planen

Vannsensoren i dette prosjektet har en bane med elektriske kontakter som alle holdes bare litt fra hverandre. Når det er tørt, er det som en åpen bryter. Når det er vått, leder vannet strøm mellom kontaktene. Jo dypere det blir, jo flere kontakter blir våte og i stand til å lede strøm. På denne måten kan sensoren indikere vannstanden som en motstand mot strømmen av elektrisitet som øker eller minker når dybden endres. Det er noen enkle tilleggskretser på sensoren som forsterker følsomheten til detektoren for fuktighet, og rapporterer mengden fuktighet til den analoge pinnen til mikro: bit (gjennom MakerBit) som et tall.

Null betyr at sensoren er tørr, det vil si har størst motstand. Et tall større enn null betyr at sensoren oppdager vann. Jo dypere vannet er, desto større er tallet. Vi tenner lys når tallet øker, og slår dem av når tallet synker.

Våre tester viste at sensoravlesningen øker og minker som forventet som svar på endringer i vannstanden. Det blir mer følsomt når vannet synker lavt og viser veldig tydelig når det er tørt. Det gir nok informasjon til å danne en generell ide om vannsituasjonen. Vi vil ikke stole på at denne sensoren måler et dypt vannstand nøyaktig. Heldigvis trenger vi ikke å vite nøyaktig dybde for våre formål.

En enkel skjerm med fire lysdioder kan fortelle oss når treet kan trenge mer vann. Vår har en rød LED ved basen, deretter en gul, toppet med to grønne. Planen er å slå disse lysene av og på når vannstanden under treet går opp og ned. Grønt indikerer vann. Gul antyder lavt vann. Rødt betyr tørt.

Trinn 4: Bygg skjermen

Denne delen overlates til fantasien din. Vi vil vise hva vi gjorde. Du kan bruke et gammelt gratulasjonskort eller omtrent alt.

Klipp ut et lite tre og stikk hull for å holde de fire lysdiodene. Skyv lysdioden igjennom bak ornamentet, men ikke helt gjennom, bare opp til leppen på LED -undersiden. Hold lysdiodene på plass med litt tape på baksiden. Se denne lenken for nyttige detaljer om hvordan du installerer lysdioder.

Trinn 5: Koden

MakeCode online block-style editor fungerer veldig bra for dette prosjektet. Bildet viser et skjermbilde av koden.

Du kan åpne redaktøren i et nettleservindu, med koden allerede lastet klar for redigering, ved å bruke denne lenken: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Hva gjør koden?

I Start-delen forteller den micro: bit å ikke bruke den innebygde LED-skjermen. Denne instruksjonen frigjør de digitale pinnene som vi kan bruke i prosjektet vårt. Deretter slår den røde LED -lampen på (pin 11) mens de tre andre LED -lampene slås av.

I Forever -delen leser den den numeriske verdien som kommer fra sensoren på pin 0. Deretter sammenligner en serie "If … Then" -blokker denne verdien med (noe vilkårlige) konstanter vi bestemte eksperimentelt ved å dyppe sensoren i og ut av vann. Eksperimenter gjerne videre med forskjellige verdier for disse konstantene.

Etter hvert som sensorverdien blir større, slår programmet på flere av lysdiodene. Etter hvert som verdien blir mindre, slås den av.

Det er god kodingspraksis å inkludere en pause -blokk i en evig sløyfe. Pausen gir micro: bit en mulighet til å jobbe med andre ting i kort tid. Denne koden stopper i 1000 millisekunder, lik ett sekund, noe som betyr at vi sjekker vannivået 60 ganger i minuttet.

Bruk MakeCode -editoren til å kompilere koden, og last den deretter opp til MakerBit. Denne lenken kobles til den offisielle guiden for hvordan du gjør det.

Trinn 6: Sjekk det ut !

Koble batteriet til MakerBit og sett sensoren i litt vann. Vær forsiktig med å sette bare enden med metallstrimlene i vannet. Hold de elektroniske komponentene tørre på enden der ledningene kobles til.

LES DENNE SIKKERHETSMELDINGEN: Et tørt tre er en brannfare. Det kan ta fyr og brenne huset ditt. Du bør ikke bare stole på en vannstandssensor for å bestemme når treet ditt trenger vann. Samlingen som er beskrevet i denne artikkelen, er kun illustrerende, ment for å vise hvordan vannnivåsensorer kan fungere i daglig bruk. Enheter som dette kan imidlertid ikke beskytte et tre mot å tørke. Du må fortsatt sjekke treet ditt visuelt og opprettholde et trygt utkikk hele tiden for å sikre at treet ditt har vannet det trenger.

Plasser sensoren i reservoaret under treet ditt og sett displayet der du kan se det. Når du sjekker treet ditt regelmessig, legg merke til hvordan lysdiodene endres når vannivået endres. Informasjonen kan hjelpe deg med å lære hvordan sensorer fungerer, og kan hjelpe deg med å minne deg på å sjekke vannet under treet ditt.

Trinn 7: For lærere: STEAM -utfordringer og foreslåtte standarder

DAMPUTFORDRINGER

Maker -utfordring: forleng ledningene som går til skjermen, slik at du faktisk kan henge den høyere opp i et ekte tre.

Verktøyutfordring: bli kjent med MakerBit! Du kan koble lysdioder til hvilken som helst av MakeBits digitale pinner ved å bruke kontaktene og kabelen som er festet til den svarte bokskontakten på MakerBit. Dette eksemplet brukte tall 11 til 14. Kan du endre oppsettet og kodingen for å bruke forskjellige pins, si tall 5 til 8?

Vitenskapelig utfordring: Undersøk sensorens oppførsel. Gjør følgende eksperimenter.

1. Tørk sensoren grundig, og sett den deretter i vann i målte trinn, for eksempel en millimeter om gangen. Registrer dybden der hvert lys tennes.
2. Tørk sensoren grundig igjen. Deretter dykker du den i vann opp til nær toppen av metallstriper. Trekk den ut i målte trinn, for eksempel en millimeter om gangen. Registrer dybden som hvert lys slås av.
3. Vurder dataene du samlet inn. Reagerer lysene på samme vannstand i begge retninger? Hvis tallene ikke stemmer overens, lager du en liste over mulige forklaringer på atferden du observerer.

Matematikkutfordring: Beregn antall millisekunder du må sette i pauseblokken for å sjekke vannet bare en gang i minuttet, eller en gang i timen.

Ingeniørutfordring: Tenk på forskjellige måter denne enheten kan brukes på. Ville en forskjell i avlesningene som følger av nedsenkningsretningen ha betydning for selve bruken av denne enheten? Hvorfor eller hvorfor ikke?

Teknisk utfordring: den runde pluggen på MakerBit lar deg koble til en likestrømskilde på alt fra seks til tolv volt. Det lille ni-volts batteriet varer kanskje ikke lenge. Hvilken annen strømkilde kan du koble til for å holde vannsensoren i gang kontinuerlig?

Kodeutfordring: hvordan endrer du koden slik at bare én LED lyser: grønt, gult eller rødt avhengig av vannstanden? Hvordan endres visningsatferden hvis du endrer konstantene i koden?

Kunstutfordring: dekorér utstillingspyntet, eller design noe annet som ser helt annerledes ut! Testen på et godt displaydesign er at det gjør informasjonen åpenbar.

STANDARDER

NGSS (Next Generation Science Standards)

4-PS3-4. Bruk vitenskapelige ideer for å designe, teste og foredle en enhet som konverterer energi fra en form til en annen.

ISTE

4a Studentene kjenner og bruker en bevisst designprosess for å generere ideer, teste teorier, lage innovative artefakter eller løse autentiske problemer.

5b Elevene samler inn data eller identifiserer relevante datasett, bruker digitale verktøy for å analysere dem og representerer data på forskjellige måter for å lette problemløsning og beslutningstaking.