Covid -hjälm del 1: ett introduktion till Tinkercad -kretsar !: 20 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:35

Tinkercad -projekt »

Hej kompis!

I den här tvådelade serien lär vi oss hur man använder Tinkercads kretsar - ett roligt, kraftfullt och lärorikt verktyg för att lära sig hur kretsar fungerar! Ett av de bästa sätten att lära sig är att göra. Så vi ska först designa vårt eget projekt: kretsarna för en Covid -hjälm!

Vårt mål är att skapa en hjälm som varnar dig när en person närmar sig. På så sätt kan du vara säker från Covid genom att flytta bort för att hålla avståndet mellan dig och den personen.

I slutet av detta projekt har du en grundläggande förståelse för hur man designar kretsar och programmerar med Tinkercad. Även om detta kan låta svårt, oroa dig inte! Jag kommer att vara här för att vägleda dig genom hela processen - bara lära dig och njut!

Tillbehör:

Allt du behöver är ett Tinkercad -konto! Har du inget? Registrera dig gratis på www.tinkercad.com

Steg 1: Öppna Tinkercad

Logga in på Tinkercad (eller registrera dig om du inte har det ännu).

När du har loggat in på instrumentpanelen, gå till vänster sidofält och välj "Kretsar".

Välj sedan "Skapa ny krets" (inringad i orange). Här har vi friheten att vara kreativa och designa vilka kretsar vi vill. Du kan också exakt simulera dina kretsar för att se hur de skulle fungera i den verkliga världen, innan du faktiskt bygger en i verkligheten!

Nu är vi redo att börja!

Steg 2: Titel ditt projekt

När du har tryckt på "Skapa ny krets", hälsas du med denna tomma arbetsyta.

Först och främst - alla våra projekt kommer att sparas på vår instrumentpanel (från föregående steg), så det är viktigt att vi namnger våra projekt så att vi kan komma ihåg och hitta dem senare!

Om du tittar uppe till vänster kommer det att skapas en rolig slumpmässig titel för dig. Du kan klicka på den för att ersätta titeln med din egen. Här betecknade jag den "Covid -hjälm".

Steg 3: Lägga till vår Micro: bit

Vi börjar vårt projekt med att lägga till en micro: bit.

En micro: bit är en liten dator som du kan lära dig programmera på. Den har massor av coola funktioner som LED -lampor, en kompass och anpassningsbara knappar!

Denna micro: bit är vad som kommer att behandla all information från våra sensorer (som vi kommer att lägga till senare). Micro: bit kommer också att ge oss den informationen på ett enkelt sätt som vi kan förstå.

För att lägga till detta i vår arbetsyta använder vi sidofältet till höger. Här hittar du en hel massa komponenter som du kan använda. Låt oss ignorera allt annat för tillfället och leta efter "mikrobit".

Välj mikro: bit och ta med den till arbetsytan.

Steg 4: Lägga till vår sensor

Nu när vi har vår micro: bit, låt oss lägga till en sensor. Vi lägger till något som kallas en PIR -sensor, som är en förkortning för passiv infraröd sensor.

Ett PIR kan detektera infraröd strålning - eller värme. Eftersom människor avger värme men föremål som väggar, vattenflaskor och löv inte gör det kan denna sensor användas för att upptäcka när människor är i närheten.

Vanligtvis kan den "se" upp till 5 m bort, vilket är bra eftersom det gör att vi kan få en tidig varning när människor närmar sig, så att vi kan reagera innan de når 2m (6ft) riktlinjerna för social distansering.

Steg 5: Förstå komponenterna

Nu när vi har våra två delar, hur kan vi koppla ihop dem så att micro: bit kan kommunicera med PIR -sensorn?

Det är ganska enkelt på Tinkercad. Du kanske ser att det finns 3 stift på undersidan av PIR -sensorn.

1. När du håller musen över dem ser du att den första stiftet är "Signal" -nålen, vilket innebär att detta kommer att ge en signal när den upptäcker en person.
2. Den andra stiftet är "Power", där vi ansluter en elkälla för att slå på PIR -sensorn.
3. Den tredje stiftet är "Ground", där all "använd" elektricitet kommer att lämna PIR -sensorn.

Du kanske märker att det också finns 5 punkter på botten av mikro: bit som ledningar kan ansluta till. Håll musen över dem.

1. De tre första punkterna är märkta P0, P1 och P2. Dessa punkter är anpassningsbara och de kan antingen ta in signaler (ingång) eller kasta ut signaler (utgång). Det finns många olika sätt att använda dessa punkter eftersom de är mycket anpassningsbara! Mer om det senare …
2. 3V -punkten är en 3 volt elkälla. Kommer du ihåg att vår PIR -sensor behöver en elkälla? Tja, vi kan få den elen från micro: bitens 3V -punkt!
3. GND -punkten är en förkortning för "mark", där elen kan "gå ut" efter att ha gjort sitt jobb. PIR -sensorns jordstift kan anslutas här.

Steg 6: Ansluta komponenterna

För att ansluta stiften, klicka först på en stift med markören. Klicka sedan på en annan stift (där du vill ansluta den första stiftet). Du kommer att se att en tråd bildades! Du kan klicka på tråden för att ändra dess färg om du vill. Eller så kan du ta bort det och försöka igen om det ser rörigt ut. Prova att lägga trådarna rent så att du kan spåra var varje tråd är senare!

Efter att ha anslutit dina ledningar, kontrollera om det matchar vad jag har. Om så är fallet, jättebra! Om inte, oroa dig inte! Ta bort trådarna och försök igen.

Du kan nog föreställa dig vad som händer nu. Det är en enkel slinga:

1. Elektricitet lämnar mikro: bit →
2. → går in i PIR -sensorn genom dess "Power" -stift →
3. → fungerar en del inom PIR -sensorn →
4. → lämnar PIR -sensorn genom sin "Ground" -stift eller "Signal" -stift →
5. → går till micro: bitens "Ground" -stift eller "P0" -stift

Steg 7: Simulera vår krets (del 1)

När vi skapar kretsar på Tinkercad kan vi också simulera dem.

På så sätt kan vi experimentera för att se hur vår krets komponenter kan reagera i den verkliga världen, vilket kan hjälpa dig att planera och designa kretsar utan att behöva göra "trial-and-error" och lägga tid och pengar på något som kanske inte fungerar!

För att simulera vår krets, tryck på "Start Simulation" -knappen som finns längst upp till höger …

Steg 8: Simulera vår krets (del 2)

Med simuleringen igång kan vi interagera med vår krets.

Klicka på PIR -sensorn. En boll kommer att dyka upp. Tänk att den här bollen är en människa. Du kan klicka och flytta den där människan.

Du kanske märker att när du flyttar bollen inuti den röda zonen nära PIR -sensorn tänds sensorn. Om detta är sant har du kopplat allt korrekt! När du flyttar bollen från PIR: s detekteringszon slutar sensorn att lysa upp. Lek med det!

Du kanske också märker att när bollen befinner sig inom detektionszonen men den är stillastående, aktiveras inte PIR. Detta är inte ett problem eftersom människor rör sig mycket, så sensorn kommer i stort sett alltid att upptäcka människor som är nära ditt utrymme.

Hur är det med micro: bit? Vi har redan anslutit signalkabeln, så varför händer inget?

Oroa dig inte, detta förväntas!

Även om vi kopplade signalkabeln vet inte mikro: bit -datorn vad han ska göra med informationen som PIR -sensorn ger den. Vi berättar vad vi ska göra genom att programmera det i nästa steg.

Steg 9: Grunderna för kodblock

Avsluta simuleringen och klicka sedan på "Kod" (bredvid "Starta simulering"). Detta öppnar en ny, större sidofält till höger.

Förutom att designa och simulera kretsar kan vi också programmera på Tinkercad med Codeblocks. Codeblocks är ett enkelt sätt att lära sig om logiken bakom programmering, vilket är en bra introduktion till kodning innan man går in på mer avancerade språk som Javascript, Python eller C.

Låt oss börja med att bekanta oss med Codeblock -miljön. På vänster sida av Codeblock -sidofältet finns det kodblock som du kan dra och släppa. På höger sida är din faktiska kod. Prova att utforska genom att dra och släppa några bitar.

När du är bekant med det rensar du kodningsutrymmet (genom att dra blocken i papperskorgen längst ner till höger) så att vi kan börja lägga till vår kod för kretsen.

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

Låt oss komma igång genom att söka igenom "Input" -blocken och dra "på pin [P0] ändrad till [High]". Detta är en ingång eftersom detta kommer att mata mikro: bit -informationen.

I grund och botten kan P0 -punkten (där vår signalkabel ansluts) ha två värden: hög eller låg. Hög betyder att det finns en signal och låg betyder att det inte finns någon signal.

Om PIR -sensorn upptäcker en inkräktare, skulle signalen vara hög eller låg? Om du svarade högt har du rätt! Alternativt, när det inte finns någon inkräktare i detekteringszonen (eller i det extremt sällsynta fallet att inkräktaren är helt stilla), kommer det att finnas en låg elektrisk signal.

Därför är logiken bakom vår kod i princip: "när en person upptäcks, gör _".

Just nu gör det ingenting eftersom vi inte har definierat något för det (det är tomt). Så låt oss få det att göra något.

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

Låt oss lägga till ett utmatningskodblock som heter "visa lysdioder". Detta kodblock låter oss bråka med lamporna på micro: bit. Du kan växla LED -rutnätet för att skapa vilken design du vill. Jag la till ett leende. Detta är en utgång eftersom mikrobiten ger ut information.

Låt oss sedan ändra [HIGH] till [LOW] på inmatningskodblocket.

Eftersom vi ändrade signalen från hög till låg säger vår kod nu:

när det är låg signal på P0, slå på lysdioderna för att skapa ett leende

Det betyder att när det inte finns någon person som rör sig i vår detektionszon, kommer micro: bit att visa ett leende eftersom det är säkert! =)

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

Vi vet vad micro: bit kommer att göra när det inte finns någon person runt detektionszonen. Vad sägs om när någon är där?

Låt oss definiera det också. Lägg till ytterligare en ingångskodblock "på pin [P0] ändrad till [High]".

Den här gången lämnar vi det som [HÖG] eftersom vi ska använda det för att göra något när en person upptäcks.

Lägg till ytterligare en led -utgång och skapa en design! Jag använde ett rynkigt ansikte eftersom det kan vara mindre säkert när personen befinner sig i detektionszonen! = (

Steg 13: Testa vår kod

Kör simuleringen en gång till. Flytta runt bollen (aka person) och se hur din micro: bit reagerar.

Om det inte gör vad du vill att det ska göra, försök igen med föregående steg och korskontrollera dina kodblock med min skärmdump. Ge inte upp!:)

Steg 14: Lägga till ytterligare PIR -sensorer

Om din kod från föregående steg fungerade korrekt, bra jobbat! Låt oss nu avancera vårt projekt.

Hittills har vi bara använt en PIR -sensor så att vi bara kan upptäcka människor i ett område. Vad sägs om resten av utrymmet runt omkring oss? Vi behöver fler sensorer!

Stäng kodens sidofält (genom att klicka på "Kod") om den fortfarande är öppen och sök efter en annan PIR -sensor. Lägg till den i din arbetsyta och anslut den.

Obs: Anslut den andra PIR -sensorns signalstift till P1 eller P2 (jag kopplade den till P1). Anslut den inte till P0 eftersom den punkten redan används av den första sensorn. Om du gör det kommer inte micro: -biten att kunna avgöra vilken PIR som skickar signaler!

Även om jag i Tinkercad -arbetsytan lade båda PIR -sensorerna uppåt (för att göra skärmen renare), när du faktiskt fäster PIR: erna på din hjälm, kan en PIR -sensor fästas mot hjälmens vänstra sida så att den skannar området vänster om du, och den andra kan placeras på hjälmens högra sida för att skanna området till höger om dig.

Steg 15: Lägga till ytterligare kod för andra PIR

Öppna kod igen och lägg till en andra uppsättning kodblock som liknar den första. Den här gången klickar du dock på rullgardinsmenyn på de nya kodblocken och väljer P1 (eller P2 om du har anslutit den nya PIR till P2).

För PIR -sensorn till vänster (som är ansluten till P0) ändrade jag LED -utgångskodblocket så att vänster sida av LED -nätet lyser. På samma sätt, för PIR -sensorn till höger, ändrade jag LED -utgångskodblocket så att höger sida av LED -nätet lyser.

När ingen av PIR är aktiverad kommer LED -rutnätet fortfarande att visa ett leende eftersom det är säkert!

Steg 16: Testkod för flera PIR: er

Efter att du har lagt till och redigerat kodblocken korrekt, kör en simulering igen för att testa om din kod fungerar.

När bollen/människan flyttas in i detekteringszonen för vänster PIR, bör LED -rutnätet på micro: bit lysa upp på vänster sida.

På samma sätt, om en person rör sig i detekteringszonen på höger sida, tänds lysdioden på höger sida.

Steg 17: Lägga till ett larm

Nu när vi har två stora blindspots täckta (du kan välja att lägga till ytterligare PIR -sensorer eller mikro: bitar för att täcka ännu mer område), låt oss ta det ytterligare ett steg.

Vad händer om du vill höra ett larm när PIR utlöses? Inte bara skulle du bli varnad (till exempel när du sover), du kan också skrämma bort inkräktare i ditt personliga utrymme och hålla både dig och inkräktaren säker från Covid.

Gå till sidofältet till höger och sök efter "piezo". Det här är små "högtalare" eller "summer" som har en yta inuti som vibrerar när en elektricitet rinner genom den, vilket skapar ett högt surrande ljud.

Det finns två stift på piezo. Anslut den negativa stiftet till micro: bitens jord och anslut den positiva stiftet till den återstående P2 -punkten på micro: bit. På så sätt kan vi styra det så att summern bara kommer att låta när mikrobiten släpper ut elektrisk ström genom dess P2 -stift.

Obs: Se till att du lägger till ett motstånd på en av piezo -stiften (endera stiftet). Detta gör att vi kan begränsa mängden ström som går in i piezot. Annars kan obegränsade mängder ström bryta mikro: bit, piezo eller båda!

Jag satte ett 1 000 ohm motstånd, men du kan sätta vad som helst. Jag rekommenderar att sätta något med 500 ohm - 2 000 ohm. Ju lägre motstånd, desto mer ström kommer det att bli, så summern blir högre

Steg 18: Kodning av summern

Precis som LED -rutnätet måste vi programmera micro: bit för att säkerställa att summern fungerar korrekt. Det kan vara irriterande om summern surrar kontinuerligt när någon befinner sig i vår detektionszon, så låt oss koda det så att det bara surrar en gång, när en person går in i detektionszonen (meddelar att någon kommer).

För att göra detta, låt oss initialisera P2 -stiftet. Lägg till ett "vid start" kodblock, och en "analgo set pitch pin [P2]" -kod under den.

Därefter lägger du till en "analog tonhöjd" -utgångskodblock under varje "on pin -kodblock till [HIGH]" -kod, under LED -kodblocket (om denna formulering är förvirrande, ta en titt på skärmdumpen ovan!).

Detta analoga kodblock låter oss definiera två inställningar: tonhöjden och tiden.

• Tidsinställningen visar hur länge tonen ska spelas. Jag sätter den på 500 ms (du kan välja vilket nummer som helst).

• Tonhöjden berättar hur hög tonhöjd tonen ska vara.

  Här väljer du en annan frekvens för varje PIR. Jag ställde in en på 100 (låg tonhöjd) och en annan på 400 (hög tonhöjd). På så sätt kan du se vilken PIR -sensor som utlöses helt enkelt av tonen ensam (utan att ens behöva titta på LED -rutnätet)

Steg 19: Slutsimulering

Kör nu din simulering en sista gång för att se till att allt fungerar.

Om du replikerade den här instruktionsboken, när en person går in i detektionszonen på vänster sida, ska en låg ton kort höras för att meddela dig, och vänster sida av LED-rutnätet ska lysa upp, så att du vet att det kommer en inkräktare från vänster.

När en person går in i detektionszonen på höger sida ska en hög ton kort höras för att meddela dig, och den högra sidan av LED-rutnätet ska tändas och låta dig veta att en inkräktare kommer från höger.

När ingen befinner sig i någon av detekteringszonerna bör LED -rutnätet visa ett glatt ansikte och säga att du är säker!

Steg 20: Slutliga tankar och framtida projekt

Om du gjorde det genom denna instruerbara, grattis! Även om du kämpade eller inte fick slutföra det, är jag säker på att du minst lärde dig några saker om Tinkercad, och det är det som är så viktigt!

Nu när du har en social distanserad larmkrets som fungerar, om du vill ta det till nästa steg och bygga detta i den verkliga världen, kan du köpa tillbehör och ansluta trådarna precis som du gjorde i denna Tinkercad-arbetsyta.

Bilden ovan är en 3D -modell (.stl) av hjälmen jag arbetar på, med samma exakta krets som vi byggde i denna Instructable. Den har 2 PIR -sensorer på sidorna, en micro: bit monterad på framsidan (för att du ska se LED -rutnätet) och summer.

Om du vill använda din egen kreativitet ensam, ta det ännu ett steg längre genom att limma kretsen till en hjälm. Annars, håll utkik efter min nästa Instructable, där vi ska sätta ihop denna hjälm tillsammans!

Observera: Om du är ung, be en vårdnadshavare om hjälp med att använda verktyg när du bygger kretsen och hjälmen.

Jag hoppas att du gillade denna handledning och att du kan använda det du lärt dig om Tinkercad för att vara kreativ och skapa några av dina egna projekt. Jag ser fram emot att se vad ni alla skapar, så se till att länka dina projekt i kommentarerna!

Ha ett roligt och lärorikt 2021!