Crazy Circuits: ett öppen källkodselektronikinlärningssystem: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Av BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsFollow Mer av författaren:

Om: Jag undervisade tidigare i gymnasieskola, men nu driver jag min egen webbplats för pedagogisk vetenskap online. Jag ägnar mina dagar åt att designa nya projekt för studenter och tillverkare att sätta ihop. Mer om BrownDogGadgets »

Utbildnings- och hemmamarknaden översvämmas av modulära elektroniska”inlärningssystem” som är utformade för att lära barn och vuxna viktiga STEM- och STEAM -koncept. Produkter som LittleBits eller Snapcircuits verkar dominera varje semestergåva eller förälderblogg för pedagogiska leksaker. Men dessa system levereras alltid med en rejäl prislapp och många känner sig mer som leksaker än inlärningsverktyg.

För ungefär tre år sedan började vi designa Crazy Circuits som ett billigt, återanvändbart, modulärt, icke-lödande, roligt system som kan användas som ett verkligt inlärningsverktyg. Vi ville ha något som föräldrar och lärare enkelt kunde integrera med kit som de redan hade eller billiga från hyllkomponenterna. Något för både Maker -gemenskapen att njuta av såväl som den genomsnittliga vuxen.

I slutändan var Crazy Circuits allt vi hoppades på och mer. Systemet fungerade felfritt med alla LEGO -baserade miljöer, kunde enkelt användas med ledande tråd för sömnad och enkelt skalas från enkla kretsar upp genom grundläggande programmering. Åh, och det var också kul att använda vilket gjorde alla våra liv enklare.

I den här artikeln kommer vi att visa dig hur vi utformade Crazy Circuits -komponenter, vår läroplan, hur du kan göra och designa dina egna delar och hur Crazy Circuits fungerar med andra system.

Fullständig information: Vi säljer Crazy Circuits delar och kit, men du kan enkelt använda våra Open Source -filer för att få dina egna brädor gjorda eller designa dina egna delar. Du kan använda detta system för alla typer av saker och aldrig skicka oss en enda krona.

Give Aways: Vi försöker något nytt under 2019. Vi delar ut gratis delar och kit till människor (endast amerikanska invånare) som följer oss på instruktioner, facebook, instagram och youtube. Mest troligt kommer vi att ge bort ett par kompletta kit, färdiga delar och tomma PCB. Följ eller prenumerera så börjar vi ge bort saker.

Steg 1: Filosofi bakom galna kretsar

När jag var lärare var jag riktigt irriterad över att jag inte hade råd med snygga elektroniksystem i mitt klassrum, även om varje undervisningskonferens eller tjänst jag fortsatte att rekommendera dem. Jag hade bara ingen budget för ett $ 100 -kit som kom med fem delar och i bästa fall skulle hålla tre studenter upptagna i fem minuter. Jag slutade med att göra det som de flesta vetenskapslärare gör och köpte precis billiga råvaror från eBay och Amazon men det krävde att jag gjorde en hel del nytt lektionsplanering och aktivitetsdesignarbete. Jag fann också att mina yngre elever hade svårt att svepa huvudet runt brödbrädor.

Så småningom kunde jag få lite finansiering för att köpa några LittleBits -kit för användning med min efterskolor. De var roliga att använda (och för att vara ärlig, ett väl sammansatt system), men när jag bad mina mellanstadieelever att förklara hur de fungerade fick jag mitt favoritsvar för året "Jag vet inte, magneter?". Det här var barn som hade byggt några komplicerade kretsar veckor tidigare, men LittleBits blev mer leksak än något annat.

När vi började brainstorma ett modulsystem ville vi se till att eleverna var medvetna om HUR delar interagerade och sedan kunde dra paralleller till vanliga delar. Vi visste också att vi behövde något som liknar en brödbräda, men ändå lättare att linda huvudet än en riktig brödbräda. Vi var också tvungna att göra det roligt och engagerande.

Utmaning accepterad!

Steg 2: Varför LEGO?

"laddar =" lat"

Slutligen var vi tvungna att ta reda på hur vi skulle koppla ihop allt. Vi bestämde oss direkt för att vi hatade tanken på trådar och krokodilklämmor; det tog ifrån enkelheten i allt. Vi gillade att använda ledande tejp men kopparfoliebandet var omöjligt att använda. Vi kunde få ner bandet men det skulle inte komma upp igen. Vi försökte till och med använda ledande tråd men det visade sig vara omöjligt att kontrollera. Efter många timmar på Skype med en tejpfabrik i Kina tillverkade vi en anpassad Nylon Conductive Tape (Maker Tape) som var tillräckligt stark för att skala upp igen, men ändå tillräckligt billig för att vara konkurrenskraftig med vanlig kopparfolie tejp.

Tack vare det faktum att vi hade en hel del test -PCB med olika stora hål i vår verkstad, kunde vi snabbt hitta ett avstånd som gjorde det möjligt för oss att anpassa trycket med hjälp av Nylon Conductive Tape. På det här sättet MÅSTE eleverna avsluta sitt band på en specifik plats: de var tvungna att faktiskt ta tid och utforma sin krets. Denna aspekt tillät oss att göra Crazy Circuits till ett lärande verktyg, inte bara en leksak.

Att använda 1/8 -tums tejp hade också den konstiga sidofördelen att tillåta kretsar med två lager. Normalt skulle vi lägga tejpen över TOPPEN på LEGO -dubbarna, men 1/8 tum -tejpen fungerade också perfekt för att gå MELLAN LEGO -reglarna. Människor kan göra alla slags komplicerade kretsar med hjälp av tejp på LEGO. (Även om det är lite besvärligt. Om inte annat tillät det studenter att "hoppa" en befintlig linje med bara lite ansträngning.)

En grundläggande exempelkrets kan använda en strömbrytare, batterihållare och en lysdiod. För alla våra delar använde vi vit silkescreening för att beteckna GND (negativa) polerna och den färgade sidan för att indikera de positiva polerna. Videon ovan visar hur jag gör en enkel krets. Lägg tejp, tryckpass på delar, lägg till kraft.

Steg 5: Ledande tråd

Under testet upptäckte vi att ledande tråd fungerade riktigt bra med våra delar. Det visar sig att stora hål i koppar gjorde ledande sömnad riktigt enkelt. Några av våra testare föredrog att sy med våra delar framför att använda dem med LEGO.

Om du aldrig har använt Conductive Thread innan du borde försöka! Det är vanligtvis en stål/ nylontråd som leder ganska bra. Handsömning med det är ganska enkelt, och att sy på delar är inte svårare än att sy en knapp. Vi har till och med gått så långt som att göra komplicerade interaktiva skjortor med en Arduino. Den fina delen med ledande sömnad är att om du verkligen hatar ditt projekt kan du alltid ta av delarna och använda dem till något annat.

Vår "gå till" -aktivitet för barn är att få dem att göra ett knapparmband med hjälp av en LED, en batterihållare och en uppsättning snäpp. Knapparna går på änden av armbandet och används för att slutföra kretsen. Vi sammanställer en fin utskrivbar PDF om någon vill använda den för workshops eller hemaktiviteter.

Steg 6: Ledande bläck och degar

I början var vi inställda på att få våra delar att fungera med ledande bläck. Detta fungerade bara delvis.

Bare ledande bläck

Detta ledande bläck är ganska likt puffig färg. Det är lätt att måla på vilken yta som helst, är ganska billigt och kan tvättas i vatten för enkel rengöring. Nackdelen är att grafiten inte är särskilt ledande och verkligen fungerar som ett stort motstånd mer än något annat. Vi hade inga problem med att ansluta den till Crazy Circuits Parts eftersom vi kunde ha bläckfläckar torra över kretskorten men vi hade problem med att flytta strömmen i kretsen på ett säkert sätt.

Det vi slutligen använde det till var en kapacitiv "kontaktpunkt" för våra Arduino -kompatibla Teensy LC -brädor. Vi kör tejp från kretskortet till färgklossarna och sedan vidrör folk färgen. Detta tillåter alla typer av roliga stenciler, väggpianon eller interaktiva konstprojekt.

Kretsskrivare

Detta ledande bläck fungerar precis som en silvergelpenna, bara det lämnar efter sig extremt ledande spår på papper. Fördelen med detta bläck är att spårningarna är extremt ledande och fungerar som en riktig penna. Nackdelarna är att pennorna är dyra, tenderar att torka ut, och du måste på något sätt klämma fast dina delar till papperet för att få en solid anslutning.

Vi hade ursprungligen några anpassade magneter som passade genom våra LEGO -hål. Vår GitHub Repo är full av gamla delar som är märkta "magnetkompatibla". Slutresultatet var hit or miss och vi insåg att vi precis gjorde dåliga versioner av elektronikdelar som Circuit Scribe redan tillverkade. Den enda fördelen var att göra större Arduino -baserade projekt eftersom Circuit Scribe inte producerar några Arduino -brädor, men att lägga för många magneter nära varandra resulterade i egna problem.

Vi insåg också att allt vi gjorde med detta bläck kunde vi göra med ledande tejp mycket bättre.

Squishy Circuits Dough - AKA Conductive Dough

Jag har alltid tyckt att detta är ett utmärkt lärverktyg för att lära ut grundläggande elektronik med yngre studenter. Uppsidan av degen är att den är mycket underhållande, särskilt med kakskärare. Nackdelen är att den torkar ut (som vilken deg som helst) och är också mycket motståndskraftig.

Vi brukar använda degen på samma sätt som vi använder Bare Conductive Paint, som en beröringspunkt för kapacitativa beröringsprojekt. Det lägger till ett roligt inslag i mixen. Plus om du gör en riktigt stor platt bit deg kommer din kropp att reagera med kretsen INNAN du rör den. Ibland upp till en tum bort. Det är alltid kul att se människor försöka ta reda på varför det händer.

Steg 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit och Wireless Boards

En snabb titt på vår GitHub Repo så ser du att vi har många stora kretskort utformade för att fungera med ett antal populära mikrokontroller. Ett av våra huvudsakliga klagomål om många byggsystem var/ är att de låter människor använda ett lämplighetsprogrammeringssystem eller bara låter dig använda en plattform. Med hårdvara och mjukvara som ständigt utvecklas verkade det konstigt att låsa folk eller låta dem kasta delar efter ett par år.

Det mest uppenbara valet att börja med en Arduino Nano (som blev vår Robotics Board) på grund av den lilla storleken och prispunkten. Detta var perfekt för ett brett spektrum av programmeringsprojekt, till exempel ljuseffekter eller vändning av servon. Vi bestämde oss för att också producera en mer funktionsrik version som använder en Teensy LC, främst för kapacitiva beröringsfunktioner. Teensy LC (Invention Board) har också några trevliga tangentbordsemuleringsfunktioner och vi hittade snabbt några roliga spelkontroller som använde den. Förra året gjorde vi till och med en gigantisk LEGO NES -controller och lade upp den på Instructables.

Programmering är roligt men inte alla vill gå igenom besväret. Vi satte ihop en tavla utformad kring ett förprogrammerat ATtiny85 -chip som bara släpper ut blinkningar och bleknar. Vår produktionsversion använder SMT -delar, men du hittar en genomgående hålversion i vår Repo. De är praktiska för mindre projekt som en ful julskjorta eller några blinkande stjärnor.

En sak vi har försummat att göra är att polera upp våra Raspberry Pi Zero och Micro: Bit -kort. I allmänhet gillar vi Micro: Bit och gemenskapen som har uppstått runt den. När det gäller vårt Raspberry Pi Zero -kort … har vi bokstavligen ingen aning om vad vi ska göra med det. Seriöst, någon gör något intressant med det och vi skickar några delar till dig.

Vi hade också den galna idén att försöka sätta ihop några trådlösa projekt. Vi men tillsammans styrelser för Particle Photon Board, ett par Adafruit Feather Boards och den gemensamma NodeMCU -styrelsen. Vi baserade dem på samma grunddesign som vårt Nano -kretskort med en rad stifthuvuden på baksidan.

Steg 8: Framtidsplaner?

För närvarande är vi mitt i en tredje tillverkningskörning av delar med merparten av vår försäljning till skolor, bibliotek och Maker Spaces. Vi har fått mycket gedigen feedback från användare i alla åldrar som har hjälpt oss att designa bättre delar.

Läroplan

En av de vanligaste förfrågningarna har varit om läroplansklar läroplan. Att skapa projekt är enkelt; att göra sex veckors resurser för elever och lärare är svårare. I slutet av mars kommer vi att lägga upp våra första läroplanutkast på vår webbplats, gratis för alla att använda. Vi kommer att ha två spår, ett för grundläggande kretsar och ett för grundläggande programmering. Båda kommer att vara centrerade kring våra Crazy Circuits -delar, men de kan enkelt ändras för att användas utanför hylldelarna.

Fler produktionslinje delar

Vi tar nu emot förfrågningar om nya delar. Processen är långsam men vi vill lägga till ett par nya bitar till vårt sortiment för senare i år. Förhoppningsvis kommer vi att kunna tillverka några potentiometrar och NeoPixel -komponenter och börja lägga till dem i våra kit. Vi har haft turen att ha några entusiastiska fans som har utformat sina egna komponenter och delat dem med oss, och vi hoppas att fler människor kommer att göra det i framtiden.

Engagemang för öppen källkod

Det kan låta som om vi slår en död häst, men vi gillar verkligen att våra komponenter är öppen källkod. Vi kommer att fortsätta att lägga till våra projektresurser, läroplaner och designfiler. Vi hoppas verkligen att både brusande och avancerade användare kan börja skapa sina egna delar eller ändra dem för nya projekt.

Andra pris i PCB -tävlingen