Kan en MakerBit påminna dig om att kontrollera vattnet under din julgran ?: 7 steg

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

Ett färskt träd är en traditionell semesterdekoration i många hem. Det är viktigt att förvara den med färskt vatten. Vore det inte trevligt att ha en prydnad som kan påminna dig om att kolla vattnet under ditt träd?

Detta projekt är en del av en serie som visar hur beräkningsmässigt aktiverade enheter fungerar i vårt dagliga liv. Den använder en MakerBit för att visa hur en enkel vattennivådetektor kan indikera en låg vattennivå med lampor i en trädformad prydnad. Stegen vi följde visas nedan.

Varning: Detta är bara en demonstration av ett koncept. Enheten som visas här är inte konstruerad eller avsedd att förhindra att ett riktigt träd torkar. Innan du bestämmer om du vill använda någon vattennivåsensor med ett riktigt träd, bör du läsa säkerhetsmeddelandet nedan, i steg 6.

Steg 1: Samla komponenterna

• Roger Wagners MakerBit+R
• micro: bit controller (Den faktiska styrenheten ingår i MakerBit+R startpaket. Tillbehöret i plast som visas på micro: bit säljs separat. Denna länk visar till exempel en som säljs på Amazon.)
• Bandkabel (ingår)
• 9-volts batterikontakt (ingår)
• 9v batteri (ingår, men också lättillgängligt)
• Vattensensor (vår kom i setet Elegoo 37-Sensors. Finns separat online.)
• 3 bygelkablar med honkontakter i båda ändar. (ingår)
• Vissa lysdioder (ingår; visas på andra foton, nedan)

Steg 2: Anslut allt

A. MakerBit -anslutningar

Skjut in micro: bit i MakerBit. Du behöver USB -kabeln som medföljer den för att ansluta till din dator för programmeringsändamål. När du har programmerat det kan du köra enheten bara med 9-voltsbatteriet.

Anslut den blandade LED-bandkabeln till det svarta uttaget för lysdioder 11-16. Anslut 3-hylsanslutningen på tre bygelkablar till de svarta, röda och vita stolparna på stifthuvudet, på raden märkt A0. Svart är för GND (jord), rött för +5v och vitt för "signal", vilket kommer att vara Analog pin 0).

Det är inte dags att ansluta batteriet än, men det andra fotot visar vart det tar vägen.

B. Anslut fuktgivaren

De andra ändarna av trådarna måste gå in på sensorns tre stift på ett specifikt sätt, som visas på det tredje fotot. Anslut stiften märkt "S" till den vita stolpen på MakerBit. Anslut "+" -nålen till den röda stolpen. Slutligen, anslut " -" stiftet till den svarta stolpen. Vi använde trådar i samma färg som stolparna, för att hålla ordning och reda.

C. Sätt in lysdioderna i bandkabeln

Vi använder fyra lampor: en röd, en gul, två grön. Lägg märke till att varje LED har två stift. En nål är kortare än den andra. Var uppmärksam på den korta stiftet. Den går in i kontakten på sidan som har den lilla triangeln.

Koden i detta projekt använder fyra kontakter i mitten av kabeln, de för stift 11, 12, 13 och 14. Undersök etiketterna vid det svarta uttaget på MakerBit för att se vilket par stift som passar till varje stiftnummer. Studera sedan kabeln för att se hur trådarna förhåller sig till stiften. Tips: det svartvita paret ansluts till stift 12. Fotona visar vilka ledningar som ska användas.

Det femte fotot visar att allt är anslutet och klart.

Steg 3: Förstå planen

Vattensensorn i detta projekt har en bana av elektriska kontakter som alla hålls bara lite åtskilda från varandra. När det är torrt är det som en öppen strömbrytare. När det är blött leder vattnet elektricitet mellan kontakterna. Ju djupare det blir desto fler kontakter blir blöta och kan leda elektricitet. På detta sätt kan sensorn indikera vattennivån som ett motstånd mot strömmen av el som ökar eller minskar när djupet ändras. Det finns några enkla ytterligare kretsar på sensorn som förstärker detektorns känslighet för fukt och rapporterar mängden fukt till den analoga stiftet på micro: bit (genom MakerBit) som ett tal.

Noll betyder att sensorn är torr, det vill säga har det största motståndet. Ett tal som är större än noll betyder att sensorn detekterar vatten. Ju djupare vattnet desto större är antalet. Vi tänder lampor när antalet ökar och släcker dem när antalet minskar.

Våra tester visade att sensoravläsningen ökar och minskar som förväntat som svar på förändringar i vattennivån. Det blir mer känsligt när vattnet sjunker lågt och indikerar mycket tydligt när det är torrt. Det ger tillräckligt med information för att bilda en allmän uppfattning om vattensituationen. Vi skulle inte lita på att denna sensor mäter en djupvattennivå exakt. Tack och lov behöver vi inte veta det exakta djupet för våra syften.

En enkel display med fyra lysdioder kan berätta när trädet kan behöva mer vatten. Vår har en röd lysdiod vid basen, sedan en gul, toppad av två gröna. Planen är att tända och släcka dessa lampor när vattennivån under trädet går upp och ner. Grönt indikerar att vatten finns. Gult antyder lågt vatten. Rött betyder torrt.

Steg 4: Bygg bildskärmen

Denna del är upp till din fantasi. Vi kommer att visa vad vi gjorde. Du kan använda ett gammalt gratulationskort eller precis vad som helst.

Klipp ut ett litet träd och peta hål för att hålla de fyra lysdioderna. Skjut igenom lysdioden bakom prydnaden, men inte hela vägen, bara upp till läppen på LED: s bas. Håll lysdioderna på plats med lite tejp på baksidan. Se den här länken för användbara detaljer om hur du installerar lysdioder.

Steg 5: Koden

MakeCode online block-style editor fungerar mycket bra för detta projekt. Bilden visar en skärmdump av koden.

Du kan öppna redigeraren i ett webbläsarfönster med koden redan laddad redo för redigering med den här länken: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Vad gör koden?

I Start-sektionen berättar den för micro: bit att inte använda den inbyggda LED-displayen. Denna instruktion frigör de digitala stiften som vi kan använda i vårt projekt. Därefter tänds den röda lysdioden (stift 11) medan de andra tre lysdioderna slås av.

I Forever -sektionen läser den det numeriska värdet som kommer från sensorn på stift 0. Sedan jämför en serie "If … Then" -block detta värde med (något godtyckliga) konstanter vi bestämde experimentellt genom att doppa sensorn i och ur vatten. Experimentera gärna vidare med olika värden för dessa konstanter.

När sensorvärdet blir större tänder programmet fler av lysdioderna. När värdet blir mindre stängs det av.

Det är bra kodning att inkludera ett pausblock i en evig loop. Pausen ger micro: bit en möjlighet att arbeta med andra saker under en kort tid. Denna kod pausar i 1 000 millisekunder, lika med en sekund, vilket betyder att vi kontrollerar vattennivån 60 gånger i minuten.

Använd MakeCode -redigeraren för att kompilera koden och ladda upp den till MakerBit. Denna länk ansluter till den officiella guiden för hur du gör det.

Steg 6: Kolla in det !!

Anslut batteriet till MakerBit och sätt sensorn i lite vatten. Var noga med att bara lägga änden med metallremsorna i vattnet. Håll de elektroniska komponenterna torra i slutet där ledningarna ansluts.

LÄS DETTA SÄKERHETSMEDDELANDE: Ett torrt träd är en brandrisk. Det kan ta eld och bränna ditt hus. Du bör inte enbart lita på en vattennivåsensor för att bestämma när ditt träd behöver vatten. Monteringen som beskrivs i denna artikel är endast illustrativ, avsedd att visa hur vattennivåsensorer kan fungera i daglig användning. Enheter som denna kan dock inte skydda ett träd mot att torka. Du kommer fortfarande att behöva kontrollera ditt träd visuellt och hålla en säker utkik hela tiden för att säkerställa att ditt träd har det vatten det behöver.

Placera sensorn i behållaren under ditt träd och ställ in displayen där du kan se den. När du regelbundet kontrollerar ditt träd, lägg märke till hur lysdioderna ändras när vattennivån ändras. Informationen kan hjälpa dig att lära dig hur sensorer fungerar och kan påminna dig om att kontrollera vattnet under ditt träd.

Steg 7: För lärare: STEAM -utmaningar och föreslagna standarder

ÅNGA UTMANINGAR

Maker -utmaning: förläng trådarna till displayen, så att du faktiskt kan hänga den högre upp i ett riktigt träd.

Verktygsutmaning: lär känna din MakerBit! Du kan ansluta lysdioder till någon av MakeBits digitala stift med hjälp av uttagen och kabeln som är ansluten till MakerBits svarta lådkontakt. I detta exempel användes siffrorna 11 till 14. Kan du ändra inställningarna och kodningen för att använda olika stift, säg nummer 5 till 8?

Vetenskaplig utmaning: Undersök sensorns beteende. Gör följande experiment.

1. Torka sensorn noggrant och sätt sedan in den i vatten i uppmätta steg, till exempel en millimeter i taget. Anteckna på vilket djup varje lampa tänds.
2. Torka sensorn noggrant igen. Kasta den sedan i vatten upp till nära toppen av metallränderna. Dra ut den i uppmätta steg, till exempel en millimeter i taget. Anteckna på vilket djup varje lampa släcks.
3. Utvärdera de uppgifter du samlat in. Reagerar lamporna på samma vattennivå i båda riktningarna? Om siffrorna inte stämmer gör du en lista över möjliga förklaringar till det beteende du observerar.

Matematisk utmaning: Beräkna antalet millisekunder du skulle behöva lägga i pausblocket för att kontrollera vattnet bara en gång per minut eller en gång i timmen.

Teknisk utmaning: Tänk på olika sätt den här enheten kan användas. Skulle en skillnad i avläsningarna från nedsänkningsriktningen ha betydelse för den faktiska tillämpningen av denna enhet? Varför eller varför inte?

Teknisk utmaning: den runda kontakten på MakerBit låter dig ansluta en likströmskälla från sex till tolv volt. Det lilla nio volt batteriet håller kanske inte länge. Vilken annan strömkälla kan du ansluta för att hålla vattensensorn igång kontinuerligt?

Kodningsutmaning: hur skulle du ändra koden så bara en lysdiod lyser: grönt, gult eller rött beroende på vattennivån? Hur förändras visningsbeteendet om du ändrar konstanterna i koden?

Konstutmaning: dekorera displayprydnaden, eller designa något annat som ser helt annorlunda ut! Testet på en bra displaydesign är att den gör informationen uppenbar.

STANDARDER

NGSS (Next Generation Science Standards)

4-PS3-4. Tillämpa vetenskapliga idéer för att designa, testa och förfina en enhet som omvandlar energi från en form till en annan.

ISTE

4a Eleverna känner till och använder en avsiktlig designprocess för att generera idéer, testa teorier, skapa innovativa artefakter eller lösa autentiska problem.

5b Eleverna samlar in data eller identifierar relevanta datamängder, använder digitala verktyg för att analysera dem och representerar data på olika sätt för att underlätta problemlösning och beslutsfattande.