Sirkuit Gila: Sistem Pembelajaran Elektronik Sumber Terbuka: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Oleh BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsIkuti Lainnya oleh penulis:

Tentang: Saya dulu mengajar sains sekolah menengah, tetapi sekarang saya menjalankan situs web sains pendidikan online saya sendiri. Saya menghabiskan hari-hari saya merancang proyek baru untuk disatukan oleh siswa dan Pembuat. Selengkapnya Tentang BrownDogGadgets »

Pasar pendidikan dan rumah dibanjiri dengan sistem 'pembelajaran' elektronik modular yang dirancang untuk mengajarkan konsep kunci STEM dan STEAM kepada anak-anak dan orang dewasa. Produk seperti LittleBits atau Snapcircuits tampaknya mendominasi setiap panduan hadiah liburan atau blog induk untuk mainan edukatif. Namun, sistem ini selalu datang dengan label harga yang lumayan dan banyak yang merasa lebih seperti mainan daripada alat belajar.

Sekitar tiga tahun yang lalu kami mulai merancang Sirkuit Gila sebagai sistem berbiaya rendah, dapat digunakan kembali, modular, non-solder, menyenangkan, yang dapat digunakan sebagai alat pembelajaran yang sebenarnya. Kami menginginkan sesuatu yang dapat dengan mudah diintegrasikan oleh orang tua dan guru dengan kit yang sudah mereka miliki atau komponen yang tidak mahal. Sesuatu untuk dinikmati oleh Komunitas Pembuat serta rata-rata orang dewasa.

Pada akhirnya Sirkuit Gila adalah segalanya yang kami harapkan dan banyak lagi. Sistem ini bekerja dengan sempurna dengan lingkungan berbasis LEGO, dapat dengan mudah digunakan dengan benang konduktif untuk menjahit, dan dengan mudah ditingkatkan dari sirkuit sederhana hingga pemrograman dasar. Oh, dan itu menyenangkan untuk digunakan juga yang membuat semua hidup kita lebih mudah.

Dalam tulisan ini kami akan menunjukkan kepada Anda bagaimana kami merancang komponen Sirkuit Gila, kurikulum kami, bagaimana Anda dapat membuat dan mendesain bagian Anda sendiri, dan cara Sirkuit Gila bekerja dengan sistem lain.

Pengungkapan penuh: Kami menjual suku cadang dan kit Sirkuit Gila, namun Anda dapat dengan mudah menggunakan file Sumber Terbuka kami untuk membuat papan Anda sendiri atau mendesain suku cadang Anda sendiri. Anda dapat menggunakan sistem ini untuk segala macam hal dan tidak pernah mengirimkan satu sen pun kepada kami.

Give Aways: Kami mencoba sesuatu yang baru di tahun 2019. Kami memberikan suku cadang dan kit gratis kepada orang-orang (khusus Penduduk AS) yang mengikuti kami di instruksi, facebook, instagram, dan youtube. Kemungkinan besar kami akan memberikan beberapa kit lengkap, suku cadang jadi, dan PCB kosong. Cukup ikuti atau berlangganan dan kami akan mulai memberikan barang.

Langkah 1: Filosofi Dibalik Sirkuit Gila

Ketika saya menjadi guru, saya benar-benar kesal karena saya tidak mampu membeli sistem elektronik mewah untuk kelas saya, meskipun setiap konferensi pengajaran atau pelatihan yang saya hadiri terus merekomendasikannya. Saya hanya tidak memiliki anggaran untuk paket $100 yang datang dengan lima bagian dan paling-paling akan membuat tiga siswa sibuk selama lima menit. Saya akhirnya melakukan apa yang dilakukan sebagian besar guru sains dan baru saja membeli suku cadang mentah murah dari eBay dan Amazon, tetapi itu mengharuskan saya untuk melakukan banyak perencanaan pelajaran dan pekerjaan desain aktivitas baru. Saya juga menemukan bahwa siswa saya yang lebih muda mengalami kesulitan membungkus kepala mereka di sekitar papan tempat memotong roti.

Saya akhirnya bisa mendapatkan dana untuk membeli beberapa kit LittleBits untuk digunakan dengan klub sains sepulang sekolah saya. Mereka menyenangkan untuk digunakan (dan sejujurnya, sistem yang disatukan dengan baik), tetapi ketika saya meminta siswa sekolah menengah saya untuk menjelaskan cara kerjanya, saya menerima jawaban favorit saya tahun ini "Saya tidak tahu, magnet?". Ini adalah anak-anak yang telah membangun beberapa sirkuit yang rumit beberapa minggu sebelumnya, namun LittleBits lebih merupakan mainan daripada apa pun.

Ketika kami mulai melakukan brainstorming sistem modular, kami ingin memastikan bahwa siswa mengetahui BAGAIMANA bagian-bagian berinteraksi dan kemudian dapat menggambar paralel dengan bagian-bagian umum. Kami juga tahu bahwa kami membutuhkan sesuatu yang mirip dengan papan tempat memotong roti, namun lebih mudah untuk membungkus kepala mereka daripada papan tempat memotong roti yang sebenarnya. Kami juga harus membuatnya menyenangkan dan menarik.

Tantangan diterima!

Langkah 2: Mengapa LEGO?

"memuat = "malas"

Terakhir kami harus mencari cara untuk menghubungkan semuanya bersama-sama. Kami segera memutuskan bahwa kami membenci gagasan kabel dan klip buaya; itu mengambil dari kesederhanaan segalanya. Kami suka menggunakan pita konduktif tetapi pita foil tembaga tidak mungkin digunakan. Kami bisa menurunkan kasetnya tapi tidak bisa kembali lagi. Kami bahkan mencoba menggunakan utas konduktif tetapi itu terbukti mustahil untuk dikendalikan. Setelah berjam-jam di Skype dengan pabrik pita di Cina, kami memproduksi beberapa Pita Konduktif Nilon (Pembuat Pita) kustom yang cukup kuat untuk dikupas kembali, namun cukup murah untuk bersaing dengan pita foil tembaga biasa.

Berkat fakta bahwa kami memiliki banyak sekali PCB uji dengan lubang berukuran berbeda yang ada di bengkel kami, kami dengan cepat dapat menemukan jarak ukuran yang memungkinkan kami menyesuaikan tekanan menggunakan Pita Konduktif Nilon. Dengan cara ini siswa HARUS mengakhiri rekaman mereka di tempat tertentu: mereka harus benar-benar meluangkan waktu dan merancang sirkuit mereka. Aspek ini memungkinkan kami untuk mengubah Sirkuit Gila menjadi alat pembelajaran, bukan hanya mainan.

Menggunakan pita 1/8 inci juga memiliki manfaat sampingan yang aneh karena memungkinkan sirkuit dua lapis. Biasanya kami akan meletakkan selotip di atas stud LEGO, tetapi selotip 1/8 inci juga berfungsi dengan baik untuk ANTARA stud LEGO. Orang bisa membuat semua jenis sirkuit rumit menggunakan pita di LEGO. (Meskipun agak canggung. Jika tidak ada yang lain, itu memungkinkan siswa untuk 'melompat' garis yang ada hanya dengan sedikit usaha.)

Contoh rangkaian dasar mungkin menggunakan sakelar, dudukan baterai, dan LED. Untuk semua bagian kami, kami menggunakan sablon sutra putih untuk menunjukkan kutub GND (Negatif) dan sisi berwarna untuk menunjukkan kutub Positif. Video di atas menunjukkan saya membuat rangkaian sederhana. Letakkan pita, tekanan pas pada bagian, tambahkan daya.

Langkah 5: Benang Konduktif

Selama pengujian kami menemukan bahwa benang konduktif bekerja sangat baik dengan bagian kami. Ternyata lubang besar berlapis tembaga membuat penjahitan konduktif sangat mudah. Beberapa penguji kami lebih suka menjahit dengan suku cadang kami daripada menggunakannya dengan LEGO.

Jika Anda belum pernah menggunakan Benang Konduktif sebelumnya, Anda harus mencoba! Biasanya ini adalah benang baja/nilon yang bekerja dengan cukup baik. Menjahit dengan tangan cukup mudah, dan menjahit bagian tidak lebih sulit daripada menjahit kancing. Kami bahkan telah melangkah lebih jauh dengan membuat kaos interaktif yang rumit menggunakan Arduino. Bagian yang bagus tentang menjahit konduktif adalah jika Anda benar-benar membenci proyek Anda, Anda selalu dapat melepas bagian-bagiannya dan menggunakannya untuk hal lain.

Kegiatan 'pergi ke' kami untuk anak-anak adalah meminta mereka membuat gelang kancing kancing menggunakan LED, tempat baterai, dan satu set kancing. Kancing dipasang di ujung gelang dan digunakan untuk melengkapi sirkuit. Kami mengumpulkan PDF bagus yang dapat dicetak jika ada yang ingin menggunakannya untuk lokakarya atau aktivitas rumah.

Langkah 6: Tinta & Adonan Konduktif

Pada awalnya kami sangat ingin membuat bagian kami bekerja dengan tinta konduktif. Ini hanya sebagian berhasil.

Tinta Konduktif Telanjang

Tinta konduktif ini sangat mirip dengan cat bengkak. Sangat mudah untuk melukis ke permukaan apa pun, cukup murah, dan dapat dicuci dengan air untuk pembersihan yang mudah. Kelemahannya adalah grafit tidak terlalu konduktif dan benar-benar bertindak seperti resistor besar lebih dari apa pun. Kami tidak memiliki masalah menghubungkannya ke Bagian Sirkuit Gila karena kami dapat mengeringkan gumpalan tinta di atas PCB, tetapi kami memiliki masalah dalam memindahkan daya di sirkuit dengan aman.

Apa yang akhirnya kami gunakan adalah "titik sentuh" cat kapasitif untuk papan Teensy LC yang kompatibel dengan Arduino kami. Kami menjalankan pita dari PCB ke gumpalan cat dan kemudian orang menyentuh cat. Ini memungkinkan semua jenis stensil yang menyenangkan, piano dinding, atau proyek seni interaktif.

Juru Tulis Sirkuit

Tinta konduktif ini bekerja seperti pena gel perak, hanya saja meninggalkan jejak yang sangat konduktif di atas kertas. Keuntungan dari tinta ini adalah bahwa tracingnya sangat konduktif dan berfungsi seperti pena asli. Kelemahannya adalah pulpen mahal, cenderung mengering, dan Anda harus menjepit bagian-bagian Anda ke kertas untuk membuat sambungan yang kokoh.

Kami awalnya memiliki beberapa magnet khusus yang dibuat yang sesuai dengan lubang LEGO kami. Repo GitHub kami penuh dengan bagian lama yang diberi label "kompatibel dengan magnet". Hasil akhirnya adalah hit atau miss dan kami menyadari bahwa kami hanya membuat versi buruk dari komponen elektronik yang sudah dibuat oleh Circuit Scribe. Satu-satunya keuntungan adalah untuk membuat proyek berbasis Arduino yang lebih besar karena Circuit Scribe tidak menghasilkan papan Arduino, tetapi menempatkan terlalu banyak magnet pada akhirnya menyebabkan masalah sendiri.

Kami juga menyadari bahwa apa pun yang kami lakukan dengan tinta ini dapat kami lakukan dengan pita konduktif jauh lebih baik.

Adonan Sirkuit Licin - AKA Konduktif

Saya selalu menemukan ini sebagai alat pembelajaran yang sangat baik untuk mengajar elektronik dasar dengan siswa yang lebih muda. Keuntungan dari adonan adalah sangat menghibur, terutama dengan pemotong kue. Kelemahannya adalah mengering (seperti adonan apa pun) dan juga sangat resistif.

Kami cenderung menggunakan adonan dengan cara yang sama seperti kami menggunakan Cat Konduktif Bare, sebagai Titik Sentuh untuk proyek sentuh kapasitif. Ini menambahkan elemen menyenangkan ke dalam campuran. Plus, jika Anda membuat adonan yang sangat besar, tubuh Anda akan bereaksi dengan sirkuit SEBELUM Anda menyentuhnya. Kadang-kadang sampai satu inci jauhnya. Itu selalu menyenangkan untuk menonton orang mencoba dan mencari tahu mengapa itu terjadi.

Langkah 7: Arduino, Raspberry Pi, Mikro: Bit, dan Papan Nirkabel

Lihat sekilas Repo GitHub kami dan Anda akan melihat bahwa kami memiliki banyak PCB besar yang dirancang untuk bekerja dengan sejumlah pengontrol mikro populer. Salah satu keluhan utama kami tentang banyak sistem pembangunan adalah bahwa mereka melarang orang menggunakan sistem pemrograman yang sesuai atau hanya mengizinkan Anda menggunakan satu platform. Dengan perangkat keras dan perangkat lunak yang terus berkembang, rasanya aneh untuk mengunci orang atau membiarkan mereka membuang bagian-bagiannya setelah beberapa tahun.

Pilihan paling jelas untuk memulai dengan Arduino Nano (yang menjadi Papan Robotika kami) karena ukuran dan harga yang kecil. Ini sempurna untuk berbagai proyek pemrograman, seperti efek pencahayaan atau servo putar. Kami memutuskan untuk juga memproduksi versi yang lebih kaya fitur yang menggunakan Teensy LC, terutama untuk kemampuan sentuh kapasitif. Teensy LC (Invention Board) juga memiliki beberapa fitur emulasi keyboard yang bagus dan kami dengan cepat membuat beberapa pengontrol permainan yang menyenangkan dengan menggunakannya. Tahun lalu kami bahkan membuat pengontrol LEGO NES raksasa dan mempostingnya di Instructables.

Pemrograman itu menyenangkan tetapi tidak semua orang ingin melalui kerumitan itu. Kami menyusun papan yang dirancang di sekitar chip ATtiny85 yang telah diprogram sebelumnya yang hanya membuat berkedip dan memudar. Versi produksi kami menggunakan suku cadang SMT, namun Anda akan menemukan versi lubang tembus di Repo kami. Mereka berguna untuk proyek yang lebih kecil seperti kemeja Natal yang jelek atau bintang yang berkelap-kelip.

Satu hal yang kami abaikan adalah memoles papan Raspberry Pi Zero dan Micro:Bit kami. Secara umum kami menyukai Micro:Bit dan komunitas yang bermunculan di sekitarnya. Adapun papan Raspberry Pi Zero kami … kami benar-benar tidak tahu apa yang harus dilakukan dengannya. Serius, seseorang membuat sesuatu yang menarik dengan itu dan kami akan mengirimkan beberapa bagian.

Kami juga memiliki ide aneh untuk mencoba menyusun beberapa proyek nirkabel. Kami bersama-sama membuat papan untuk Papan Foton Partikel, beberapa Papan Bulu Adafruit, dan papan NodeMCU yang umum. Kami mendasarkannya dari desain dasar yang sama dengan Nano PCB kami dengan deretan pin header di bagian belakang.

Langkah 8: Rencana Masa Depan?

Saat ini kami berada di tengah-tengah proses produksi suku cadang ketiga dengan sebagian besar penjualan kami ke sekolah, perpustakaan, dan Ruang Pembuat. Kami telah menerima banyak umpan balik yang solid dari pengguna dari segala usia yang telah membantu kami merancang bagian yang lebih baik.

Kurikulum

Salah satu permintaan yang paling umum adalah kurikulum siap-kelas. Membuat proyek itu sederhana; membuat enam minggu sumber daya untuk siswa dan guru lebih sulit. Pada akhir Maret kami akan memposting draf kurikulum pertama kami di situs web kami, gratis untuk digunakan siapa saja. Kami akan memiliki dua trek, satu untuk sirkuit dasar dan satu untuk pemrograman dasar. Keduanya akan dipusatkan di sekitar bagian Sirkuit Gila kami, namun mereka dapat dengan mudah dimodifikasi untuk digunakan di luar bagian rak.

Lebih Banyak Bagian Lini Produksi

Saat ini kami menerima permintaan suku cadang baru. Prosesnya lambat, tetapi kami ingin menambahkan beberapa item baru ke jajaran kami untuk akhir tahun ini. Semoga kami dapat membuat beberapa Potensiometer dan Komponen NeoPixel dan mulai menambahkannya ke kit kami. Kami cukup beruntung memiliki beberapa penggemar yang antusias yang telah merancang komponen mereka sendiri dan membagikannya kepada kami, dan kami berharap lebih banyak orang akan melakukannya di masa mendatang.

Komitmen pada Sumber Terbuka

Kedengarannya seperti kita mengalahkan kuda mati, tapi kita sangat suka komponen kita menjadi Open Source. Kami akan terus menambahkan sumber daya proyek, kurikulum, dan file desain kami. Kami sangat berharap bahwa baik pengguna pemula maupun pengguna tingkat lanjut dapat mulai membuat bagian mereka sendiri atau memodifikasinya untuk proyek baru.

Juara II Lomba PCB