Kask ochronny Covid, część 1: wprowadzenie do obwodów Tinkercad!: 20 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Projekty Tinkercad »

Witaj przyjacielu!

W tej dwuczęściowej serii nauczymy się korzystać z Tinkercad's Circuits - zabawnego, potężnego i edukacyjnego narzędzia do nauki o działaniu obwodów! Jednym z najlepszych sposobów uczenia się jest. Dlatego najpierw zaprojektujemy nasz własny projekt: obwody do kasku ochronnego Covid!

Naszym celem jest stworzenie kasku, który będzie ostrzegał, gdy zbliża się jakaś osoba. W ten sposób możesz pozostać bezpieczny przed Covidem, oddalając się, aby zachować dystans między tobą a tą osobą.

Pod koniec tego projektu będziesz mieć podstawową wiedzę na temat projektowania obwodów i programowania przy użyciu Tinkercad. Chociaż może to wydawać się trudne, nie martw się! Będę tutaj, aby poprowadzić Cię przez cały proces - po prostu ucz się i ciesz się!

Kieszonkowe dzieci:

Wszystko czego potrzebujesz to konto Tinkercad! Nie masz go? Zarejestruj się bezpłatnie na www.tinkercad.com

Krok 1: Otwórz Tinkercad

Zaloguj się do Tinkercad (lub zarejestruj się, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś).

Po zalogowaniu się do deski rozdzielczej przejdź do lewego paska bocznego i wybierz „Obwody”.

Następnie wybierz „Utwórz nowy obwód” (zakreślone na pomarańczowo). Tutaj mamy swobodę kreatywności i projektowania dowolnych obwodów. Możesz także dokładnie symulować swoje obwody, aby zobaczyć, jak będą działać w prawdziwym świecie, zanim zbudujesz je w prawdziwym życiu!

Teraz jesteśmy gotowi do rozpoczęcia!

Krok 2: Nadaj nazwę swojemu projektowi

Po naciśnięciu „Utwórz nowy obwód” zostaniesz powitany pustym obszarem roboczym.

Po pierwsze - wszystkie nasze projekty zostaną zapisane na naszym pulpicie nawigacyjnym (z poprzedniego kroku), dlatego ważne jest, abyśmy nazwali nasze projekty, abyśmy mogli je później zapamiętać i znaleźć!

Jeśli spojrzysz w lewym górnym rogu, zostanie wygenerowany zabawny losowy tytuł. Możesz go kliknąć, aby zastąpić ten tytuł własnym. Tutaj zatytułowałem go „Hełm ochronny Covid”.

Krok 3: Dodanie naszego Micro:bit

Nasz projekt zaczniemy od dodania micro:bit.

Micro:bit to mały komputer, na którym można nauczyć się programowania. Ma mnóstwo fajnych funkcji, takich jak światła LED, kompas i konfigurowalne przyciski!

Ten micro:bit przetwarza wszystkie informacje z naszych czujników (które dodamy później). Micro:bit również przekaże nam te informacje w łatwy dla nas sposób.

Aby dodać to do naszego obszaru roboczego, użyjemy paska bocznego po prawej stronie. Tutaj znajdziesz całą masę komponentów, których możesz użyć. Na razie zignorujmy wszystko inne i wyszukajmy „microbit”.

Wybierz micro:bit i przenieś go do obszaru roboczego.

Krok 4: Dodawanie naszego czujnika

Teraz, gdy mamy już nasz micro:bit, dodajmy czujnik. Dodamy coś, co nazywa się czujnikiem PIR, co jest skrótem od pasywnego czujnika podczerwieni.

PIR może wykrywać promieniowanie podczerwone lub ciepło. Ponieważ ludzie wydzielają ciepło, ale obiekty takie jak ściany, butelki z wodą i liście nie, czujnik ten może być używany do wykrywania ludzi w pobliżu.

Zwykle może "widzieć" w odległości do 5 m (16 stóp), co jest dobre, ponieważ pozwoli nam to otrzymać wczesne ostrzeżenie, gdy ludzie się zbliżają, pozwalając nam zareagować, zanim dotrą do wytycznych dotyczących odległości społecznej 2 m (6 stóp).

Krok 5: Zrozumienie komponentów

Skoro mamy już nasze dwie części, jak możemy je połączyć, aby micro:bit mógł komunikować się z czujnikiem PIR?

W Tinkercad jest to dość proste. Możesz zobaczyć, że na spodzie czujnika PIR znajdują się 3 styki.

1. Gdy najedziesz na nie myszą, zobaczysz, że pierwszy pin to pin „Signal”, co oznacza, że da sygnał, gdy wykryje osobę.
2. Drugi pin to „Power”, do którego podłączamy źródło prądu, aby włączyć czujnik PIR.
3. Trzeci pin to „Uziemienie”, w którym cała „zużyta” energia elektryczna wyjdzie z czujnika PIR.

Możesz zauważyć, że na dole micro:bit znajduje się również 5 punktów, do których można podłączyć przewody. Najedź na nie myszą.

1. Pierwsze 3 punkty są oznaczone jako P0, P1 i P2. Punkty te są konfigurowalne i mogą przyjmować sygnały (wejście) lub odrzucać sygnały (wyjście). Istnieje wiele różnych sposobów wykorzystania tych punktów, ponieważ można je bardzo dostosować! Więcej o tym później…
2. Punkt 3V jest źródłem prądu o napięciu 3 woltów. Pamiętasz, że nasz czujnik PIR potrzebuje źródła prądu? Cóż, możemy uzyskać tę energię elektryczną z punktu 3V micro:bit!
3. Punkt GND jest skrótem od „masy”, czyli miejsca, do którego prąd może „wyjść” po wykonaniu swojej pracy. Tutaj można podłączyć uziemienie czujnika PIR.

Krok 6: Podłączanie komponentów

Aby połączyć piny, najpierw kliknij jeden pin kursorem. Następnie kliknij inny pin (do którego chcesz podłączyć pierwszy pin). Zobaczysz, że powstał drut! Możesz kliknąć przewód, aby zmienić jego kolor, jeśli chcesz. Lub możesz go usunąć i spróbować ponownie, jeśli wygląda na niechlujny. Spróbuj ułożyć przewody czysto, aby później móc prześledzić, gdzie znajduje się każdy przewód!

Po podłączeniu przewodów sprawdź czy pasuje do tego co mam. Jeśli tak, to świetnie! Jeśli nie, nie martw się! Usuń przewody i spróbuj ponownie.

Prawdopodobnie możesz sobie wyobrazić, co się teraz dzieje. To prosta pętla:

1. Elektryczność opuszcza micro:bit →
2. → wchodzi do czujnika PIR przez pin "Power" →
3. → czy coś działa w czujniku PIR →
4. → pozostawia czujnik PIR przez pin „masa” lub pin „sygnał” →
5. → przechodzi do pinu "Ground" lub "P0" micro:bit

Krok 7: Symulacja naszego obwodu (część 1)

Kiedy tworzymy obwody w Tinkercad, możemy je również symulować.

W ten sposób możemy eksperymentować, aby zobaczyć, jak komponenty naszego obwodu mogą reagować w prawdziwym świecie, co może pomóc w planowaniu i projektowaniu obwodów bez konieczności wykonywania „prób i błędów” oraz wydawania czasu i pieniędzy na coś, co może nie działać!

Aby zasymulować nasz obwód, naciśnij przycisk „Rozpocznij symulację”, który znajduje się w prawym górnym rogu…

Krok 8: Symulacja naszego obwodu (część 2)

Dzięki uruchomionej symulacji możemy wchodzić w interakcje z naszym obwodem.

Kliknij czujnik PIR. Pojawi się piłka. Wyobraź sobie, że ta piłka to człowiek. Możesz kliknąć i przenieść tego człowieka.

Możesz zauważyć, że gdy przesuniesz piłkę do czerwonej strefy w pobliżu czujnika PIR, czujnik się zaświeci. Jeśli to prawda, wszystko poprawnie podłączono! Gdy wyprowadzisz piłkę poza strefę wykrywania PIR, czujnik przestanie się świecić. Pobaw się tym!

Możesz również zauważyć, że gdy piłka znajduje się w strefie wykrywania, ale jest nieruchoma, czujnik PIR nie zostaje aktywowany. Nie stanowi to problemu, ponieważ ludzie dużo się poruszają, więc czujnik prawie zawsze wykryje osoby znajdujące się w pobliżu twojej przestrzeni.

A co z micro:bitem? Podłączyliśmy już przewód sygnałowy, więc dlaczego nic się nie dzieje?!

Nie martw się, tego można się spodziewać!

Mimo że podłączyliśmy przewód sygnałowy, komputer micro:bit nie wie, co zrobić z informacją, którą podaje mu czujnik PIR. Powiemy mu, co ma zrobić, programując go w następnym kroku.

Krok 9: Podstawy kodu blokowego

Wyjdź z symulacji, a następnie kliknij „Kod” (obok „Rozpocznij symulację”). Spowoduje to otwarcie nowego, większego paska bocznego po prawej stronie.

Oprócz projektowania i symulacji obwodów, możemy również programować w Tinkercad za pomocą Codeblocków. Codeblocks to łatwy sposób na poznanie logiki programowania, co jest doskonałym wprowadzeniem do kodowania przed zagłębieniem się w bardziej zaawansowane języki, takie jak JavaScript, Python lub C.

Zacznijmy od zapoznania się ze środowiskiem Codeblock. Po lewej stronie paska bocznego Codeblock znajdują się bloki kodu, które można przeciągać i upuszczać. Po prawej stronie znajduje się Twój aktualny kod. Spróbuj odkrywać, przeciągając i upuszczając niektóre elementy.

Gdy już się z tym zapoznasz, wyczyść miejsce na kodowanie (przeciągając klocki do kosza w prawym dolnym rogu), abyśmy mogli rozpocząć dodawanie naszego kodu do obwodu.

Krok 10: Programowanie Micro:bit (część 1)

Zacznijmy od przeszukania bloków "Wejście" i przeciągnięcia "na pin [P0] zmieniony na [Wysoki]". To jest dane wejściowe, ponieważ przekaże informacje micro:bit.

Zasadniczo punkt P0 (w którym łączy się nasz przewód sygnałowy) może mieć dwie wartości: wysoką lub niską. Wysoki oznacza, że jest sygnał, a niski oznacza, że nie ma sygnału.

Jeśli czujnik PIR wykryje intruza, czy sygnał będzie wysoki czy niski? Jeśli odpowiedziałeś wysoko, masz rację! Alternatywnie, gdy w strefie wykrywania nie ma intruza (lub w bardzo rzadkim przypadku, gdy intruz jest całkowicie nieruchomy), sygnał elektryczny będzie słaby.

Dlatego logika stojąca za naszym kodem jest w zasadzie: „kiedy ktoś zostanie wykryty, zrób _”.

W tej chwili nic nie robi, ponieważ nie zdefiniowaliśmy dla niego czegoś do zrobienia (jest puste). Więc zróbmy coś.

Krok 11: Programowanie Micro:bit (Część 2)

Dodajmy blok kodu wyjściowego o nazwie „pokaż diody”. Ten blok kodu pozwala nam bawić się światłami na micro:bit. Możesz przełączać siatkę LED, aby stworzyć dowolny projekt. Dodałem uśmiechniętą buźkę. To jest wyjście, ponieważ micro:bit podaje informacje.

Następnie zmieńmy [HIGH] na [LOW] w bloku kodu wejściowego.

Ponieważ zmieniliśmy sygnał z wysokiego na niski, nasz kod mówi teraz:

gdy na P0 jest niski sygnał, włącz diody LED, aby stworzyć uśmiechniętą twarz

Oznacza to, że gdy w naszej strefie wykrywania nie ma żadnej osoby, micro:bit pokaże uśmiechniętą buźkę, ponieważ jest bezpieczny! =)

Krok 12: Programowanie Micro:bit (Część 3)

Wiemy, co zrobi micro:bit, gdy w strefie wykrywania nie będzie żadnej osoby. Co powiesz na to, że ktoś tam jest?

Zdefiniujmy to również. Dodaj kolejny blok kodu wejścia "na pinie [P0] zmieniony na [Wysoki]".

Tym razem zostawimy go jako [WYSOKI], ponieważ użyjemy go do zrobienia czegoś, gdy osoba zostanie wykryta.

Dodaj kolejne wyjście led i stwórz projekt! Użyłem zmarszczonej twarzy, ponieważ gdy osoba znajduje się w strefie wykrywania, może być mniej bezpieczna! =(

Krok 13: Testowanie naszego kodu

Uruchom symulację jeszcze raz. Poruszaj się wokół piłki (czyli osoby) i zobacz, jak zareaguje twój micro:bit.

Jeśli nie robi tego, co chcesz, spróbuj ponownie wykonać poprzedni krok i sprawdź swoje bloki kodu na moim zrzucie ekranu. Nie poddawaj się!:)

Krok 14: Dodawanie dodatkowych czujników PIR

Jeśli Twój kod z poprzedniego kroku działał poprawnie, świetna robota! Teraz przejdźmy do przodu nasz projekt.

Do tej pory używaliśmy tylko jednego czujnika PIR, dzięki czemu możemy wykrywać osoby tylko w jednym obszarze. A co z resztą otaczającej nas przestrzeni? Potrzebujemy więcej czujników!

Zamknij pasek boczny Kod (klikając „Kod”), jeśli nadal jest otwarty, i wyszukaj inny czujnik PIR. Dodaj go do swojego obszaru roboczego i podłącz go.

Uwaga: Podłącz pin sygnału drugiego czujnika PIR do P1 lub P2 (podłączyłem go do P1). Nie podłączaj go do P0, ponieważ ten punkt jest już używany przez pierwszy czujnik. Jeśli to zrobisz, micro:bit nie będzie w stanie stwierdzić, który PIR wysyła sygnały!

Chociaż w obszarze roboczym Tinkercad umieściłem oba czujniki PIR skierowane do góry (aby ekran był czystszy), kiedy faktycznie przymocujesz czujniki PIR do kasku, jeden czujnik PIR można przymocować skierowaną w lewą stronę kasku, aby skanował obszar po lewej stronie Ty, a drugi możesz umieścić po prawej stronie hełmu, aby zeskanować obszar po prawej stronie.

Krok 15: Dodanie dodatkowego kodu dla drugiego PIR

Otwórz kod jeszcze raz i dodaj drugi zestaw bloków kodu, które są podobne do pierwszego. Tym razem jednak kliknij menu rozwijane nowych bloków kodu i wybierz P1 (lub P2, jeśli podłączyłeś nowy PIR do P2).

Dla czujnika PIR po lewej stronie (który jest podłączony do P0) zmodyfikowałem blok kodu wyjścia LED tak, aby świeciła lewa strona siatki LED. Podobnie dla czujnika PIR po prawej stronie zmodyfikowałem blok kodowania wyjścia LED tak, aby świeciła prawa strona siatki LED.

Gdy żaden PIR nie jest aktywowany, siatka LED nadal będzie pokazywać uśmiechniętą buźkę, ponieważ jest to bezpieczne!

Krok 16: Testowanie kodu dla wielu PIRów

Po poprawnym dodaniu i edycji bloków kodu uruchom ponownie symulację, aby sprawdzić, czy kod działa.

Gdy piłka/człowiek zostanie przesunięty do strefy wykrywania lewego czujnika PIR, siatka LED na micro:bit powinna zaświecić się po lewej stronie.

Podobnie, jeśli osoba porusza się w strefie wykrywania po prawej stronie, dioda LED zaświeci się po prawej stronie.

Krok 17: Dodawanie alarmu

Teraz, gdy mamy już pokryte dwa główne punkty martwe (możesz dodać dodatkowe czujniki PIR lub micro:bity, aby pokryć jeszcze większy obszar), zróbmy jeszcze jeden krok dalej.

Co zrobić, jeśli chcesz słyszeć alarm za każdym razem, gdy PIR zostanie wyzwolony? Nie tylko zostaniesz zaalarmowany (na przykład podczas snu), ale możesz także odstraszyć intruzów w swojej osobistej przestrzeni, chroniąc zarówno siebie, jak i intruza przed Covidem.

Przejdź do paska bocznego po prawej stronie i wyszukaj „piezo”. Są to małe „głośniki” lub „brzęczyki”, które mają wewnętrzną powierzchnię, która wibruje, gdy przepływa przez nią prąd, wytwarzając głośny brzęczący dźwięk.

Na piezo znajdują się dwie szpilki. Podłącz ujemny pin do masy micro:bit, a dodatni pin do pozostałego punktu P2 na micro:bit. W ten sposób możemy go kontrolować tak, aby brzęczyk zabrzmiał tylko wtedy, gdy micro:bit wypuszcza prąd elektryczny przez jego pin P2.

Uwaga: Upewnij się, że dodałeś rezystor na jednym z pinów piezo (albo z pinów). Umożliwi nam to ograniczenie ilości prądu płynącego do piezo. W przeciwnym razie nieograniczone ilości prądu mogą złamać micro:bit, piezo lub oba!

Wstawiłem rezystor 1000 omów, ale możesz włożyć cokolwiek. Polecam umieścić coś z 500 omami - 2000 omów. Im niższy opór, tym więcej prądu, więc brzęczyk będzie głośniejszy

Krok 18: Kodowanie brzęczyka

Podobnie jak w przypadku siatki LED, musimy zaprogramować micro:bit, aby zapewnić prawidłowe działanie brzęczyka. Może być denerwujące, jeśli brzęczyk brzęczy w sposób ciągły, gdy ktoś znajduje się w naszej strefie wykrywania, więc zakodujmy go tak, aby brzęczał tylko raz, gdy osoba wejdzie w strefę wykrywania (powiadamiając nas, że ktoś nadchodzi).

Aby to zrobić, zainicjujmy pin P2. Dodaj blok kodu „na starcie”, a pod nim kod „nastawy skoku analogowego [P2]”.

Następnie, wewnątrz każdego bloku kodu „na pin zmień na [HIGH]”, dodaj blok kodu wyjściowego „analogowego” poniżej bloku kodu wyjściowego LED (jeśli to sformułowanie jest mylące, spójrz na zrzut ekranu powyżej!).

Ten analogowy blok kodu pozwala nam zdefiniować dwa ustawienia: wysokość i czas.

• Ustawienie czasu mówi mu, jak długo grać ton. Umieściłem to na 500 ms (możesz wybrać dowolną liczbę).

• Wysokość mówi nam, jak wysoki powinien być ton.

  Tutaj wybierz inną częstotliwość dla każdego PIR. Ustawiłem jeden na 100 (niski dźwięk), a drugi na 400 (wysoki dźwięk). W ten sposób możesz stwierdzić, który czujnik PIR jest wyzwalany po prostu przez sam dźwięk (bez konieczności patrzenia na siatkę LED)

Krok 19: Symulacja końcowa

Teraz uruchom symulację po raz ostatni, aby upewnić się, że wszystko działa.

Jeśli zreplikowałeś tę instrukcję, gdy osoba wejdzie do strefy wykrywania po lewej stronie, powinien krótko zabrzmieć niski dźwięk, aby cię powiadomić, a lewa strona siatki LED powinna się zaświecić, informując, że intruz nadchodzi z lewo.

Gdy jakaś osoba wejdzie w prawą strefę wykrywania, powinien na krótko zabrzmieć wysoki dźwięk, aby Cię powiadomić, a prawa strona siatki LED powinna się zaświecić, informując, że intruz nadchodzi z prawej strony.

Gdy nikogo nie ma w żadnej strefie wykrywania, siatka LED powinna pokazać uśmiechniętą twarz, informując, że jesteś bezpieczny!

Krok 20: Ostatnie myśli i przyszłe projekty

Jeśli udało Ci się przejść przez ten Instruktaż, gratulacje! Nawet jeśli zmagałeś się lub nie udało ci się go ukończyć, jestem pewien, że najmniej dowiedziałeś się kilku rzeczy o Tinkercad, a to jest właśnie to, co ma znaczenie tak świetna robota!

Teraz, gdy masz działający obwód alarmu dystansowego, jeśli chcesz przejść do następnego kroku i zbudować go w prawdziwym świecie, możesz kupić materiały eksploatacyjne i podłączyć przewody dokładnie tak, jak to zrobiłeś w tym obszarze roboczym Tinkercad.

Powyższe zdjęcie to model 3D (.stl) kasku, nad którym pracuję, przy użyciu tego samego dokładnego obwodu, który zbudowaliśmy w tym Instructable. Posiada 2 czujniki PIR po bokach, micro:bit zamontowany z przodu (aby zobaczyć siatkę LED) i brzęczyki.

Jeśli chcesz wykorzystać własną kreatywność, możesz zrobić kolejny krok dalej, przyklejając obwód do kasku na gorąco. W przeciwnym razie czekaj na mój kolejny Instructable, w którym złożymy ten hełm!

Uwaga: jeśli jesteś młody, poproś opiekuna o pomoc w używaniu narzędzi podczas budowania obwodu i kasku.

Mam nadzieję, że podobał Ci się ten samouczek i że możesz wykorzystać to, czego nauczyłeś się o Tinkercad, aby być kreatywnym i tworzyć własne projekty. Nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, co wszyscy tworzycie, więc pamiętajcie o linkowaniu swoich projektów w komentarzach!

Życzymy udanego i pełnego nauki 2021 roku!