Zrób minutnik za pomocą MakerBit: 13 kroków

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

Ten projekt bada, jak działa minutnik kuchenny – robiąc go!

Dawno temu większość użytecznych urządzeń była mechaniczna. Dzieci mogły rozebrać rzeczy na części, aby zobaczyć części w środku i zbadać, jak się poruszają.

Nowoczesne gadżety elektroniczne, takie jak minutnik kuchenny, są inne. Części są zbyt małe, aby je zobaczyć i nie poruszają się. Zmień strategię. Zamiast rozbierać go na części, aby zobaczyć, jak działa, złóż go razem!

Ta lekcja poprowadzi Cię przez trzy podstawowe części zegara cyfrowego:

1. składniki,
2. znajomości,
3. kod.

Urządzenie będzie posiadało przyciski do ustawienia czasu i rozpoczęcia odliczania.

Wyświetli pozostały czas i da sygnały po zakończeniu odliczania.

Sygnały mogą zawierać komunikat na wyświetlaczu, migające światło lub multimedia, takie jak nagrany wcześniej utwór.

Wyobraź sobie zegar, który wieje hejnał!

Uczniowie, którzy ukończą wszystkie czynności w tym projekcie, będą mogli zrobić kilka rzeczy.

• Złóż komponenty elektroniczne w interaktywne urządzenie.
• Napisz kod oparty na zdarzeniach, aby wchodzić w interakcje z danymi wejściowymi i poleceniami użytkownika.
• Napisz kod, aby dokładnie mierzyć czas.
• Napisz kod, aby zmienić rzeczywisty wyświetlacz na podstawie zmian w czasie.
• Włącz urządzenia multimedialne do generowania dźwięków w oparciu o zmiany w czasie.
• Wyjaśnij, w jaki sposób obliczenia umożliwiają działanie czasomierza.

Krok 1: Zbierz komponenty

Zestaw startowy MakerBit+R firmy 1010 Technologies. Większość komponentów potrzebnych do tego projektu znajduje się w zestawie startowym. Zawierają:

• Mikrokontroler BBC micro:bit
• Platforma programistyczna MakerBit+R
• Kabel USB do podłączenia micro:bit MakerBit do komputera.
• 9-woltowa bateria i złącze baterii do MakerBit
• Punkty dotykowe, uchwyty punktów i diody LED z kablami taśmowymi podłączonymi do MakerBit
• Złącza Grove dla wyświetlacza LCD i odtwarzacza mp3. Złącza te mają z jednej strony białą wtyczkę, a z drugiej cztery pojedyncze gniazda.

Dodatkowe przedmioty.

Następujące elementy nie są dołączone do zestawu startowego MakerBit, ale można je kupić osobno w MakerBit.com, Amazon i wielu innych punktach sprzedaży.

Wyświetlacz LCD współpracujący z I2C, taki jak ten.

Opcjonalny odtwarzacz mp3 i głośnik, jak ten zestaw.

Małe kartonowe pudełko lub kawałek kartonu.

Krok 2: Nawiąż połączenia

MakerBit zapewnia połączenia dla wielu różnych komponentów, które Twój kod może kontrolować.

Każda z poniższych serii kroków wyjaśnia, jak podłączyć jeden z komponentów do MakerBit.

Do każdego elementu jest też zdjęcie, pokazujące jak się łączy.

Znajdź urządzenia micro:bit i MakerBit+R w zestawie startowym. Podłącz micro:bit do MakerBit, jak pokazano na zdjęciach.

Krok 3: Wyświetlacz LCD

Znajdź gniazdo I2C na MakerBit+R. Przyjrzyj się temu uważnie. Posiada cztery malutkie szpilki. Każdy z nich ma etykietę:

• GND,
• +5V,
• SDA i
• SCL.

Każdy z pinów musi być podłączony do pinu na wyświetlaczu LCD, który ma taką samą etykietę.

Zauważ, że na wyświetlaczu LCD pin odpowiadający +5V może być oznaczony jako VCC.

Włóż białą wtyczkę Grove do gniazda I2C na MakerBit+R. Zwróć uwagę na kolor przewodu, który jest zgodny z pinem GND. Zwykle jest to czarny przewód.

Wciśnij drugi koniec tego przewodu do styku GND wyświetlacza LCD.

Zrób to samo dla pozostałych trzech przewodów.

Zatrzymaj się i popatrz przez chwilę na połączenia. Upewnij się, że każdy przewód przechodzi między parą styków o tej samej etykiecie.

Wytnij otwór w kartonie lub pudełku wielkości ekranu LCD. Zamontuj LCD za kartonem (wewnątrz pudełka) za pomocą taśmy elektroizolacyjnej.

Krok 4: Odtwarzacz MP3 i głośnik

Podłącz wtyczkę Grove do gniazda Analog w MakerBit+R. To gniazdo ma cztery maleńkie piny oznaczone GND, +3.3V, A1 i A0. Wsuń drugie końce przewodów do odtwarzacza MP3 tak, aby każdy przewód łączył dwa styki pasujące w ten sposób:

MakerBit MP3

GND GND

+3.3V VCC

A1 TX

A0 RX

Podłącz głośnik ze wzmacniaczem do odtwarzacza MP3 za pomocą gniazda słuchawkowego. Twój kod może użyć odtwarzacza MP3 do odtworzenia nagranej wcześniej ścieżki dźwiękowej po zakończeniu odliczania.

Głośnik dostarczany przez MakerBit.com posiada ładowalną baterię wewnętrzną i włącznik on-off. Sprawdź, czy bateria jest naładowana, a przełącznik jest włączony, gdy chcesz, aby odtwarzał swoją melodię.

Krok 5: Czujniki dotykowe

Spójrz na jasnoszare gniazdo na MakerBit+R. Zawiera tuzin pinów oznaczonych od T5 do T16.

Znajdź kabel taśmowy w zestawie startowym, który ma jasnoszarą wtyczkę dopasowaną do gniazda. Przewody na drugim końcu kabla taśmowego mają osobne, czarne lub białe gniazda.

Znajdź czerwony przewód po stronie kabla, która jest najbliżej strony T5 gniazda.

Ten projekt wykorzystuje ten czerwony przewód i cztery przewody obok niego: brązowy, czarny, biały i szary.

Znajdź punkty styku i uchwyty punktów w zestawie startowym.

Włóż czujniki dotykowe do gniazd na pięciu przewodach, które zidentyfikowałeś w poprzednim kroku.

Przewody i czujniki dotykowe dopasują się do funkcji timera w ten sposób:

Czerwony przewód = czujnik T5 = Start/Stop timera

Brązowy przewód = czujnik T6 = Dodaj godziny

Czarny przewód = czujnik T7 = dodaj minuty

Biały przewód = czujnik T8 = dodaj sekundy

Szary przewód = czujnik T9 = wyczyść timer

Trochę tektury może pomóc w rozmieszczeniu punktów styku w zgrabnym rzędzie. Jeszcze lepiej zamontuj je na pudełku. Uchwyty punktowe mogą pomóc w mocnym utrzymywaniu punktów dotykowych. Może być konieczne przycięcie długości uchwytu punktowego, jeśli tektura jest gruba. MakerBit.com oferuje samouczek dotyczący montażu punktów styku pod tym linkiem.

Po zamontowaniu czujników dotykowych na pudełku lub kartonie, oznacz każdy z nich funkcją, jaką pełni.

Projekt wykorzystuje punkty styku jako czujniki. Kod nazywa je czujnikami dotykowymi. Punkty dotykowe i czujniki dotykowe to dwie nazwy tego samego przedmiotu, więc w tej lekcji będą używane obie nazwy.

Rzeczywiste urządzenie, które wyczuwa dotyk, jest wbudowane w MakerBit. Punkty styku to po prostu słupki do kolczyków, takie jak te sprzedawane w sklepach z artykułami rzemieślniczymi.

MakerBit wyczuwa, kiedy ktoś dotyka punktu styku. Sprawia, że kolczyki pełnią funkcję czujników. MakerBit informuje kod, który czujnik został dotknięty. Nazywa się to zdarzeniem czujnika dotyku.

Kod może odpowiadać na zdarzenia czujnika dotykowego za pomocą specjalnych bloków, zwanych procedurami obsługi zdarzeń.

Gdy spojrzysz na przykład kodu dostarczony z tą lekcją, sprawdź, czy możesz rozpoznać programy obsługi zdarzeń dla zdarzeń dotyku.

Krok 6: LED

Zestaw startowy MakerBit+R zawiera kable taśmowe z zainstalowanymi diodami LED. Są naprawdę łatwe w użyciu.

Wybierz kabel z czerwonymi diodami LED.

Następnie zlokalizuj duże, czarne gniazdo na MakerBit+R, które jest najbliżej niebieskiego gniazda. To czarne gniazdo ma styki oznaczone od P11 do P16.

Włóż czarną wtyczkę kabla taśmowego do tego gniazda.

Sprawdź krawędzie kabla taśmowego. Znajdź stronę z brązowym drutem na zewnątrz.

Ten brązowy przewód idzie do diody LED sterowanej przez pin numer P16. Twój kod użyje tej diody LED do zasygnalizowania zakończenia odliczania.

Zrób mały otwór w kartonie lub pudełku, aby zmieścić diodę LED. Przepchnij diodę LED od tyłu, a następnie zabezpiecz ją taśmą.

Może zaistnieć potrzeba lekkiego oderwania brązowo-czerwonej pary przewodów od boku kabla taśmowego, aż poluzujesz go na tyle, aby był elastyczny.

Krok 7: Bateria zewnętrzna

Przygotuj baterię i złącze baterii. Bateria może sprawić, że Twój timer będzie przenośny!

Możesz podłączyć 9-woltową baterię do okrągłego, zewnętrznego gniazda zasilania na MakerBit, aby zasilać timer, gdy nie jest on podłączony do komputera.

Wyświetlacz LCD i odtwarzacz MP3 faktycznie potrzebują wyższego napięcia zapewnianego przez baterię.

Spróbuj podłączyć baterię, aby sprawdzić, czy aktywuje światła na MakerBit i micro:bit.

Krok 8: Umieść timer w pudełku

Ponownie wykorzystany karton może stanowić ładną obudowę dla timera.

Może potrzebować trochę kleju, trochę papieru budowlanego i trochę wyobraźni.

Zdjęcie przedstawia wszystko umieszczone w pudełku.

Krok 9: Włącz sygnał trąbki na odtwarzaczu MP3

Pod tym linkiem dostępny jest bardzo ładny zbiór hejnałów wojskowych.

Autor pobrał plik audio MP3 z hejnałem grającym „Mess Call”, który informuje żołnierzy, że jedzenie jest gotowe. Wydawało się, że to dobry wybór na minutnik kuchenny.

Zestaw MP3 zilustrowany do tego projektu był dostępny jako opcjonalny zakup na MakerBit.com. Zestaw zawiera odtwarzacz MP3, kartę pamięci microSD, przejściówkę USB do karty pamięci, głośnik ze wzmacniaczem oraz przewód do ładowania głośnika.

Znajdź kartę microSD i włóż ją do adaptera USB. Podłącz to do komputera. Utwórz folder o nazwie „04”. To zero cztery. Otwórz folder.

Zapisz w tym folderze plik MP3, który ma być odtwarzany przez timer. Zmień nazwę pliku, aby zaczynała się od 3-cyfrowej liczby. Na przykład „001_MessCall.mp3”.

Wyjmij kartę pamięci i adapter z komputera. Wyjmij kartę pamięci z adaptera. Włóż kartę do odtwarzacza MP3. Wsuń go do odbiornika, aż zatrzaśnie się na swoim miejscu i pozostanie.

Kod timera może wybrać i odtworzyć żądany plik na podstawie numeru folderu i numeru pliku. W tym przykładzie byłby to folder #4 i plik #1.

Możesz odtwarzać wiele różnych plików audio MP3 w zegarze, zapisując je na karcie microSD w ten sposób: w 2-cyfrowych folderach, których nazwy plików zaczynają się od 3-cyfrowych liczb.

Krok 10: Chwyć kod

Użyjesz MakeCode, aby pobrać kod i umieścić go w swoim micro:bit.

MakeCode działa w przeglądarce i jest dostępny online za darmo. Zaprojektowali go specjalnie dla micro:bit. Działa z wieloma nowoczesnymi przeglądarkami internetowymi działającymi na ChromeBookach, komputerach Mac, Windows, a nawet niektórych komputerach z systemem Linux.

Kliknij ten link, aby otworzyć MakeCode w przeglądarce.

Rzeczywisty kod tego projektu zostanie automatycznie wprowadzony do pracy.

Twój ekran powinien wyglądać jak na poniższym obrazku.

Krok 11: Prześlij kod do swojego Micro:bit

Poniższe zdjęcia mają numery w rogach, które poprowadzą Cię przez proces.

1. Podłącz micro:bit do komputera za pomocą kabla USB.
2. Sprawdź system plików komputera, aby zobaczyć, że MICROBIT pojawia się na liście urządzeń pamięci masowej. Zdjęcie z tym artykułem pokazuje, jak wygląda na Chromebooku.
3. Kliknij przycisk Zapisz w MakeCode. Zdjęcie przedstawia strzałkę wskazującą przycisk.
4. Twój komputer zapyta, gdzie chcesz zapisać program. Przejdź do urządzenia pamięci masowej MICROBIT i otwórz je. Kliknij przycisk Zapisz.
5. Kontrolka na micro:bit będzie szybko migać podczas wczytywania kodu. Na ekranie komputera mogą pojawić się komunikaty informujące o postępach. Po zakończeniu przesyłania wysuń urządzenie MICROBIT z systemu plików. Następnie odłącz kabel USB.
6. Podłącz baterię do MakerBit. Ciesz się swoim zegarem!

Przy okazji, możesz zapisać kod na swoim komputerze, a następnie przesłać go, przeciągając kopię pliku na micro:bit.

Zaletą dodatkowego kroku jest to, że możesz zaimportować plik kodu z powrotem do MakeCode z komputera, ale nie z micro:bit.

Krok 12: Przestudiuj Kodeks

Otwórz MakeCode w przeglądarce z załadowanym kodem Timera, jak w kroku 10.

Umieść wskaźnik myszy komputera na bloku kodu i pozostaw tam na krótko.

Pojawi się mała wiadomość zawierająca informacje o bloku.

Czy potrafisz śledzić sekwencję wydarzeń? Podpowiedź: zaczyna się w bloku „na starcie”. Następnie przeskakuje do bloku o nazwie „clearTheTimer”. Następnie przeskakuje do bloku o nazwie „na zawsze”. Co się dzieje po tym?

Spróbuj dotykać przycisków na minutniku podczas studiowania kodu.

Które części kodu wydają się aktywować po dotknięciu przycisku? Czemu? Czy możesz przewidzieć, co zrobi przycisk, patrząc na kod?

Nauka czytania jest istotną częścią nauki pisania. Uczniowie uczący się pisać kod mogą skorzystać na czytaniu kodu napisanego przez inne osoby.

Dobrym sposobem sprawdzenia swojej wiedzy o kodowaniu może być zmiana czegoś w kodzie timera.

Przewiduj, jak Twoja zmiana wpłynie na sposób działania minutnika. Następnie prześlij zmieniony kod do micro:bit i zobacz, co się stanie!

Prawdopodobnie popełnisz błędy. To dobrze. Wszyscy to robią. Prawie każdy projekt kodowania przechodzi fazę zwaną debugowaniem, co w zasadzie oznacza znajdowanie i naprawianie błędów.

Zawsze możesz zacząć od nowa z kodem, o którym wiesz, że zadziała. Wystarczy kliknąć łącze w kroku 10, aby ponownie pobrać kod.

Krok 13: Często zadawane pytania

Dlaczego kod jest podzielony na części?

Każda część obsługuje tylko jedno zadanie.

Kod do każdego zadania pisany jest tylko raz.

Części mają opisowe nazwy, aby pomóc ludziom odczytać kod.

Timer aktywuje część kodu po nazwie, gdy musi wykonać zadanie, które wykonuje część kodu. Nazywa się to „wywołaniem” „procedury”.

W jaki sposób obliczenia umożliwiają działanie timera?

Zegar wykorzystuje obliczenia na trzy różne sposoby.

Dodaj czas, gdy użytkownik dotknie punktu kontaktu, aby ustawić minutnik. Odejmij czas po tym, jak użytkownik dotknie punktu kontaktu, aby uruchomić stoper. Konwertuj liczbę sekund na godziny, minuty i sekundy do wyświetlenia. Procedura „na zawsze” wykorzystuje odejmowanie do pomiaru czasu na dwa sposoby.

Sprawdź micro:bit, aby stwierdzić, kiedy minęła jedna sekunda. Odejmij 1 od odliczania po każdej sekundzie, aż odliczanie osiągnie zero. Procedura „addSeconds” wykorzystuje dodawanie, aby zwiększyć odliczanie po naciśnięciu przez użytkownika jednego z przycisków dotykowych przez godziny, minuty lub sekundy.

Procedura „showTimeRemaining” wykorzystuje dzielenie liczb całkowitych do przekształcenia odliczania w wyświetlacz czasu, który jest łatwiejszy do zrozumienia dla człowieka.

Jakie są inne techniki kodowania używane w kodzie?

Opisowe nazwy zmiennych pomagają ludziom zrozumieć, w jaki sposób kod zarządza określonymi faktami.

Zmienna to po prostu nazwa dołączona do faktu, który micro:bit przechowuje w swojej pamięci.

Fakty umożliwiają zegarowi śledzenie tego, czego chce użytkownik.

Procedura może zmienić wartość dołączoną do zmiennej. Nowa wartość może być wykorzystana w innej procedurze.

Bloki logiczne oceniają fakty prawdziwe lub fałszywe. W ten sposób timer może określić właściwe działanie na podstawie faktów.

Prawda lub fałsz może być wynikiem porównania dwóch liczb. Czy liczby są równe? Czy jedna liczba jest większa od drugiej? Lub mniej?

Kod może również dołączyć do zmiennej rzeczywistą wartość true lub false.

Procedura może zmienić wartość zmiennej prawda lub fałsz, aby zmienić sposób działania innej procedury. W ten sposób procedura obsługi zdarzeń T5 w tym kodzie wyłącza alarm w procedurze o nazwie soundTheAlarm.

Bloki logiczne mogą być proste: jeśli wartość lub porównanie są prawdziwe, zrób coś; w przeciwnym razie nic nie rób.

Bloki logiczne mogą być złożone: jeśli wartość lub porównanie są prawdziwe, zrób jedną rzecz; inaczej (czyli inaczej), zrób inną rzecz.

Bloki logiczne mogą mieć w sobie „zagnieżdżone” inne bloki logiczne.

Czasami potrzeba kilku bloków logicznych z rzędu, aby ocenić fakt i wybrać odpowiednią akcję.

Dlaczego blok „na zawsze” używa numeru 995?

Kod używa 995, aby powiedzieć, kiedy minęła jedna sekunda czasu.

Micro:bit automatycznie zwiększa wartość zmiennej o nazwie „czas działania” około 1000 razy na sekundę. To nie jest dokładnie 1000, ale blisko.

Eksperyment z rzeczywistym micro:bit użytym do zbudowania tego przykładu wykazał, że jest on średnio zbliżony do 995.

Ten kod idzie z obserwowaną średnią. Czeka, aż wartość czasu działania wzrośnie o 995, zanim przejdzie przez bloki logiczne, aby odjąć jedną sekundę od odliczania.

Jak zaprojektowałbyś eksperyment, aby odkryć, jak szybko micro:bit aktualizuje zmienną czasu wykonywania? Jak długo musiałbyś przeprowadzić eksperyment, aby czuć się pewnie w swoim odkryciu?

Jesteś inżynierem swojego timera. Oznacza to, że jesteś jedyną osobą, która może zdecydować, czy zmiana 995 na inną wartość zwiększy dokładność Twojego zegara.

Jak można zmodyfikować zegar, aby robił coś innego, zmieniając tylko kod?

Utrzymując zmontowane komponenty bez zmian, kilka zmian w kodzie może przekształcić zegar w inny produkt.

Stoper

Czujnik dotykowy „Start-Stop” działałby zgodnie z oczekiwaniami. Czujnik dotykowy „Clear” również.

Czujniki dotykowe godzin, minut i sekund nie byłyby potrzebne.

Procedura „na zawsze” zmieniłaby się na liczenie w górę, a nie w dół.

Zaawansowaną modyfikacją byłoby mierzenie i wyświetlanie czasu z dokładnością do 1/10 sekundy.

Zegar biurkowy

Czujnik dotykowy „Start-Stop” działałby jako przycisk „Ustaw”.

Czujniki dotykowe godzin, minut i sekund działałyby zgodnie z oczekiwaniami bez żadnych zmian.

Procedura „na zawsze” musiałaby odliczać w górę, a nie w dół.

Ponadto procedura „na zawsze” wymagałaby obliczenia „przejścia do zera” o północy.

Czujnik dotykowy „Clear” nie byłby potrzebny. Można jednak nadać mu nową funkcję.

Zaawansowaną modyfikacją może być użycie tego czujnika dotykowego jako kontrolki wyboru trybu. Przełączaj się między 24-godzinnym, wojskowym wyświetlaczem a konwencjonalnym, 12-godzinnym wyświetlaczem z rano i po południu. dodany do wyświetlacza.

Budzik

W takim przypadku czujnik dotykowy „Wyczyść” można zmienić na kontrolkę „Alarm”.

Może być potrzebnych więcej zmiennych, aby śledzić nowe fakty, takie jak godzina uruchomienia alarmu oraz to, czy użytkownik włączył lub wyłączył alarm.

Interesujące byłoby zobaczyć, jak różni uczniowie mogą podchodzić do tej modyfikacji na różne sposoby.

Kontroluj świat

Więcej czujników można dodać za pośrednictwem MakerBit, aby zegar mógł wykrywać zdarzenia, takie jak ruch, hałas lub otwieranie i zamykanie drzwi.

Zegar może zdecydować o uruchomieniu alarmu, jeśli zdarzenia zostaną wykryte w określonych okresach czasu.

Podobnie zegar może być używany do włączania lub wyłączania urządzeń zewnętrznych na podstawie czasu. Jednym z przykładów może być elektroniczny zamek do drzwi połączony z kołkiem na MakerBit.