Czy MakerBit może przypomnieć Ci o sprawdzaniu wody pod choinką?: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Świeżo ścięte drzewo to tradycyjna dekoracja świąteczna w wielu domach. Niezbędne jest, aby był zasilany świeżą wodą. Czy nie byłoby miło mieć ozdobę, która przypominałaby o sprawdzaniu wody pod drzewem?

Ten projekt jest częścią serii pokazującej, jak urządzenia z obsługą obliczeniową działają w naszym codziennym życiu. Wykorzystuje MakerBit, aby zademonstrować, w jaki sposób prosty detektor poziomu wody może wskazać niski poziom wody za pomocą świateł w ornamentie w kształcie drzewa. Kroki, które wykonaliśmy, są pokazane poniżej.

Uwaga: to tylko demonstracja koncepcji. Przedstawiony tutaj zespół nie jest zaprojektowany ani przeznaczony do zapobiegania wysychaniu prawdziwego drzewa. Zanim zdecydujesz, czy użyć dowolnego czujnika poziomu wody z prawdziwym drzewem, zapoznaj się z poniższą informacją dotyczącą bezpieczeństwa w kroku 6.

Krok 1: Zbierz komponenty

• MakerBit+R Rogera Wagnera
• Kontroler micro:bit (Rzeczywisty kontroler jest dołączony do zestawu startowego MakerBit+R. Plastikowa obudowa pokazana na micro:bit jest sprzedawana osobno. Na przykład ten link pokazuje taki, który jest sprzedawany w Amazon.)
• Kabel taśmowy (w zestawie)
• złącze baterii 9 V (w zestawie)
• Bateria 9v (w zestawie, ale także łatwo dostępna)
• Czujnik wody (nasz był w zestawie Elegoo 37-Sensors. Dostępny osobno online.)
• 3 przewody połączeniowe ze stykami żeńskimi na obu końcach. (w zestawie)
• Niektóre diody LED (w zestawie; pokazane na innych zdjęciach poniżej)

Krok 2: Podłącz wszystko

A. Połączenia MakerBit

Wciśnij micro:bit do MakerBit. Do połączenia z komputerem w celu programowania potrzebny będzie dołączony kabel USB. Po zaprogramowaniu możesz uruchomić urządzenie tylko z 9-woltową baterią.

Podłącz mieszany kabel taśmowy LED do czarnego złącza gniazdowego dla diod LED 11-16. Podłącz 3-gniazdowe złącze trzech przewodów połączeniowych do czarnych, czerwonych i białych styków na główce styków w rzędzie oznaczonym A0. Czarny to GND (masa), czerwony dla +5v, a biały dla „sygnału”, który będzie analogowym pinem 0.

Jeszcze nie czas na podłączenie akumulatora, ale drugie zdjęcie pokazuje, gdzie się uda.

B. Podłącz czujnik wilgoci

Drugie końce przewodów muszą wejść na trzy piny czujnika w określony sposób, jak pokazano na trzecim zdjęciu. Podłącz pin oznaczony „S” do białego słupka na MakerBit. Podłącz pin „+” do czerwonego słupka. Na koniec podłącz pin „–” do czarnego słupka. Użyliśmy przewodów w tym samym kolorze co słupki, aby utrzymać porządek.

C. Włóż diody LED do kabla taśmowego

Używamy 4 świateł: jednego czerwonego, jednego żółtego, dwóch zielonych. Zauważ, że każda dioda LED ma dwa piny. Jedna szpilka jest krótsza od drugiej. Zwróć uwagę na krótką szpilkę. Wchodzi do złącza z boku z małym trójkątem.

Kod w tym projekcie wykorzystuje cztery złącza w środku kabla, te dla pinów 11, 12, 13 i 14. Sprawdź etykiety przy czarnym gnieździe na MakerBit, aby zobaczyć, która para pinów pasuje do każdego numeru pinu. Następnie zbadaj kabel, aby zobaczyć, jak przewody mają się do pinów. Podpowiedź: czarno-biała para łączy się z pinem 12. Zdjęcia pokazują, których przewodów użyć.

Piąte zdjęcie pokazuje wszystko podłączone i gotowe do pracy.

Krok 3: Zrozum plan

Czujnik wody w tym projekcie ma sieć styków elektrycznych, które są nieznacznie oddalone od siebie. Po wyschnięciu jest jak otwarty przełącznik. Woda, gdy jest mokra, przewodzi prąd między stykami. Im głębiej, tym więcej styków staje się mokrych i może przewodzić prąd. W ten sposób czujnik może wskazywać poziom wody jako opór wobec przepływu prądu elektrycznego, który zwiększa się lub zmniejsza wraz ze zmianą głębokości. Na czujniku znajduje się kilka prostych dodatkowych obwodów, które wzmacniają czułość detektora na wilgoć i zgłaszają ilość wilgoci do analogowego pinu micro:bit (poprzez MakerBit) jako liczbę.

Zero oznacza, że czujnik jest suchy, czyli ma największy opór. Liczba większa od zera oznacza, że czujnik wykrywa wodę. Im głębsza woda, tym większa liczba. Włączamy światła, gdy liczba rośnie, i wyłączamy, gdy liczba maleje.

Nasze testy wykazały, że odczyt czujnika zwiększa się i zmniejsza zgodnie z oczekiwaniami w odpowiedzi na zmiany poziomu wody. Staje się bardziej wrażliwy, gdy woda spada nisko i bardzo wyraźnie wskazuje, kiedy jest sucha. Daje to wystarczającą ilość informacji, aby stworzyć ogólne pojęcie o sytuacji wodnej. Nie polegalibyśmy na tym czujniku do precyzyjnego pomiaru głębokości wody. Na szczęście dla naszych celów nie musimy znać dokładnej głębokości.

Prosty wyświetlacz z czterema diodami LED może nam powiedzieć, kiedy drzewo może potrzebować więcej wody. Nasz ma u podstawy czerwoną diodę, potem żółtą, a na końcu dwie zielone. Plan polega na włączaniu i wyłączaniu tych świateł, gdy poziom wody pod drzewem podnosi się i opada. Zielony oznacza obecność wody. Żółty sugeruje niski stan wody. Czerwony oznacza suchy.

Krok 4: Zbuduj wyświetlacz

Ta część jest pozostawiona twojej wyobraźni. Pokażemy, co zrobiliśmy. Możesz użyć starej kartki z życzeniami lub po prostu czegokolwiek.

Wytnij małe drzewo i zrób otwory na cztery diody LED. Przepchnij diodę LED od tyłu ozdoby, ale nie do końca, tylko do krawędzi na podstawie diody LED. Przytrzymaj diody LED odrobiną taśmy z tyłu. Zobacz ten link, aby uzyskać pomocne informacje na temat instalacji diod LED.

Krok 5: Kodeks

W przypadku tego projektu bardzo dobrze sprawdza się internetowy edytor stylów blokowych MakeCode. Zdjęcie przedstawia zrzut ekranu kodu.

Możesz otworzyć edytor w oknie przeglądarki z już załadowanym kodem gotowym do edycji, korzystając z tego linku: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Co robi kod?

W sekcji Start mówi micro:bit, aby nie używał wbudowanego wyświetlacza LED. Ta instrukcja uwalnia cyfrowe szpilki do wykorzystania w naszym projekcie. Następnie włącza czerwoną diodę LED (pin 11), jednocześnie wyłączając pozostałe trzy diody.

W sekcji Forever odczytuje wartość liczbową pochodzącą z czujnika na pinie 0. Następnie seria bloków „If… Then” porównuje tę wartość z (nieco arbitralnymi) stałymi, które wyznaczyliśmy eksperymentalnie zanurzając i wyjmując czujnik z wody. Zachęcamy do dalszego eksperymentowania z różnymi wartościami tych stałych.

Wraz ze wzrostem wartości czujnika program włącza więcej diod LED. Gdy wartość maleje, wyłącza je.

Dobrą praktyką kodowania jest umieszczanie bloku pauzy w pętli typu „forever”. Pauza pozwala micro:bitowi przez krótki czas popracować nad innymi rzeczami. Ten kod zatrzymuje się na 1000 milisekund, co odpowiada jednej sekundzie, co oznacza, że sprawdzamy poziom wody 60 razy na minutę.

Użyj edytora MakeCode, aby skompilować kod, a następnie prześlij go do MakerBit. Ten link łączy się z oficjalnym przewodnikiem, jak to zrobić.

Krok 6: Sprawdź to !

Podłącz baterię do MakerBit i włóż czujnik do wody. Uważaj, aby w wodzie umieścić tylko koniec z metalowymi paskami. Utrzymuj elementy elektroniczne w stanie suchym na końcu, w którym łączą się przewody.

PRZECZYTAJ NINIEJSZĄ INFORMACJĘ DOTYCZĄCĄ BEZPIECZEŃSTWA: Suche drzewo stanowi zagrożenie pożarowe. Może zapalić się i spalić twój dom. Nie powinieneś polegać wyłącznie na czujniku poziomu wody, aby zdecydować, kiedy twoje drzewo potrzebuje wody. Zestaw opisany w tym artykule ma jedynie charakter poglądowy, ma na celu pokazanie, jak czujniki poziomu wody mogą funkcjonować w codziennym użytkowaniu. Jednak urządzenia takie jak to nie są w stanie uchronić drzewa przed wysychaniem. Nadal będziesz musiał sprawdzać swoje drzewo wizualnie i przez cały czas utrzymywać bezpieczną obserwację, aby upewnić się, że twoje drzewo ma potrzebną wodę.

Umieść czujnik w zbiorniku pod drzewem i ustaw wyświetlacz tak, aby był widoczny. Kiedy regularnie sprawdzasz swoje drzewo, zauważ, jak zmieniają się diody LED wraz ze zmianą poziomu wody. Informacje te mogą pomóc ci dowiedzieć się, jak działają czujniki i mogą przypomnieć ci o sprawdzaniu wody pod drzewem.

Krok 7: Dla nauczycieli: wyzwania STEAM i sugerowane standardy

WYZWANIA PAROWE

Wyzwanie producenta: przedłuż przewody prowadzące do wyświetlacza, aby można było zawiesić go wyżej na prawdziwym drzewie.

Wyzwanie narzędzia: poznaj swój MakerBit! Możesz podłączyć diody LED do dowolnego cyfrowego pinu MakeBit za pomocą gniazd i kabla podłączonego do złącza Black Box MakerBit. W tym przykładzie użyto numerów od 11 do 14. Czy możesz zmienić konfigurację i kodowanie, aby używać różnych pinów, powiedzmy, numerów od 5 do 8?

Wyzwanie naukowe: Zbadaj zachowanie czujnika. Wykonaj następujące eksperymenty.

1. Dokładnie osusz czujnik, a następnie włóż go do wody mierzonymi krokami, na przykład co milimetr na raz. Zapisz głębokość, na której włącza się każde światło.
2. Ponownie dokładnie osusz czujnik. Następnie zanurz go w wodzie w pobliżu górnej części metalowych pasków. Wycofaj go w odmierzonych krokach, na przykład jeden milimetr na raz. Zapisz głębokość, na której wyłącza się każde światło.
3. Oceń zebrane dane. Czy światła reagują na ten sam poziom wody w obu kierunkach? Jeśli liczby się nie zgadzają, sporządź listę możliwych wyjaśnień obserwowanego zachowania.

Wyzwanie matematyczne: Oblicz liczbę milisekund, które musiałbyś umieścić w bloku pauzy, aby sprawdzić wodę raz na minutę lub raz na godzinę.

Wyzwanie inżynierskie: Pomyśl o różnych sposobach wykorzystania tego urządzenia. Czy różnica w odczytach wynikających z kierunku zanurzenia miałaby znaczenie w rzeczywistym zastosowaniu tego urządzenia? Dlaczego lub dlaczego nie?

Wyzwanie techniczne: okrągła wtyczka na MakerBit umożliwia podłączenie źródła prądu stałego o napięciu od sześciu do dwunastu woltów. Mała dziewięciowoltowa bateria może nie wystarczyć długo. Jakie inne źródło zasilania można podłączyć, aby czujnik wody działał nieprzerwanie?

Wyzwanie kodowania: jak zmienić kod, aby świeciła tylko jedna dioda LED: zielona, żółta lub czerwona w zależności od poziomu wody? Jak zmienia się zachowanie wyświetlania, jeśli zmienisz stałe w kodzie?

Wyzwanie plastyczne: udekoruj ornament wystawowy lub zaprojektuj coś innego, co wygląda zupełnie inaczej! Testem dobrego projektu wyświetlacza jest to, że informacje są oczywiste.

NORMY

NGSS (standardy naukowe nowej generacji)

4-PS3-4. Zastosuj naukowe pomysły, aby zaprojektować, przetestować i udoskonalić urządzenie, które przekształca energię z jednej postaci w drugą.

ISTE

4a Studenci znają i stosują przemyślany proces projektowania w celu generowania pomysłów, testowania teorii, tworzenia innowacyjnych artefaktów lub rozwiązywania autentycznych problemów.

5b Uczniowie zbierają dane lub identyfikują odpowiednie zestawy danych, wykorzystują narzędzia cyfrowe do ich analizy i przedstawiają dane na różne sposoby, aby ułatwić rozwiązywanie problemów i podejmowanie decyzji.