Μπορεί ένα MakerBit να σας υπενθυμίσει να ελέγξετε το νερό κάτω από το χριστουγεννιάτικο δέντρο σας ;: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ένα φρέσκο κομμένο δέντρο είναι μια παραδοσιακή διακόσμηση διακοπών σε πολλά σπίτια. Είναι απαραίτητο να διατηρείται τροφοδοτημένο με γλυκό νερό. Δεν θα ήταν ωραίο να έχετε ένα στολίδι που θα μπορούσε να σας υπενθυμίσει να ελέγξετε το νερό κάτω από το δέντρο σας;

Αυτό το έργο είναι μέρος μιας σειράς που δείχνει πώς λειτουργούν οι υπολογιστικές συσκευές στην καθημερινή μας ζωή. Χρησιμοποιεί ένα MakerBit για να δείξει πώς ένας απλός ανιχνευτής στάθμης νερού μπορεί να υποδηλώνει χαμηλή στάθμη νερού με φώτα σε στολίδι σε σχήμα δέντρου. Τα βήματα που ακολουθήσαμε φαίνονται παρακάτω.

Προσοχή: Αυτό είναι μια επίδειξη μιας έννοιας, μόνο. Το συγκρότημα που εμφανίζεται εδώ δεν έχει σχεδιαστεί ή δεν προορίζεται για να αποτρέψει την αποξήρανση ενός πραγματικού δέντρου. Πριν αποφασίσετε αν θα χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε αισθητήρα στάθμης νερού με πραγματικό δέντρο, θα πρέπει να διαβάσετε την παρακάτω ειδοποίηση ασφαλείας, στο βήμα 6.

Βήμα 1: Συγκεντρώστε τα εξαρτήματα

• Roger Wagner’s MakerBit+R
• micro: bit controller (Ο πραγματικός ελεγκτής περιλαμβάνεται στο κιτ εκκίνησης MakerBit+R. Το πλαστικό εξάρτημα θήκης που εμφανίζεται στο micro: bit πωλείται ξεχωριστά. Για παράδειγμα, αυτός ο σύνδεσμος δείχνει ένα που πωλείται στο Amazon.)
• Καλώδιο κορδέλας (περιλαμβάνεται)
• Υποδοχή μπαταρίας 9 βολτ (περιλαμβάνεται)
• Μπαταρία 9v (περιλαμβάνεται, αλλά και εύκολα διαθέσιμη)
• Αισθητήρας νερού (Ο δικός μας ήρθε στο κιτ Elegoo 37-Sensors. Διατίθεται ξεχωριστά στο διαδίκτυο.)
• 3 καλώδια άλματος με θηλυκές επαφές και στα δύο άκρα. (περιλαμβάνεται)
• Ορισμένες λυχνίες LED (περιλαμβάνονται, εμφανίζονται σε άλλες φωτογραφίες, παρακάτω)

Βήμα 2: Συνδέστε τα πάντα

A. Συνδέσεις MakerBit

Πιέστε το micro: bit στο MakerBit. Θα χρειαστείτε το καλώδιο USB που συνοδεύει για να συνδεθείτε στον υπολογιστή σας για σκοπούς προγραμματισμού. Αφού το προγραμματίσετε, μπορείτε να τρέξετε τη συσκευή μόνο με την μπαταρία των 9 βολτ.

Συνδέστε το μικτό καλώδιο κορδέλας LED στη μαύρη κεφαλίδα υποδοχής για LED 11-16. Συνδέστε το βύσμα 3 υποδοχών των τριών καλωδίων βραχυκυκλωτήρα στις μαύρες, κόκκινες και λευκές θέσεις στην κεφαλίδα του πείρου, στη σειρά με την ένδειξη A0. Το μαύρο είναι για GND (γείωση), κόκκινο για +5v και λευκό για "σήμα", το οποίο θα είναι Αναλογικό pin 0).

Δεν είναι ώρα να συνδέσετε την μπαταρία ακόμα, αλλά η δεύτερη φωτογραφία δείχνει πού θα πάει.

Β. Συνδέστε τον αισθητήρα υγρασίας

Τα άλλα άκρα των καλωδίων πρέπει να περάσουν στις τρεις ακίδες του αισθητήρα με συγκεκριμένο τρόπο, όπως φαίνεται στην τρίτη φωτογραφία. Συνδέστε την καρφίτσα με την ένδειξη "S" στη λευκή ανάρτηση στο MakerBit. Συνδέστε την καρφίτσα "+" στην κόκκινη ανάρτηση. Τέλος, συνδέστε την καρφίτσα " -" στη μαύρη ανάρτηση. Χρησιμοποιήσαμε σύρματα του ίδιου χρώματος με τις αναρτήσεις, για να διατηρήσουμε την καλή τάξη.

Γ. Εισάγετε τις λυχνίες LED στο καλώδιο κορδέλας

Χρησιμοποιούμε 4 φώτα: ένα κόκκινο, ένα κίτρινο, δύο πράσινο. Παρατηρήστε ότι κάθε LED έχει δύο ακίδες. Η μία ακίδα είναι πιο κοντή από την άλλη. Δώστε προσοχή στη κοντή καρφίτσα. Μπαίνει στον σύνδεσμο στην πλευρά που έχει το μικρό τρίγωνο.

Ο κώδικας σε αυτό το έργο χρησιμοποιεί τέσσερις συνδέσμους στη μέση του καλωδίου, τους ακροδέκτες 11, 12, 13 και 14. Εξετάστε τις ετικέτες από τη μαύρη υποδοχή στο MakerBit, για να δείτε ποιο ζεύγος ακίδων ταιριάζει με κάθε αριθμό ακίδων Το Στη συνέχεια, μελετήστε το καλώδιο για να δείτε πώς τα καλώδια σχετίζονται με τις ακίδες. Υπόδειξη: το ασπρόμαυρο ζεύγος συνδέεται με τον πείρο 12. Οι φωτογραφίες δείχνουν ποια καλώδια πρέπει να χρησιμοποιηθούν.

Η πέμπτη φωτογραφία δείχνει τα πάντα γαντζωμένα και έτοιμα να ξεκινήσουν.

Βήμα 3: Κατανοήστε το σχέδιο

Ο αισθητήρας νερού σε αυτό το έργο έχει έναν ιστό ηλεκτρικών επαφών που διατηρούνται όλες ελαφρώς μεταξύ τους. Όταν στεγνώσει, είναι σαν ένας ανοιχτός διακόπτης. Όταν είναι υγρό, το νερό μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ των επαφών. Όσο πιο βαθιά γίνεται, τόσο περισσότερες επαφές γίνονται υγρές και ικανές να μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, ο αισθητήρας μπορεί να υποδείξει τη στάθμη του νερού ως αντίσταση στη ροή ηλεκτρικής ενέργειας που αυξάνεται ή μειώνεται καθώς αλλάζει το βάθος. Υπάρχει κάποιο απλό πρόσθετο κύκλωμα στον αισθητήρα που ενισχύει την ευαισθησία του ανιχνευτή στην υγρασία και αναφέρει την ποσότητα υγρασίας στον αναλογικό πείρο του μικροσκοπικού: bit (μέσω του MakerBit) ως αριθμός.

Μηδέν σημαίνει ότι ο αισθητήρας είναι στεγνός, δηλαδή έχει τη μεγαλύτερη αντίσταση. Ένας αριθμός μεγαλύτερος από μηδέν σημαίνει ότι ο αισθητήρας ανιχνεύει νερό. Όσο πιο βαθύ είναι το νερό, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός. Ανάβουμε τα φώτα καθώς ο αριθμός αυξάνεται και τα σβήνουμε καθώς ο αριθμός μειώνεται.

Οι δοκιμές μας έδειξαν ότι η ένδειξη του αισθητήρα αυξάνεται και μειώνεται όπως αναμενόταν ως απόκριση στις αλλαγές της στάθμης του νερού. Γίνεται πιο ευαίσθητο όταν το νερό πέσει χαμηλά και δείχνει σαφώς πότε είναι στεγνό. Αυτό παρέχει αρκετές πληροφορίες για να σχηματίσει μια γενική ιδέα για την κατάσταση του νερού. Δεν θα βασιστούμε σε αυτόν τον αισθητήρα για να μετρήσουμε με ακρίβεια τη βαθιά στάθμη του νερού. Ευτυχώς, δεν χρειάζεται να γνωρίζουμε το ακριβές βάθος για τους σκοπούς μας.

Μια απλή οθόνη με τέσσερα LED μπορεί να μας πει πότε το δέντρο μπορεί να χρειάζεται περισσότερο νερό. Το δικό μας έχει ένα κόκκινο LED στη βάση του, στη συνέχεια ένα κίτρινο, στο πάνω μέρος δύο πράσινων. Το σχέδιο είναι να ανάβουμε και να σβήνουμε αυτά τα φώτα καθώς η στάθμη του νερού κάτω από το δέντρο ανεβοκατεβαίνει. Το πράσινο δείχνει ότι υπάρχει νερό. Το κίτρινο υποδηλώνει χαμηλό νερό. Κόκκινο σημαίνει στεγνό.

Βήμα 4: Δημιουργήστε την οθόνη

Αυτό το μέρος αφήνεται στη φαντασία σας. Θα δείξουμε τι κάναμε. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε μια παλιά ευχετήρια κάρτα ή σχεδόν οτιδήποτε.

Κόψτε ένα μικρό δέντρο και ανοίξτε τρύπες για να κρατήσετε τα τέσσερα LED. Σπρώξτε το LED από πίσω από το στολίδι, αλλά όχι μέχρι το τέλος, ακριβώς μέχρι το χείλος στη βάση του LED. Κρατήστε τα LED στη θέση τους με λίγη ταινία στο πίσω μέρος. Δείτε αυτόν τον σύνδεσμο για χρήσιμες λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο εγκατάστασης των LED.

Βήμα 5: Ο Κώδικας

Ο διαδικτυακός επεξεργαστής στυλ μπλοκ MakeCode λειτουργεί πολύ καλά για αυτό το έργο. Η εικόνα δείχνει ένα στιγμιότυπο οθόνης του κώδικα.

Μπορείτε να ανοίξετε τον επεξεργαστή σε ένα παράθυρο προγράμματος περιήγησης, με τον κωδικό ήδη φορτωμένο έτοιμο για επεξεργασία, χρησιμοποιώντας αυτόν τον σύνδεσμο: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Τι κάνει ο κώδικας;

Στην ενότητα Έναρξη, λέει στο micro: bit να μην χρησιμοποιεί την ενσωματωμένη οθόνη LED. Αυτή η οδηγία ελευθερώνει τις ψηφιακές ακίδες για να τις χρησιμοποιήσουμε στο έργο μας. Στη συνέχεια, ανάβει το κόκκινο LED (καρφίτσα 11) ενώ σβήνει τα άλλα τρία LED.

Στην ενότητα Forever, διαβάζει την αριθμητική τιμή που προέρχεται από τον αισθητήρα στον ακροδέκτη 0. Στη συνέχεια, μια σειρά μπλοκ "Εάν … Τότε" συγκρίνει αυτήν την τιμή με (κάπως αυθαίρετες) σταθερές που προσδιορίσαμε πειραματικά βυθίζοντας τον αισθητήρα μέσα και έξω από το νερό. Μη διστάσετε να πειραματιστείτε περαιτέρω με διαφορετικές τιμές για αυτές τις σταθερές.

Καθώς η τιμή του αισθητήρα μεγαλώνει, το πρόγραμμα ενεργοποιεί περισσότερες λυχνίες LED. Καθώς η τιμή γίνεται μικρότερη, τα απενεργοποιεί.

Είναι καλή πρακτική κωδικοποίησης να συμπεριλάβετε ένα μπλοκ παύσης σε έναν βρόχο για πάντα. Η παύση επιτρέπει στο micro: bit μια ευκαιρία να εργαστεί σε άλλα πράγματα για μικρό χρονικό διάστημα. Αυτός ο κωδικός κάνει παύση για 1, 000 χιλιοστά του δευτερολέπτου, ίσο με ένα δευτερόλεπτο, πράγμα που σημαίνει ότι ελέγχουμε τη στάθμη του νερού 60 φορές το λεπτό.

Χρησιμοποιήστε το πρόγραμμα επεξεργασίας MakeCode για να μεταγλωττίσετε τον κώδικα και, στη συνέχεια, ανεβάστε τον στο MakerBit. Αυτός ο σύνδεσμος συνδέεται με τον επίσημο οδηγό για το πώς να το κάνετε αυτό.

Βήμα 6: Δείτε το !

Συνδέστε την μπαταρία στο MakerBit και βάλτε τον αισθητήρα σε λίγο νερό. Προσέξτε να βάλετε μόνο το άκρο με τις μεταλλικές λωρίδες στο νερό. Κρατήστε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα στεγνά στο τέλος όπου συνδέονται τα καλώδια.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΥΤΗ ΤΗΝ ΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ: Ένα ξηρό δέντρο ενέχει κίνδυνο πυρκαγιάς. Μπορεί να πάρει φωτιά και να κάψει το σπίτι σας. Δεν πρέπει να βασίζεστε αποκλειστικά σε έναν αισθητήρα στάθμης νερού για να αποφασίσετε πότε το δέντρο σας χρειάζεται νερό. Το συγκρότημα που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο είναι μόνο για επεξηγηματικούς σκοπούς, με σκοπό να δείξει πώς μπορούν να λειτουργούν οι αισθητήρες στάθμης νερού στην καθημερινή χρήση. Ωστόσο, συσκευές όπως αυτή δεν μπορούν να προστατεύσουν ένα δέντρο από το να στεγνώσει. Θα χρειαστεί να ελέγξετε οπτικά το δέντρο σας και να διατηρείτε μια ασφαλή επιφυλακή ανά πάσα στιγμή για να διασφαλίσετε ότι το δέντρο σας έχει το νερό που χρειάζεται.

Τοποθετήστε τον αισθητήρα στη δεξαμενή κάτω από το δέντρο σας και ρυθμίστε την οθόνη όπου μπορείτε να τον δείτε. Όταν ελέγχετε τακτικά το δέντρο σας, παρατηρήστε πώς αλλάζουν τα LED καθώς αλλάζει η στάθμη του νερού. Οι πληροφορίες μπορούν να σας βοηθήσουν να μάθετε πώς λειτουργούν οι αισθητήρες και μπορεί να σας υπενθυμίσει να ελέγξετε το νερό κάτω από το δέντρο σας.

Βήμα 7: Για εκπαιδευτικούς: Προκλήσεις STEAM και προτεινόμενα πρότυπα

ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΑΤΜΟΥ

Πρόκληση δημιουργού: επεκτείνετε τα καλώδια που πηγαίνουν στην οθόνη, ώστε να μπορείτε πραγματικά να το κρεμάσετε ψηλότερα σε ένα πραγματικό δέντρο.

Πρόκληση εργαλείου: γνωρίστε το MakerBit σας! Μπορείτε να συνδέσετε LED σε οποιονδήποτε από τους ψηφιακούς πείρους του MakeBit χρησιμοποιώντας τις πρίζες και το καλώδιο που είναι προσαρτημένα στη σύνδεση μαύρου κουτιού του MakerBit. Αυτό το παράδειγμα χρησιμοποίησε τους αριθμούς 11 έως 14. Μπορείτε να αλλάξετε τη ρύθμιση και την κωδικοποίηση για να χρησιμοποιήσετε διαφορετικές ακίδες, ας πούμε, τους αριθμούς 5 έως 8;

Επιστημονική πρόκληση: Διερευνήστε τη συμπεριφορά του αισθητήρα. Κάντε τα παρακάτω πειράματα.

1. Στεγνώστε καλά τον αισθητήρα και, στη συνέχεια, τοποθετήστε τον σε νερό σε μετρημένα βήματα, για παράδειγμα ένα χιλιοστό τη φορά. Καταγράψτε το βάθος στο οποίο ανάβει κάθε φως.
2. Στεγνώστε ξανά τον αισθητήρα. Στη συνέχεια βυθίστε το στο νερό μέχρι κοντά στην κορυφή των μεταλλικών λωρίδων. Τραβήξτε το σε μετρημένα βήματα, όπως ένα χιλιοστό τη φορά. Καταγράψτε το βάθος στο οποίο σβήνει κάθε φως.
3. Αξιολογήστε τα δεδομένα που συλλέξατε. Τα φώτα ανταποκρίνονται στην ίδια στάθμη νερού και προς τις δύο κατευθύνσεις; Εάν οι αριθμοί δεν ταιριάζουν, κάντε μια λίστα με πιθανές εξηγήσεις για τη συμπεριφορά που παρατηρείτε.

Πρόκληση μαθηματικών: Υπολογίστε τον αριθμό των χιλιοστών του δευτερολέπτου που θα χρειαστεί να βάλετε στο μπλοκ παύσης για να ελέγξετε το νερό μόνο μία φορά το λεπτό ή μία φορά την ώρα.

Μηχανική πρόκληση: Σκεφτείτε διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αυτή η συσκευή. Θα είχε σημασία η διαφορά στις αναγνώσεις που προκύπτουν από την κατεύθυνση βύθισης στην πραγματική εφαρμογή αυτής της συσκευής; Γιατί ή γιατί όχι?

Τεχνική πρόκληση: το στρογγυλό βύσμα στο MakerBit σας επιτρέπει να συνδέσετε μια πηγή ισχύος συνεχούς ρεύματος οπουδήποτε από έξι έως δώδεκα βολτ. Η μικρή μπαταρία εννέα βολτ μπορεί να μην διαρκέσει πολύ. Ποια άλλη πηγή ενέργειας θα μπορούσατε να συνδέσετε για να διατηρείτε τον αισθητήρα νερού συνεχώς σε λειτουργία;

Πρόκληση κωδικοποίησης: πώς θα αλλάζατε τον κωδικό έτσι ώστε να ανάβει μόνο ένα LED: πράσινο, κίτρινο ή κόκκινο ανάλογα με τη στάθμη του νερού; Πώς αλλάζει η συμπεριφορά εμφάνισης εάν αλλάξετε τις σταθερές στον κώδικα;

Πρόκληση τέχνης: διακοσμήστε το στολίδι της οθόνης ή σχεδιάστε κάτι άλλο που φαίνεται εντελώς διαφορετικό! Η δοκιμή ενός καλού σχεδιασμού οθόνης είναι ότι καθιστά τις πληροφορίες προφανείς.

ΠΡΟΤΥΠΑ

NGSS (Πρότυπα επιστήμης επόμενης γενιάς)

4-PS3-4. Εφαρμόστε επιστημονικές ιδέες για να σχεδιάσετε, να δοκιμάσετε και να βελτιώσετε μια συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια από τη μια μορφή στην άλλη.

ISTE

4α Οι μαθητές γνωρίζουν και χρησιμοποιούν μια σκόπιμη διαδικασία σχεδιασμού για τη δημιουργία ιδεών, τη δοκιμή θεωριών, τη δημιουργία καινοτόμων τεχνουργημάτων ή την επίλυση αυθεντικών προβλημάτων.

5β Οι μαθητές συλλέγουν δεδομένα ή προσδιορίζουν σχετικά σύνολα δεδομένων, χρησιμοποιούν ψηφιακά εργαλεία για να τα αναλύσουν και αντιπροσωπεύουν δεδομένα με διάφορους τρόπους για να διευκολύνουν την επίλυση προβλημάτων και τη λήψη αποφάσεων.