Защитный шлем Covid, часть 1: введение в схемы Tinkercad !: 20 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Проекты Tinkercad »

Привет друг!

В этой серии из двух частей мы узнаем, как использовать схемы Tinkercad - забавный, мощный и обучающий инструмент для изучения того, как работают схемы! Один из лучших способов учиться - это делать. Итак, сначала мы разработаем наш собственный проект: схему защитного шлема Covid!

Наша цель - создать шлем, который будет предупреждать вас о приближении человека. Таким образом, вы можете оставаться в безопасности от Covid, отойдя от него, чтобы сохранить дистанцию между вами и этим человеком.

К концу этого проекта у вас будет базовое понимание того, как разрабатывать схемы и программировать с помощью Tinkercad. Хотя это может показаться трудным, не волнуйтесь! Я буду сопровождать вас на протяжении всего процесса - просто учитесь и наслаждайтесь!

Запасы:

Все, что вам нужно, это учетная запись Tinkercad! У вас ее нет? Зарегистрируйтесь бесплатно на сайте www.tinkercad.com

Шаг 1. Откройте Tinkercad

Войдите в Tinkercad (или зарегистрируйтесь, если вы еще этого не сделали).

После входа в панель управления перейдите на левую боковую панель и выберите «Схемы».

После этого выберите «Создать новую схему» (обведено оранжевым). Здесь у нас есть свобода проявить творческий подход и разрабатывать любые схемы, которые мы захотим. Вы также можете точно смоделировать свои схемы, чтобы увидеть, как они будут работать в реальном мире, прежде чем вы действительно построите одну в реальной жизни!

Теперь мы готовы начать!

Шаг 2. Назовите свой проект

После того, как вы нажмете «Create new Circuit», вы увидите это пустое рабочее пространство.

Перво-наперво - все наши проекты будут сохранены на нашей панели инструментов (из предыдущего шага), поэтому важно дать нашим проектам имена, чтобы мы могли их запомнить и найти позже!

Если вы посмотрите в левый верхний угол, для вас будет сгенерирован забавный случайный заголовок. Вы можете щелкнуть по нему, чтобы заменить этот заголовок своим. Здесь я назвал его «Защитный шлем Covid».

Шаг 3: добавляем наш Micro: bit

Мы начнем наш проект с добавления micro: bit.

Micro: bit - это небольшой компьютер, на котором вы можете изучать программирование. Он имеет массу интересных функций, таких как светодиодные фонари, компас и настраиваемые кнопки!

Этот микробит - это то, что будет обрабатывать всю информацию с наших датчиков (которые мы добавим позже). Micro: bit также предоставит нам эту информацию в доступной для понимания форме.

Чтобы добавить это в нашу рабочую область, мы воспользуемся боковой панелью справа. Здесь вы найдете множество компонентов, которые вы можете использовать. Давайте пока игнорируем все остальное и ищем «микробит».

Выберите micro: bit и перенесите его в рабочую область.

Шаг 4: добавляем наш датчик

Теперь, когда у нас есть micro: bit, давайте добавим датчик. Мы добавим так называемый датчик PIR, что сокращенно от Passive Infrared sensor.

PIR может обнаруживать инфракрасное излучение или тепло. Поскольку люди выделяют тепло, а такие объекты, как стены, бутылки с водой и листья - нет, этот датчик можно использовать для обнаружения людей поблизости.

Обычно он может «видеть» на расстоянии до 5 м (16 футов), что хорошо, потому что это позволяет нам получать раннее предупреждение о приближении людей, позволяя нам реагировать до того, как они достигнут 2-метровых (6 футов) рекомендаций по социальному дистанцированию.

Шаг 5: понимание компонентов

Теперь, когда у нас есть две части, как мы можем соединить их вместе, чтобы позволить micro: bit обмениваться данными с датчиком PIR?

На Tinkercad все довольно просто. Вы можете увидеть, что в нижней части датчика PIR есть 3 контакта.

1. Когда вы наведете на них указатель мыши, вы увидите, что первый контакт - это контакт «Сигнал», что означает, что он будет подавать сигнал при обнаружении человека.
2. Второй вывод - «Power», к которому мы подключаем источник электричества, чтобы включить датчик PIR.
3. Третий контакт - «Земля», через который все «использованное» электричество будет выходить из датчика PIR.

Вы можете заметить, что в нижней части micro: bit также есть 5 точек, к которым можно подключать провода. Наведите на них указатель мыши.

1. Первые 3 точки помечены как P0, P1 и P2. Эти точки настраиваются, и они могут либо принимать сигналы (вход), либо выдавать сигналы (выход). Есть много разных способов использования этих точек, потому что они легко настраиваются! Подробнее об этом позже …
2. Точка 3 В - это источник электричества на 3 В. Помните, что нашему датчику PIR нужен источник электричества? Что ж, мы можем получить это электричество от точки 3V micro: bit!
3. Точка GND является сокращением от «земли», то есть куда электричество может «выйти» после выполнения своей работы. Сюда можно подключить вывод заземления ИК-датчика.

Шаг 6: Подключение компонентов

Чтобы соединить контакты, сначала щелкните один из контактов курсором. Затем щелкните другой вывод (к которому вы хотите подключить первый вывод). Вы увидите, что образовалась проволока! Вы можете щелкнуть провод, чтобы изменить его цвет, если хотите. Или вы можете удалить его и повторить попытку, если он выглядит неаккуратно. Постарайтесь уложить провода аккуратно, чтобы потом можно было проследить, где находится каждый провод!

После подключения проводов проверьте, соответствует ли он тому, что у меня есть. Если да, то отлично! Если нет, не беспокойтесь! Удалите провода и попробуйте еще раз.

Вы, наверное, можете себе представить, что сейчас происходит. Это простой цикл:

1. Электричество уходит из микро: бит →
2. → входит в датчик PIR через его вывод «Power» →
3. → работает ли какая-то работа с датчиком PIR →
4. → покидает ИК-датчик через его контакт "Земля" или контакт "Сигнал" →
5. → переходит к контакту "Земля" микро: бита или контакту "P0"

Шаг 7: моделирование нашей схемы (часть 1)

Когда мы создаем схемы на Tinkercad, мы также можем их моделировать.

Таким образом, мы можем поэкспериментировать, чтобы увидеть, как компоненты нашей схемы могут реагировать в реальном мире, что может помочь вам спланировать и разработать схемы, не прибегая к методам проб и ошибок и тратя время и деньги на то, что может не работать!

Чтобы смоделировать нашу схему, нажмите кнопку «Начать моделирование», которая находится в правом верхнем углу…

Шаг 8: моделирование нашей схемы (часть 2)

Во время симуляции мы можем взаимодействовать с нашей схемой.

Щелкните датчик PIR. Появится шар. Представьте, что этот мяч - человек. Вы можете щелкнуть и переместить этого человека.

Вы можете заметить, что когда вы перемещаете мяч внутри красной зоны рядом с датчиком PIR, датчик загорается. Если это правда, значит, вы все правильно подключили! Когда вы перемещаете мяч из зоны обнаружения ИК-датчика, датчик перестает светиться. Поиграйте с этим!

Вы также можете заметить, что когда мяч находится в зоне обнаружения, но неподвижен, PIR не активируется. Это не проблема, потому что люди много двигаются, поэтому датчик почти всегда обнаруживает людей, которые находятся рядом с вашим пространством.

А как насчет micro: bit? Мы уже подключили сигнальный провод, так почему же ничего не происходит ?!

Не волнуйтесь, это ожидаемо!

Хотя мы подключили сигнальный провод, компьютер micro: bit не знает, что делать с информацией, которую ему дает датчик PIR. Мы расскажем ему, что делать, запрограммировав на следующем шаге.

Шаг 9: Основы кодового блока

Выйдите из моделирования и нажмите «Код» (рядом с «Начать моделирование»). Это откроет новую, большую боковую панель справа.

Помимо проектирования и моделирования схем, мы также можем программировать на Tinkercad с использованием кодовых блоков. Кодовые блоки - это простой способ узнать о логике программирования, что является отличным введением в кодирование, прежде чем углубляться в более продвинутые языки, такие как Javascript, Python или C.

Начнем с знакомства со средой Codeblock. В левой части боковой панели Codeblock есть блоки кода, которые можно перетаскивать. Справа - ваш фактический код. Попробуйте исследовать, перетаскивая некоторые части.

Когда вы ознакомитесь с ним, очистите пространство для кодирования (перетащив блоки в корзину в правом нижнем углу), чтобы мы могли начать добавлять наш код для схемы.

Шаг 10: Программирование Micro: bit (Часть 1)

Давайте начнем с поиска по блокам «Вход» и перетаскивания «на выводе [P0], измененном на [Высокий]». Это ввод, потому что он будет передавать информацию micro: bit.

По сути, точка P0 (где подключается наш сигнальный провод) может иметь два значения: высокое или низкое. Высокий означает, что сигнал есть, а низкий означает, что сигнала нет.

Если датчик PIR обнаружит злоумышленника, будет ли сигнал высоким или низким? Если вы ответили высоко, вы правы! В качестве альтернативы, когда в зоне обнаружения нет злоумышленника (или в очень редком случае, когда злоумышленник совершенно неподвижен), будет слабый электрический сигнал.

Следовательно, логика, лежащая в основе нашего кода, сводится к следующему: «при обнаружении человека делать _».

Прямо сейчас он ничего не делает, потому что мы не определили что-то для него (пусто). Итак, давайте заставим его что-нибудь сделать.

Шаг 11: Программирование Micro: bit (Часть 2)

Давайте добавим выходной кодовый блок под названием «светодиоды». Этот кодовый блок позволяет нам возиться с индикаторами на micro: bit. Вы можете переключать светодиодную сетку, чтобы создать любой дизайн, который вы хотите. Я добавил смайлик. Это выход, потому что micro: bit выдает информацию.

Затем давайте изменим [ВЫСОКИЙ] на [НИЗКИЙ] на входном кодовом блоке.

Поскольку мы изменили сигнал с высокого на низкий, теперь наш код говорит:

когда на P0 низкий сигнал, включите светодиоды, чтобы создать смайлик

Это означает, что когда в нашей зоне обнаружения нет людей, micro: bit покажет смайлик, потому что это безопасно! знак равно

Шаг 12: Программирование Micro: bit (Часть 3)

Мы знаем, что будет делать micro: bit, когда в зоне обнаружения нет людей. Как насчет того, чтобы там кто-то был?

Давайте также определим это. Добавьте еще один входной кодовый блок «на выводе [P0], измененном на [Высокий]».

На этот раз мы оставим его как [ВЫСОКИЙ], потому что мы собираемся использовать его для каких-либо действий при обнаружении человека.

Добавьте еще один светодиодный выход и создайте дизайн! Я использовал хмурое лицо, потому что, когда человек находится в зоне обнаружения, это может быть менее безопасно! знак равно

Шаг 13: Тестирование нашего кода

Запустите симуляцию еще раз. Перемещайтесь по мячу (он же человек) и посмотрите, как на него отреагирует ваш micro: bit.

Если он не делает то, что вы хотите, повторите предыдущий шаг и перепроверьте свои кодовые блоки с помощью моего снимка экрана. Не сдавайся!:)

Шаг 14: Добавление дополнительных ИК-датчиков

Если ваш код из предыдущего шага работал правильно, отличная работа! Теперь приступим к нашему проекту.

До сих пор мы использовали только один датчик PIR, поэтому мы можем обнаруживать людей только в одной области. А как насчет остального пространства вокруг нас? Нам нужно больше датчиков!

Закройте боковую панель «Код» (нажав «Код»), если она все еще открыта, и найдите другой датчик PIR. Добавьте его к своему рабочему месту и подключите.

Примечание. Подключите сигнальный контакт этого второго датчика PIR к P1 или P2 (я подключил его к P1). Не подключайте его к P0, так как эта точка уже используется первым датчиком. Если вы это сделаете, micro: bit не сможет определить, какой PIR отправляет сигналы!

Хотя в рабочем пространстве Tinkercad я положил оба датчика PIR лицевой стороной вверх (чтобы очистить экран), когда вы фактически прикрепляете PIR к своему шлему, один датчик PIR можно прикрепить лицом к левой стороне шлема, чтобы он сканировал область слева от шлема. вы, а другой можно разместить с правой стороны шлема, чтобы сканировать область справа от вас.

Шаг 15: Добавление дополнительного кода для 2-го PIR

Откройте код еще раз и добавьте второй набор кодовых блоков, похожих на первый. Однако на этот раз щелкните раскрывающийся список новых кодовых блоков и выберите P1 (или P2, если вы подключили новый PIR к P2).

Для датчика PIR слева (который подключен к P0) я изменил кодовый блок вывода светодиода так, чтобы светилась левая сторона сетки светодиодов. Точно так же для датчика PIR справа я изменил кодовый блок вывода светодиода, чтобы загорелась правая сторона сетки светодиодов.

Когда ни один PIR не активирован, светодиодная сетка по-прежнему будет показывать смайлик, потому что это безопасно!

Шаг 16: Тестирование кода для нескольких PIR

После правильного добавления и редактирования кодовых блоков снова запустите моделирование, чтобы проверить, работает ли ваш код.

Когда мяч / человек перемещается в зону обнаружения левого ИК-датчика, светодиодная сетка на микробите должна загораться с левой стороны.

Точно так же, если человек переместится в зону обнаружения с правой стороны, светодиод загорится с правой стороны.

Шаг 17: Добавление будильника

Теперь, когда у нас есть две основные слепые зоны (вы можете добавить дополнительные датчики PIR или micro: bit, чтобы покрыть еще большую площадь), давайте сделаем еще один шаг вперед.

Что делать, если вы хотите слышать сигнал тревоги при срабатывании PIR? Вы не только будете предупреждены (например, когда вы спите), но также сможете отпугнуть злоумышленников в своем личном пространстве, обезопасив вас и злоумышленника от Covid.

Перейдите на боковую панель справа и найдите "пьезо". Это небольшие «динамики» или «зуммеры», внутри которых есть поверхность, которая вибрирует, когда через нее проходит электричество, создавая громкий жужжащий звук.

На пьезо есть два контакта. Подключите отрицательный вывод к заземлению micro: bit, а положительный вывод - к оставшейся точке P2 на micro: bit. Таким образом, мы можем управлять им так, чтобы зуммер звучал только тогда, когда micro: bit пропускает электрический ток через свой вывод P2.

Примечание. Убедитесь, что вы добавили резистор на один из выводов пьезо (любой вывод). Это позволит нам ограничить ток, подаваемый на пьезоэлектрический преобразователь. В противном случае неограниченное количество тока может сломать микробит, пьезо или и то, и другое!

Я поставил резистор на 1000 Ом, но поставить можно что угодно. Рекомендую поставить что-нибудь на 500 Ом - 2000 Ом. Чем ниже сопротивление, тем больше будет ток, поэтому зуммер будет громче

Шаг 18: кодирование зуммера

Как и светодиодная сетка, нам нужно запрограммировать micro: bit, чтобы обеспечить правильную работу зуммера. Это может раздражать, если зуммер гудит постоянно, когда кто-то находится в нашей зоне обнаружения, поэтому давайте закодируем его так, чтобы он гудел только один раз, когда человек входит в зону обнаружения (уведомляя нас о том, что кто-то идет).

Для этого инициализируем вывод P2. Добавьте кодовый блок «при запуске» и код «аналого установленного шага вывода [P2]» под ним.

Затем внутри каждого кодового блока «on pin change to [HIGH]» добавьте кодовый блок вывода «аналогового шага» под кодовым блоком вывода светодиода (если эта формулировка сбивает с толку, взгляните на снимок экрана выше!).

Этот аналоговый кодовый блок позволяет нам определять две настройки: высоту звука и время.

• Установка времени указывает, как долго играть тон. Ставлю 500 мс (можно любое число).

• Высота говорит нам, насколько высоким должен быть тон.

  Здесь выберите другую частоту для каждого PIR. Я установил один на 100 (низкий), а другой на 400 (высокий). Таким образом, вы можете определить, какой датчик PIR срабатывает, просто по звуку (даже не глядя на светодиодную сетку)

Шаг 19: Заключительное моделирование

Теперь запустите симуляцию в последний раз, чтобы убедиться, что все работает.

Если вы воспроизвели эту инструкцию, когда человек входит в левую зону обнаружения, должен прозвучать короткий звуковой сигнал, чтобы уведомить вас, а левая сторона светодиодной сетки должна загореться, сообщая вам, что злоумышленник выходит из левый.

Когда человек входит в правую зону обнаружения, должен прозвучать короткий звуковой сигнал, чтобы уведомить вас, а правая сторона светодиодной сетки должна загореться, сообщая вам, что злоумышленник идет справа.

Когда никого нет ни в одной из зон обнаружения, светодиодная сетка должна показывать счастливое лицо, сообщая вам, что вы в безопасности!

Шаг 20: Заключительные мысли и будущие проекты

Если вы сделали это с помощью этого руководства, поздравляем! Даже если у вас возникли проблемы или вы не смогли его завершить, я уверен, что вы меньше всего узнали о Tinkercad, и это то, что имеет значение, такая отличная работа!

Теперь, когда у вас есть работающая схема оповещения о социальном дистанцировании, если вы хотите перейти к следующему шагу и построить ее в реальном мире, вы можете приобрести расходные материалы и подключить провода точно так же, как вы это делали в этом рабочем пространстве Tinkercad.

Фотография выше представляет собой 3D-модель (.stl) шлема, над которой я работаю, с использованием той же точной схемы, которую мы построили в этой инструкции. Он имеет 2 датчика PIR по бокам, микробит, установленный на передней панели (чтобы вы могли видеть светодиодную сетку), и зуммеры.

Если вы хотите использовать только свое собственное творчество, не стесняйтесь сделать еще один шаг вперед, приклеив схему к шлему горячим способом. В противном случае ждите моих следующих инструкций, где мы соберем этот шлем вместе!

Обратите внимание: если вы молоды, попросите опекуна помочь с использованием инструментов при создании схемы и шлема.

Я надеюсь, что вам понравился этот урок, и что вы сможете использовать то, что узнали о Tinkercad, для творчества и создания собственных проектов. Я с нетерпением жду того, что вы все создаете, поэтому обязательно ссылайтесь на свои проекты в комментариях!

Веселого и насыщенного обучением 2021 года!