Может ли MakerBit напомнить вам проверить воду под елкой?: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Свежесрубленное дерево - традиционное праздничное украшение во многих домах. Важно, чтобы в него всегда была свежая вода. Разве не было бы неплохо иметь орнамент, который напоминал бы вам о необходимости проверить воду под деревом?

Этот проект является частью серии, показывающей, как вычислительные устройства работают в нашей повседневной жизни. Он использует MakerBit, чтобы продемонстрировать, как простой датчик уровня воды может указывать на низкий уровень воды с помощью огней в орнаменте в виде дерева. Шаги, которые мы выполнили, показаны ниже.

Внимание: это только демонстрация концепции. Показанная здесь сборка не предназначена и не предназначена для предотвращения высыхания настоящего дерева. Прежде чем вы решите, использовать ли какой-либо датчик уровня воды с настоящим деревом, вы должны прочитать уведомление о безопасности ниже, на шаге 6.

Шаг 1: Соберите компоненты

• MakerBit + R Роджера Вагнера
• Контроллер micro: bit (Фактический контроллер включен в стартовый комплект MakerBit + R. Аксессуар в пластиковом корпусе, показанный на micro: bit, продается отдельно. Например, по этой ссылке показан один, проданный на Amazon).
• Ленточный кабель (в комплекте)
• Разъем аккумулятора 9 В (в комплекте)
• Батарея 9 В (входит в комплект, но также легко доступна)
• Датчик воды (наш входил в комплект Elegoo 37-Sensors. Доступен отдельно в Интернете).
• 3 перемычки с контактами-розетками на обоих концах. (в комплекте)
• Некоторые светодиоды (в комплекте; показаны на других фотографиях ниже)

Шаг 2: Подключите все

A. Соединения MakerBit

Вставьте бит micro: bit в MakerBit. Вам понадобится входящий в комплект USB-кабель для подключения к компьютеру в целях программирования. После того, как вы его запрограммируете, вы можете запускать устройство только от 9-вольтовой батареи.

Вставьте комбинированный ленточный кабель светодиодов в черный разъем для светодиодов 11–16. Подключите трехконтактный разъем из трех перемычек к черному, красному и белому контактам на контактной колодке в ряду с меткой A0. Черный - для GND (земля), красный - для + 5В, а белый - для «сигнала», который будет аналоговым контактом 0).

Аккумулятор еще не время подключать, но на втором фото видно, куда он будет уходить.

Б. Подключите датчик влажности

Другие концы проводов должны входить в три контакта датчика определенным образом, как показано на третьей фотографии. Подключите штифт с надписью «S» к белому штырю на MakerBit. Подключите контакт «+» к красной стойке. Наконец, подключите контакт «-» к черной стойке. Мы использовали провода того же цвета, что и столбики, чтобы поддерживать порядок.

C. Вставьте светодиоды в ленточный кабель

Мы используем 4 индикатора: один красный, один желтый и два зеленых. Обратите внимание, что у каждого светодиода есть два контакта. Один штифт короче другого. Обратите внимание на короткий штифт. Он входит в разъем на стороне с маленьким треугольником.

Код в этом проекте использует четыре разъема в середине кабеля, те, которые предназначены для контактов 11, 12, 13 и 14. Изучите метки у черного гнезда на MakerBit, чтобы увидеть, какая пара контактов соответствует каждому номеру контакта.. Затем изучите кабель, чтобы увидеть, как провода соотносятся с контактами. Подсказка: черно-белая пара подключается к контакту 12. На фотографиях показано, какие провода использовать.

На пятом фото все подключено и готово к работе.

Шаг 3. Изучите план

Датчик воды в этом проекте имеет сеть электрических контактов, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга. В сухом состоянии это похоже на разомкнутый выключатель. В мокром состоянии вода проводит электричество между контактами. Чем глубже он проникает, тем больше намокают контакты, способные проводить электричество. Таким образом, датчик может указывать уровень воды как сопротивление потоку электричества, которое увеличивается или уменьшается по мере изменения глубины. На датчике есть простая дополнительная схема, которая усиливает чувствительность детектора к влаге и передает количество влаги на аналоговый вывод micro: bit (через MakerBit) в виде числа.

Ноль означает, что датчик сухой, то есть имеет наибольшее сопротивление. Число больше нуля означает, что датчик обнаруживает воду. Чем глубже вода, тем больше цифра. Мы включаем свет по мере увеличения числа и выключаем по мере уменьшения числа.

Наши тесты показали, что показания датчика увеличиваются и уменьшаются, как и ожидалось, в ответ на изменения уровня воды. Он становится более чувствительным, когда вода падает, и очень четко указывает, когда она высохла. Это дает достаточно информации, чтобы составить общее представление о ситуации с водой. Мы бы не стали полагаться на этот датчик для точного измерения глубинного уровня воды. К счастью, нам не нужно знать точную глубину для наших целей.

Простой дисплей с четырьмя светодиодами может сказать нам, когда дереву может потребоваться больше воды. У нашего есть красный светодиод в основании, затем желтый, а сверху два зеленых. План состоит в том, чтобы включать и выключать эти огни, когда уровень воды под деревом поднимается и опускается. Зеленый цвет указывает на наличие воды. Желтый означает низкий уровень воды. Красный означает сухой.

Шаг 4: Создайте дисплей

Эта часть оставлена на ваше усмотрение. Мы покажем, что мы сделали. Вы можете использовать старую открытку или что-нибудь еще.

Вырежьте небольшое деревце и проделайте отверстия для четырех светодиодов. Протолкните светодиод из-за орнамента, но не до конца, а только до выступа на основании светодиода. Удерживайте светодиоды на месте с помощью небольшой ленты сзади. См. Эту ссылку для получения полезных сведений о том, как установить светодиоды.

Шаг 5: Код

Онлайн-редактор блочного стиля MakeCode отлично подходит для этого проекта. На картинке показан скриншот кода.

Вы можете открыть редактор в окне браузера с уже загруженным кодом, готовым для редактирования, по этой ссылке: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Что делает код?

В разделе Start он сообщает micro: bit не использовать встроенный светодиодный дисплей. Эта инструкция освобождает цифровые контакты, которые мы можем использовать в нашем проекте. Затем он включает красный светодиод (контакт 11), в то время как остальные три светодиода выключаются.

В разделе Forever он считывает числовое значение, поступающее от датчика на контакте 0. Затем серия блоков «If… Then» сравнивает это значение с (несколько произвольными) константами, которые мы определили экспериментально, погружая датчик в воду и вынимая из нее. Не стесняйтесь экспериментировать с другими значениями этих констант.

По мере увеличения значения датчика программа включает больше светодиодов. По мере уменьшения значения они отключаются.

Хорошая практика кодирования - включать блок паузы в бесконечный цикл. Пауза дает micro: bit возможность немного поработать над другими вещами. Этот код делает паузу на 1 000 миллисекунд, равную одной секунде, что означает, что мы проверяем уровень воды 60 раз в минуту.

Используйте редактор MakeCode для компиляции кода, а затем загрузите его в MakerBit. Эта ссылка ведет к официальному руководству о том, как это сделать.

Шаг 6: Проверьте это !

Подключите аккумулятор к MakerBit и опустите датчик в немного воды. Будьте осторожны, опускайте в воду только конец с металлическими полосками. Следите за тем, чтобы электронные компоненты были сухими на том конце, где подключаются провода.

ПРОЧИТАЙТЕ ДАННОЕ ЗАМЕЧАНИЕ ПО БЕЗОПАСНОСТИ: Сухое дерево представляет собой опасность возгорания. Он может загореться и сжечь ваш дом. Вы не должны полагаться только на датчик уровня воды, чтобы решить, когда вашему дереву нужна вода. Сборка, описанная в этой статье, предназначена только для иллюстративных целей и предназначена для демонстрации того, как датчики уровня воды могут функционировать при повседневном использовании. Однако такие устройства не могут защитить дерево от высыхания. Вам все равно нужно будет визуально проверять свое дерево и постоянно следить за тем, чтобы у вашего дерева была вода, в которой оно нуждается.

Разместите датчик в резервуаре под деревом и установите дисплей так, чтобы его можно было видеть. Когда вы регулярно проверяете свое дерево, обратите внимание на то, как меняются светодиоды при изменении уровня воды. Эта информация может помочь вам узнать, как работают датчики, и напомнить вам о необходимости проверять воду под вашим деревом.

Шаг 7: Для преподавателей: задачи STEAM и предлагаемые стандарты

ЗАДАЧИ ПАРА

Задача производителя: протяните провода, идущие к дисплею, так, чтобы вы могли повесить его выше на настоящем дереве.

Инструментальная задача: познакомьтесь со своим MakerBit! Вы можете подключить светодиоды к любому цифровому контакту MakeBit, используя разъемы и кабель, подключенный к разъему «черный ящик» MakerBit. В этом примере используются номера с 11 по 14. Можете ли вы изменить настройку и кодировку, чтобы использовать разные контакты, скажем, номера с 5 по 8?

Научная задача: изучить поведение датчика. Проведите следующие эксперименты.

1. Тщательно просушите датчик, затем вставьте его в воду отмеренными шагами, например, по одному миллиметру за раз. Запишите глубину, на которой загорается каждый свет.
2. Снова тщательно просушите датчик. Затем окуните его в воду почти до верхней части металлических полос. Снимайте его размеренными шагами, например, по одному миллиметру за раз. Запишите глубину, на которой каждый свет выключается.
3. Оцените собранные вами данные. Световые сигналы реагируют на одинаковый уровень воды в обоих направлениях? Если числа не совпадают, составьте список возможных объяснений наблюдаемого вами поведения.

Математическая задача: подсчитайте количество миллисекунд, которое вам потребуется в блоке паузы, чтобы проверять воду один раз в минуту или один раз в час.

Техническая задача: подумайте о различных способах использования этого устройства. Будет ли иметь значение разница в показаниях в зависимости от направления погружения при фактическом применении этого устройства? Почему или почему нет?

Техническая задача: круглый штекер MakerBit позволяет подключать источник постоянного тока напряжением от шести до двенадцати вольт. Маленькая 9-вольтовая батарейка может не прослужить долго. Какой еще источник питания можно было бы подключить, чтобы датчик воды работал непрерывно?

Задача кодирования: как бы вы изменили код, чтобы загорелся только один светодиод: зеленый, желтый или красный в зависимости от уровня воды? Как изменится поведение дисплея, если вы измените константы в коде?

Художественная задача: украсьте орнамент дисплея или создайте что-нибудь, что выглядит совершенно по-другому! Проверка хорошего дизайна дисплея заключается в том, что он делает информацию очевидной.

СТАНДАРТЫ

NGSS (научные стандарты нового поколения)

4-ПС3-4. Примените научные идеи для разработки, тестирования и усовершенствования устройства, преобразующего энергию из одной формы в другую.

ISTE

4a Студенты знают и используют осознанный процесс проектирования для генерации идей, проверки теорий, создания инновационных артефактов или решения аутентичных проблем.

5b Учащиеся собирают данные или определяют соответствующие наборы данных, используют цифровые инструменты для их анализа и представляют данные различными способами, чтобы облегчить решение проблем и принятие решений.