آیا MakerBit به شما یادآوری می کند که آب زیر درخت کریسمس خود را بررسی کنید؟: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

درخت تازه بریده یک تزئین سنتی برای تعطیلات در بسیاری از خانه ها است. ضروری است که آن را با آب تازه تامین کنید. آیا خوب نیست که یک زیورآلات داشته باشید که به شما یادآوری کند که آب زیر درخت خود را چک کنید؟

این پروژه بخشی از مجموعه ای است که نحوه عملکرد دستگاه های دارای محاسبات در زندگی روزمره ما را نشان می دهد. از MakerBit برای نشان دادن اینکه چگونه یک آشکارساز سطح آب ساده ممکن است سطح پایین آب را با چراغ هایی در تزئین درخت شکل نشان دهد ، استفاده می کند. مراحل انجام شده در زیر نشان داده شده است.

احتیاط: این فقط یک مفهوم را نشان می دهد. مجموعه ای که در اینجا نشان داده شده است برای جلوگیری از خشک شدن یک درخت واقعی طراحی یا طراحی نشده است. قبل از تصمیم گیری در مورد استفاده از هر گونه سنسور سطح آب با درخت واقعی ، باید در مرحله 6 اطلاعیه ایمنی را بخوانید.

مرحله 1: اجزاء را جمع آوری کنید

• راجر واگنر MakerBit+R
• کنترل کننده micro: bit (کنترل کننده واقعی در کیت استارت MakerBit+R گنجانده شده است. لوازم جانبی مورد پلاستیکی که روی میکرو نشان داده شده است: بیت به طور جداگانه فروخته می شود. به عنوان مثال ، این پیوند یک مورد در آمازون را نشان می دهد.)
• کابل روبان (شامل)
• کانکتور باتری 9 ولتی (شامل)
• باتری 9 ولت (شامل ، اما همچنین به راحتی در دسترس است)
• سنسور آب (دستگاه ما در کیت Elegoo 37-Sensors قرار گرفت. به صورت جداگانه در دسترس است.)
• 3 سیم بلوز با تماس های زن در دو طرف. (مشمول)
• برخی از LED ها (شامل ؛ نشان داده شده در عکس های دیگر ، در زیر)

مرحله 2: همه چیز را متصل کنید

A. اتصالات MakerBit

micro: bit را به MakerBit فشار دهید. برای اهداف برنامه نویسی به کابل USB همراه آن نیاز دارید. پس از برنامه ریزی ، می توانید دستگاه را فقط با باتری 9 ولت اجرا کنید.

کابل روبان LED مخلوط شده را در هدر سوکت مشکی LED های 11-16 وصل کنید. اتصال 3 سوکت سه سیم بلوز را روی ستون های مشکی ، قرمز و سفید روی سربرگ پین ، در ردیف با برچسب A0 وصل کنید. سیاه برای GND (زمین) ، قرمز برای +5v و سفید برای "سیگنال" ، که پین آنالوگ 0 است).

هنوز زمان اتصال باتری فرا نرسیده است ، اما عکس دوم نشان می دهد که کجا می رود.

B. سنسور رطوبت را وصل کنید

انتهای دیگر سیم ها باید به روشی خاص به سه پایه سنسور بروند ، همانطور که در عکس سوم نشان داده شده است. پین دارای برچسب "S" را به پست سفید در MakerBit وصل کنید. پین "+" را به پست قرمز وصل کنید. در نهایت ، پین " -" را به پست سیاه وصل کنید. ما از سیم های همرنگ پست ها استفاده کردیم تا به نظم خوب کمک کنیم.

ج- LED ها را داخل کابل روبان قرار دهید

ما از 4 چراغ استفاده می کنیم: یکی قرمز ، دیگری زرد ، دو سبز. توجه داشته باشید که هر LED دارای دو پین است. یک پین کوتاهتر از دیگری است. به پین کوتاه توجه کنید. به طرف اتصال ضلع مثلث کوچک می رود.

کد در این پروژه از چهار کانکتور در وسط کابل استفاده می کند ، اتصالات پین های 11 ، 12 ، 13 و 14. برچسب ها را با سوکت مشکی در MakerBit بررسی کنید ، تا ببینید که با هر شماره پین کدام جفت پین همراه است. به سپس کابل را مطالعه کنید تا ببینید چگونه سیم ها با پین ها ارتباط دارند. نکته: جفت سیاه و سفید به پین 12 متصل می شود. عکس ها نشان می دهد که از کدام سیم ها استفاده کنید.

عکس پنجم همه چیز را به هم متصل کرده و آماده کار است.

مرحله 3: برنامه را درک کنید

سنسور آب در این پروژه دارای شبکه ای از تماس های الکتریکی است که همه آنها فقط کمی از یکدیگر فاصله دارند. وقتی خشک می شود ، مانند یک سوئیچ باز است. هنگامی که مرطوب است ، آب برق بین مخاطبین را هدایت می کند. هرچه عمق آن بیشتر شود ، مخاطبین بیشتر خیس می شوند و قادر به هدایت الکتریسیته هستند. به این ترتیب ، سنسور می تواند سطح آب را به عنوان مقاومت در برابر جریان الکتریسیته نشان دهد که با تغییر عمق افزایش یا کاهش می یابد. مدارهای اضافی ساده ای روی سنسور وجود دارد که حساسیت آشکارساز را نسبت به رطوبت تقویت می کند و میزان رطوبت را به پین آنالوگ میکرو: بیت (از طریق MakerBit) به صورت یک عدد گزارش می کند.

صفر به این معنی است که سنسور خشک است ، یعنی بیشترین مقاومت را دارد. عدد بزرگتر از صفر به این معنی است که سنسور آب را تشخیص می دهد. هرچه آب عمیق تر باشد ، تعداد آن بیشتر است. با افزایش تعداد چراغ ها را روشن می کنیم و با کاهش تعداد آنها را خاموش می کنیم.

آزمایشات ما نشان داد که خوانش سنسور همانطور که انتظار می رود در پاسخ به تغییرات سطح آب افزایش و کاهش می یابد. وقتی آب کم می شود حساس تر می شود و به وضوح خشک شدن آن را نشان می دهد. این اطلاعات کافی را برای ایجاد یک ایده کلی از وضعیت آب ارائه می دهد. ما برای اندازه گیری دقیق سطح آب عمیق به این سنسور اعتماد نمی کنیم. خوشبختانه ، ما نیازی به اطلاع از عمق دقیق اهداف خود نداریم.

یک صفحه نمایش ساده با چهار LED می تواند به ما بگوید که درخت ممکن است به آب بیشتری احتیاج داشته باشد. چراغ قرمز ما در پایه ، سپس یک زرد ، و دو چراغ سبز در بالای آن قرار دارد. برنامه این است که با بالا و پایین رفتن سطح آب زیر درخت ، این چراغ ها روشن و خاموش شوند. رنگ سبز نشان می دهد که آب وجود دارد. رنگ زرد نشان می دهد که آب کم است. قرمز به معنای خشک است.

مرحله 4: صفحه را بسازید

این بخش به تخیل شما واگذار شده است. ما نشان خواهیم داد که چه کار کردیم. می توانید از کارت تبریک قدیمی یا تقریباً از هر چیزی استفاده کنید.

برای نگه داشتن چهار LED یک درخت کوچک بریده و سوراخ هایی ایجاد کنید. LED را از پشت زیور وارد کنید ، اما نه تا انتها ، فقط تا لب در پایه LED. LED ها را با یک نوار در پشت ثابت نگه دارید. برای اطلاع از جزئیات مفید نحوه نصب LED ها به این پیوند مراجعه کنید.

مرحله 5: کد

ویرایشگر MakeCode آنلاین به سبک بلوک برای این پروژه بسیار خوب کار می کند. تصویر اسکرین شاتی از کد را نشان می دهد.

می توانید ویرایشگر را در پنجره مرورگر باز کنید ، در حالی که کد قبلاً برای ویرایش بارگذاری شده است ، با استفاده از این پیوند: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. کد چه کار می کند؟

در قسمت Start ، به micro: bit می گوید از صفحه نمایش LED داخلی خود استفاده نکنید. این دستور پین های دیجیتالی را برای ما آزاد می کند تا در پروژه خود استفاده کنیم. سپس LED قرمز را روشن می کند (پین 11) در حالی که سه LED دیگر را خاموش می کند.

در بخش Forever ، مقدار عددی ناشی از سنسور روی پین ۰ را می خواند. سپس مجموعه ای از بلوک های "اگر … سپس" این مقدار را با ثابت هایی (تا حدی دلخواه) مقایسه می کنیم که به صورت تجربی با فرو بردن سنسور در داخل و خارج از آب تعیین کردیم. با خیال راحت با مقادیر مختلف این ثابتها بیشتر آزمایش کنید.

با بزرگتر شدن مقدار سنسور ، برنامه LED های بیشتری را روشن می کند. وقتی مقدار کوچکتر می شود ، آنها را خاموش می کند.

تمرین کدگذاری خوب این است که یک بلوک مکث را در یک حلقه برای همیشه وارد کنید. مکث به میکرو: این فرصت را می دهد تا برای مدت کوتاهی روی چیزهای دیگر کار کند. این کد برای 1،000 میلی ثانیه ، معادل یک ثانیه متوقف می شود ، به این معنی که ما سطح آب را 60 بار در دقیقه بررسی می کنیم.

از ویرایشگر MakeCode برای کامپایل کد استفاده کنید ، سپس آن را در MakerBit بارگذاری کنید. این پیوند به نحوه انجام این کار به راهنمای رسمی متصل می شود.

مرحله 6: بررسی کنید !

باتری را به MakerBit وصل کرده و سنسور را داخل مقداری آب قرار دهید. مراقب باشید که فقط انتهای آن را با نوارهای فلزی در آب قرار دهید. قطعات الکترونیکی را در انتهای محل اتصال سیمها خشک نگه دارید.

این اطلاعیه ایمنی را بخوانید: درخت خشک خطر آتش سوزی دارد. می تواند آتش بگیرد و خانه شما را بسوزاند. برای تصمیم گیری در مورد زمان نیاز درختان به آب ، نباید فقط به سنسور سطح آب اعتماد کنید. مجموعه توصیف شده در این مقاله فقط برای اهداف گویا است ، که نشان می دهد چگونه سنسورهای سطح آب در استفاده روزمره عملکرد می کنند. با این حال ، دستگاه هایی مانند این نمی توانند از درخت در برابر خشک شدن محافظت کنند. شما همچنان باید درخت خود را از نظر بصری بررسی کرده و در هر زمان مراقب باشید تا مطمئن شوید درخت شما آب مورد نیاز خود را دارد.

سنسور را در مخزن زیر درخت خود قرار دهید و صفحه نمایش را در جایی قرار دهید که بتوانید آن را ببینید. وقتی درخت خود را مرتباً بررسی می کنید ، متوجه تغییر LED ها با تغییر سطح آب شوید. این اطلاعات می تواند به شما در یادگیری نحوه عملکرد سنسورها کمک کند و ممکن است به شما یادآوری کند که آب زیر درخت خود را بررسی کنید.

مرحله 7: برای مربیان: چالش های STEAM و استانداردهای پیشنهادی

چالش های بخار

چالش سازنده: سیم هایی را که به سمت صفحه نمایش کشیده شده است گسترش دهید ، بنابراین می توانید آن را در ارتفاع بالاتر از درخت واقعی آویزان کنید.

چالش ابزار: با MakerBit خود آشنا شوید! با استفاده از سوکت ها و کابل متصل به کانکتور جعبه سیاه MakerBit می توانید LED ها را به هر یک از پین های دیجیتالی MakeBit متصل کنید. در این مثال از اعداد 11 تا 14 استفاده شده است. آیا می توانید تنظیمات و کدگذاری را برای استفاده از پین های مختلف ، مثلاً اعداد 5 تا 8 تغییر دهید؟

چالش علمی: رفتار سنسور را بررسی کنید. آزمایش های زیر را انجام دهید.

1. سنسور را کاملاً خشک کنید ، سپس آن را در مراحل اندازه گیری شده ، به عنوان مثال یک میلی متر در آب ، وارد آب کنید. عمق روشن شدن هر چراغ را ثبت کنید.
2. دوباره سنسور را خشک کنید. سپس آن را تا نزدیک نوار فلزی در آب فرو کنید. آن را در مراحل اندازه گیری شده ، مانند یک میلی متر در یک زمان ، خارج کنید. عمق خاموش شدن هر چراغ را ثبت کنید.
3. داده های جمع آوری شده را ارزیابی کنید. آیا چراغها در هر دو جهت به یک سطح آب پاسخ می دهند؟ اگر اعداد با هم مطابقت ندارند ، لیستی از توضیحات احتمالی برای رفتاری که مشاهده می کنید تهیه کنید.

چالش ریاضی: تعداد میلی ثانیه ای را که باید در بلوک مکث قرار دهید محاسبه کنید تا فقط یک بار در دقیقه یا یک بار در ساعت آب را بررسی کنید.

چالش مهندسی: به روش های متفاوتی برای استفاده از این دستگاه فکر کنید. آیا تفاوت در قرائت های ناشی از جهت غوطه وری در کاربرد واقعی این دستگاه اهمیت دارد؟ چرا و چرا نه؟

چالش فناوری: دوشاخه گرد MakerBit به شما امکان می دهد منبع تغذیه جریان مستقیم را در هر نقطه از شش تا دوازده ولت متصل کنید. باتری کوچک 9 ولتی ممکن است مدت زیادی دوام نیاورد. چه منبع تغذیه دیگری را می توانید متصل کنید تا سنسور آب به طور مداوم کار کند؟

چالش کدگذاری: چگونه می توانید کد را تغییر دهید تا تنها یک LED روشن شود: بسته به سطح آب ، سبز ، زرد یا قرمز؟ اگر ثابت های کد را تغییر دهید ، رفتار نمایشگر چگونه تغییر می کند؟

چالش هنری: تزئین زیور نمایش یا طراحی چیز دیگری که کاملاً متفاوت به نظر می رسد! آزمایش یک صفحه نمایش خوب این است که اطلاعات را واضح می کند.

استانداردها

NGSS (استانداردهای علم نسل بعدی)

4-PS3-4. از ایده های علمی برای طراحی ، آزمایش و پالایش دستگاهی که انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کند ، استفاده کنید.

ISTE

4a دانش آموزان از یک فرآیند طراحی عمدی برای ایجاد ایده ، آزمایش نظریه ها ، ایجاد آثار بدیع یا حل مشکلات معتبر استفاده می کنند.

5b دانش آموزان داده ها را جمع آوری کرده یا مجموعه داده های مربوطه را شناسایی می کنند ، از ابزارهای دیجیتالی برای تجزیه و تحلیل آنها استفاده می کنند و داده ها را به روش های مختلف برای تسهیل حل مسئله و تصمیم گیری نشان می دهند.