Mũ bảo hiểm an toàn Covid Phần 1: Giới thiệu về mạch Tinkercad !: 20 bước (kèm hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Dự án Tinkercad »

Chào bạn!

Trong loạt bài gồm hai phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách sử dụng Mạch của Tinkercad - một công cụ thú vị, mạnh mẽ và mang tính giáo dục để tìm hiểu về cách hoạt động của mạch! Một trong những cách tốt nhất để học, là làm. Vì vậy, trước tiên chúng tôi sẽ thiết kế dự án của riêng mình: mạch điện cho mũ bảo hiểm Covid!

Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một chiếc mũ bảo hiểm có thể cảnh báo bạn khi có người đến gần. Bằng cách đó, bạn có thể giữ an toàn trước Covid bằng cách di chuyển ra xa để giữ khoảng cách giữa bạn và người đó.

Đến cuối dự án này, bạn sẽ có hiểu biết cơ bản về cách thiết kế mạch và lập trình bằng Tinkercad. Mặc dù điều này nghe có vẻ khó khăn, nhưng đừng lo lắng! Tôi sẽ ở đây để hướng dẫn bạn trong toàn bộ quá trình - chỉ cần học và tận hưởng!

Quân nhu:

Tất cả những gì bạn cần là một tài khoản Tinkercad! Bạn chưa có? Đăng ký miễn phí tại www.tinkercad.com

Bước 1: Mở Tinkercad

Đăng nhập vào Tinkercad (hoặc đăng ký, nếu bạn chưa đăng ký).

Sau khi đăng nhập vào trang tổng quan, hãy chuyển đến thanh bên trái và chọn "Mạch".

Sau đó, chọn "Tạo mạch mới" (khoanh màu cam). Ở đây, chúng tôi có quyền tự do sáng tạo và thiết kế bất kỳ mạch điện nào chúng tôi muốn. Bạn cũng có thể mô phỏng chính xác các mạch của mình để xem chúng hoạt động như thế nào trong thế giới thực, trước khi bạn thực sự xây dựng một mạch trong đời thực!

Bây giờ, chúng ta đã sẵn sàng để bắt đầu!

Bước 2: Đặt tiêu đề cho dự án của bạn

Sau khi nhấn "Tạo mạch mới", bạn sẽ được chào đón với không gian làm việc trống này.

Điều đầu tiên trước tiên - tất cả các dự án của chúng tôi sẽ được lưu trên bảng điều khiển của chúng tôi (từ bước trước), vì vậy điều quan trọng là chúng tôi đặt tên cho các dự án của mình để chúng tôi có thể nhớ và tìm thấy chúng sau này!

Nếu bạn nhìn ở trên cùng bên trái, sẽ có một tiêu đề ngẫu nhiên thú vị được tạo cho bạn. Bạn có thể nhấp vào nó để thay thế tiêu đề đó bằng tiêu đề của riêng bạn. Ở đây, tôi đặt tên nó là "Mũ bảo hiểm an toàn Covid".

Bước 3: Thêm Micro của chúng tôi: bit

Chúng tôi sẽ bắt đầu dự án của mình bằng cách thêm micro: bit.

Micro: bit là một máy tính nhỏ mà bạn có thể học lập trình trên đó. Nó có rất nhiều tính năng thú vị như đèn LED, la bàn và các nút có thể tùy chỉnh!

Micro: bit này là thứ sẽ xử lý tất cả thông tin từ các cảm biến của chúng tôi (chúng tôi sẽ bổ sung sau). Micro: bit cũng sẽ cung cấp cho chúng ta thông tin đó theo cách dễ hiểu mà chúng ta có thể hiểu được.

Để thêm điều này vào không gian làm việc của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng thanh bên ở bên phải. Tại đây, bạn sẽ tìm thấy một loạt các thành phần mà bạn có thể sử dụng. Bây giờ chúng ta hãy bỏ qua mọi thứ khác và tìm kiếm "microbit".

Chọn micro: bit và đưa nó vào không gian làm việc.

Bước 4: Thêm cảm biến của chúng tôi

Bây giờ chúng ta đã có micro: bit, hãy thêm một cảm biến. Chúng tôi sẽ thêm một thứ gọi là cảm biến PIR, viết tắt của cảm biến hồng ngoại thụ động.

PIR có thể phát hiện bức xạ hồng ngoại - hoặc nhiệt. Vì con người tỏa ra nhiệt nhưng các vật thể như tường, chai nước và lá cây thì không, nên cảm biến này có thể được sử dụng để phát hiện khi có người ở gần.

Thông thường, nó có thể "nhìn thấy" cách xa tới 5m (16ft), điều này là tốt vì điều này sẽ cho phép chúng tôi nhận được cảnh báo sớm khi mọi người đến gần, cho phép chúng tôi phản ứng trước khi họ đạt đến hướng dẫn cách xa xã hội 2m (6ft).

Bước 5: Tìm hiểu các thành phần

Bây giờ chúng ta đã có hai bộ phận của mình, làm thế nào chúng ta có thể kết nối chúng với nhau để cho phép micro: bit giao tiếp với cảm biến PIR?

Nó khá đơn giản trên Tinkercad. Bạn có thể thấy rằng có 3 chân ở dưới cùng của cảm biến PIR.

1. Khi di chuột qua chúng, bạn sẽ thấy ghim đầu tiên là ghim "Tín hiệu", có nghĩa là chốt này sẽ phát tín hiệu khi phát hiện có người.
2. Chân thứ hai là "Nguồn", là nơi chúng ta kết nối nguồn điện để bật cảm biến PIR.
3. Chân thứ ba là "Ground", là nơi mà tất cả điện "đã sử dụng" sẽ thoát ra khỏi cảm biến PIR.

Bạn có thể nhận thấy rằng cũng có 5 điểm ở dưới cùng của micro: bit, nơi dây có thể kết nối với. Di chuột qua chúng.

1. 3 điểm đầu tiên được gắn nhãn P0, P1 và P2. Các điểm này có thể tùy chỉnh và chúng có thể nhận tín hiệu (đầu vào) hoặc loại bỏ tín hiệu (đầu ra). Có nhiều cách khác nhau để chúng ta có thể sử dụng những điểm này vì chúng có khả năng tùy biến cao! Thêm về điều đó sau…
2. Điểm 3V là nguồn điện 3 vôn. Hãy nhớ rằng cảm biến PIR của chúng tôi cần một nguồn điện? Chà, chúng ta có thể lấy điện đó từ điểm 3V của vi: bit!
3. Điểm GND là viết tắt của "ground", là nơi điện có thể "thoát ra" sau khi thực hiện công việc của nó. Chân nối đất của cảm biến PIR có thể được kết nối tại đây.

Bước 6: Kết nối các thành phần

Để kết nối các ghim, trước tiên hãy nhấp vào một ghim bằng con trỏ của bạn. Sau đó, nhấp vào một ghim khác (nơi bạn muốn kết nối với ghim đầu tiên). Bạn sẽ thấy rằng một dây được hình thành! Bạn có thể bấm vào dây để thay đổi màu sắc của nó nếu bạn muốn. Hoặc, bạn có thể xóa nó và thử lại nếu nó trông lộn xộn. Hãy thử đặt dây sạch sẽ để bạn có thể xác định vị trí của từng dây sau này!

Sau khi kết nối dây của bạn, hãy kiểm tra xem nó có khớp với những gì tôi có không. Nếu vậy, tuyệt vời! Nếu không, không phải lo lắng! Xóa các dây và thử lại.

Bạn có thể hình dung những gì đang xảy ra bây giờ. Đó là một vòng lặp đơn giản:

1. Điện rời khỏi vi mô: bit →
2. → đi vào cảm biến PIR thông qua chân "Nguồn" của nó →
3. → một số hoạt động trong cảm biến PIR →
4. → rời cảm biến PIR qua chân "Đất" hoặc chân "Tín hiệu" của nó →
5. → chuyển đến chân "Ground" của micro: bit hoặc chân "P0"

Bước 7: Mô phỏng mạch của chúng tôi (Phần 1)

Khi chúng tôi tạo các mạch trên Tinkercad, chúng tôi cũng có thể mô phỏng chúng.

Bằng cách này, chúng ta có thể thử nghiệm để xem các thành phần trong mạch của chúng ta có thể phản ứng như thế nào trong thế giới thực, điều này có thể giúp bạn lập kế hoạch và thiết kế mạch mà không cần phải thực hiện "thử và sai" cũng như tốn thời gian và tiền bạc cho những thứ có thể không hoạt động!

Để mô phỏng mạch của chúng tôi, hãy nhấn vào nút "Bắt đầu mô phỏng" ở phía trên bên phải…

Bước 8: Mô phỏng mạch của chúng tôi (Phần 2)

Với việc mô phỏng đang chạy, chúng ta có thể tương tác với mạch của mình.

Nhấp vào cảm biến PIR. Một quả bóng sẽ xuất hiện. Hãy tưởng tượng rằng quả bóng này là một con người. Bạn có thể nhấp và di chuyển người đó xung quanh.

Bạn có thể nhận thấy rằng khi bạn di chuyển quả bóng bên trong vùng màu đỏ gần cảm biến PIR, cảm biến sẽ sáng lên. Nếu điều này là đúng, bạn đã kết nối mọi thứ một cách chính xác! Khi bạn di chuyển bóng ra khỏi vùng phát hiện của PIR, cảm biến sẽ ngừng phát sáng. Chơi xung quanh với nó!

Bạn cũng có thể nhận thấy rằng khi quả bóng ở trong vùng phát hiện nhưng nó đứng yên, PIR sẽ không được kích hoạt. Đây không phải là vấn đề vì con người di chuyển rất nhiều, vì vậy cảm biến sẽ luôn phát hiện những người ở gần không gian của bạn.

Làm thế nào về vi mô: bit? Chúng tôi đã kết nối dây tín hiệu, vậy tại sao không có gì xảy ra ?!

Đừng lo lắng, điều này được mong đợi!

Mặc dù chúng tôi đã kết nối dây tín hiệu nhưng máy tính micro: bit không biết phải làm gì với thông tin mà cảm biến PIR cung cấp cho nó. Chúng tôi sẽ cho nó biết phải làm gì bằng cách lập trình nó trong bước tiếp theo.

Bước 9: Khái niệm cơ bản về Codeblock

Thoát ra khỏi mô phỏng, rồi nhấp vào "Mã" (bên cạnh "Bắt đầu mô phỏng"). Thao tác này sẽ mở ra một thanh bên mới, lớn hơn ở bên phải.

Bên cạnh việc chỉ định và mô phỏng mạch, chúng ta cũng có thể lập trình trên Tinkercad bằng Codeblocks. Codeblocks là một cách dễ dàng để tìm hiểu về logic đằng sau lập trình, là một phần giới thiệu tuyệt vời về viết mã trước khi đi sâu vào các ngôn ngữ nâng cao hơn như Javascript, Python hoặc C.

Hãy bắt đầu bằng cách tự làm quen với môi trường Codeblock. Ở phía bên trái của thanh bên Codeblock, có các khối mã mà bạn có thể kéo và thả. Ở phía bên tay phải là mã thực của bạn. Hãy thử khám phá bằng cách kéo và thả một số mảnh.

Khi bạn đã quen với nó, hãy xóa không gian mã hóa (bằng cách kéo các khối vào thùng rác ở phía dưới bên phải) để chúng tôi có thể bắt đầu thêm mã của mình cho mạch.

Bước 10: Lập trình Micro: bit (Phần 1)

Hãy bắt đầu bằng cách tìm kiếm qua các khối "Đầu vào" và kéo "trên ghim [P0] được đổi thành [Cao]". Đây là một đầu vào vì điều này sẽ cung cấp thông tin micro: bit.

Về cơ bản, điểm P0 (nơi dây tín hiệu của chúng ta kết nối) có thể có hai giá trị: cao hoặc thấp. Cao có nghĩa là có tín hiệu và thấp có nghĩa là không có tín hiệu.

Nếu cảm biến PIR phát hiện kẻ xâm nhập, tín hiệu sẽ cao hay thấp? Nếu bạn trả lời cao, bạn đã đúng! Ngoài ra, khi không có kẻ xâm nhập nào trong vùng phát hiện (hoặc trong trường hợp cực kỳ hiếm khi kẻ xâm nhập vẫn hoàn toàn yên tĩnh), sẽ có một tín hiệu điện thấp.

Do đó, logic đằng sau mã của chúng tôi về cơ bản là: "khi một người được phát hiện, hãy thực hiện _".

Ngay bây giờ, nó không làm gì cả vì chúng tôi chưa xác định điều gì đó để nó làm (nó trống). Vì vậy, chúng ta hãy làm cho nó làm một cái gì đó.

Bước 11: Lập trình Micro: bit (Phần 2)

Hãy thêm một khối mã đầu ra được gọi là "hiển thị đèn led". Codeblock này cho phép chúng ta làm lộn xộn với đèn trên micro: bit. Bạn có thể chuyển đổi lưới LED để tạo bất kỳ thiết kế nào bạn muốn. Tôi đã thêm một khuôn mặt cười. Đây là đầu ra vì micro: bit đang cung cấp thông tin.

Sau đó, hãy thay đổi [CAO] thành [THẤP] trên khối mã đầu vào.

Bởi vì chúng tôi đã thay đổi tín hiệu từ cao xuống thấp, mã của chúng tôi bây giờ là:

khi có tín hiệu thấp trên P0, bật đèn LED để tạo mặt cười

Điều này có nghĩa là khi không có người di chuyển trong vùng phát hiện của chúng tôi, micro: bit sẽ hiển thị hình mặt cười vì nó an toàn! =)

Bước 12: Lập trình Micro: bit (Phần 3)

Chúng tôi biết micro: bit sẽ làm gì khi không có người xung quanh vùng phát hiện. Làm thế nào về khi ai đó ở đó?

Chúng ta cũng hãy xác định điều đó. Thêm một khóa mã đầu vào khác "trên chân [P0] được đổi thành [Cao]".

Lần này, chúng tôi sẽ để nó là [CAO] vì chúng tôi sẽ sử dụng nó để làm điều gì đó khi một người bị phát hiện.

Thêm một đầu ra đèn LED khác và tạo một thiết kế! Tôi dùng khuôn mặt cau có vì khi người đó ở trong vùng phát hiện, nó có thể kém an toàn hơn! = (

Bước 13: Kiểm tra mã của chúng tôi

Chạy mô phỏng một lần nữa. Di chuyển xung quanh quả bóng (hay còn gọi là người) và xem micro: bit của bạn phản ứng như thế nào.

Nếu nó không làm những gì bạn muốn, hãy thử lại bước trước đó và kiểm tra lại các đoạn mã của bạn với ảnh chụp màn hình của tôi. Đừng bỏ cuộc!:)

Bước 14: Thêm cảm biến PIR bổ sung

Nếu mã của bạn từ bước trước hoạt động chính xác, thì tuyệt vời! Bây giờ, hãy tiến hành dự án của chúng ta.

Cho đến nay, chúng tôi chỉ sử dụng một cảm biến PIR nên chúng tôi chỉ có thể phát hiện người ở một khu vực. Đối với phần còn lại của không gian xung quanh chúng ta thì sao? Chúng tôi cần nhiều cảm biến hơn!

Đóng thanh bên Mã (bằng cách nhấp vào "Mã") nếu nó vẫn mở và tìm kiếm một cảm biến PIR khác. Thêm nó vào không gian làm việc của bạn và kết nối nó.

Lưu ý: Nối chân tín hiệu của cảm biến PIR thứ hai này đến P1 hoặc P2 (tôi đã kết nối nó với P1). Không kết nối nó với P0 vì điểm đó đã được sử dụng bởi cảm biến đầu tiên. Nếu bạn làm vậy, micro: bit sẽ không thể biết PIR nào đang gửi tín hiệu!

Mặc dù trong không gian làm việc Tinkercad, tôi đặt cả hai cảm biến PIR hướng lên trên (để làm cho màn hình sạch hơn), khi bạn thực sự gắn các PIR trên mũ bảo hiểm của mình, một cảm biến PIR có thể được gắn vào phía bên trái của mũ bảo hiểm để nó quét khu vực bên trái của bạn, và cái kia có thể được đặt ở phía bên phải của mũ bảo hiểm để quét khu vực bên phải bạn.

Bước 15: Thêm mã bổ sung cho PIR thứ 2

Mở Mã một lần nữa và thêm một bộ mã khóa thứ hai tương tự như bộ đầu tiên. Tuy nhiên, lần này, hãy nhấp vào menu thả xuống trên các khối mã mới và chọn P1 (hoặc P2 nếu bạn đã kết nối PIR mới với P2).

Đối với cảm biến PIR ở bên trái (được kết nối với P0), tôi đã sửa đổi khối mã đầu ra LED để phía bên trái của lưới đèn LED sáng lên. Tương tự, đối với cảm biến PIR ở bên phải, tôi đã sửa đổi khối mã đầu ra LED để phía bên phải của lưới đèn LED sáng lên.

Khi cả PIR không được kích hoạt, lưới đèn LED sẽ vẫn hiển thị hình mặt cười vì nó an toàn!

Bước 16: Mã kiểm tra cho nhiều PIR

Sau khi thêm và chỉnh sửa các khóa mã một cách chính xác, hãy chạy lại mô phỏng để kiểm tra xem mã của bạn có hoạt động hay không.

Khi bóng / người được di chuyển vào vùng phát hiện của PIR bên trái, lưới LED trên micro: bit sẽ sáng bên trái.

Tương tự, nếu một người di chuyển trong vùng phát hiện ở phía bên phải, đèn LED sẽ sáng ở phía bên phải.

Bước 17: Thêm báo thức

Bây giờ chúng ta có hai điểm mù chính được che phủ (bạn có thể chọn thêm cảm biến PIR hoặc micro: bit bổ sung để bao phủ nhiều diện tích hơn), hãy tiến thêm một bước nữa.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn muốn nghe báo động bất cứ khi nào PIR được kích hoạt? Bạn không chỉ được cảnh báo (chẳng hạn như khi bạn đang ngủ) mà còn có thể xua đuổi những kẻ xâm nhập trong không gian cá nhân của mình, giữ an toàn cho cả bạn và kẻ xâm nhập khỏi Covid.

Đi tới thanh bên ở bên phải và tìm kiếm "piezo". Đây là những "loa" hoặc "còi" nhỏ có bề mặt bên trong rung lên khi có dòng điện chạy qua, tạo ra âm thanh vo ve lớn.

Có hai chốt trên piezo. Kết nối chân âm với mặt đất của micro: bit và kết nối chân dương với điểm P2 còn lại trên micro: bit. Bằng cách này, chúng ta có thể điều khiển nó để bộ rung chỉ phát ra âm thanh khi micro: bit giải phóng dòng điện qua chân P2 của nó.

Lưu ý: Đảm bảo bạn thêm điện trở vào một trong các chân của piezo (một trong hai chân). Điều này sẽ cho phép chúng tôi hạn chế lượng dòng điện đi vào piezo. Nếu không, lượng dòng điện không giới hạn có thể phá vỡ vi: bit, piezo hoặc cả hai!

Tôi đặt một điện trở 1, 000 ohm, nhưng bạn có thể đặt bất cứ thứ gì. Tôi khuyên bạn nên đặt thứ gì đó có 500 ohms - 2, 000 ohms. Điện trở càng thấp thì dòng điện sẽ càng nhiều, do đó còi sẽ to hơn

Bước 18: Mã hóa Buzzer

Giống như lưới LED, chúng ta cần lập trình micro: bit để đảm bảo rằng bộ rung hoạt động chính xác. Sẽ rất khó chịu nếu bộ rung rung liên tục khi ai đó ở trong vùng phát hiện của chúng ta, vì vậy hãy mã hóa nó để nó chỉ kêu một lần khi một người đi vào vùng phát hiện (thông báo cho chúng ta rằng ai đó đang đến).

Để làm điều này, hãy khởi tạo pin P2. Thêm một khối mã "khi bắt đầu" và một mã "analgo set pitch pin [P2]" bên dưới nó.

Sau đó, bên trong mỗi khối mã "on pin thay đổi thành [HIGH]", thêm một khối mã đầu ra "tương tự cao độ", bên dưới khối mã đầu ra LED (nếu từ ngữ này khó hiểu, hãy xem ảnh chụp màn hình ở trên!).

Khối mã tương tự này cho phép chúng tôi xác định hai cài đặt: cao độ và thời gian.

• Cài đặt thời gian cho biết thời gian phát âm báo. Tôi đặt nó ở 500 ms (bạn có thể chọn bất kỳ số nào).

• Cao độ cho chúng ta biết âm vực phải cao như thế nào.

  Tại đây, hãy chọn một tần số khác nhau cho mỗi PIR. Tôi đặt một cái ở 100 (âm độ thấp) và một cái khác ở 400 (âm độ cao). Bằng cách này, bạn có thể biết cảm biến PIR nào được kích hoạt chỉ đơn giản bằng âm báo (thậm chí không cần phải nhìn vào lưới đèn LED)

Bước 19: Mô phỏng cuối cùng

Bây giờ, hãy chạy mô phỏng của bạn lần cuối để đảm bảo mọi thứ hoạt động.

Nếu bạn sao chép Có thể hướng dẫn này, khi một người đi vào vùng phát hiện bên trái, một âm báo thấp sẽ phát ra nhanh chóng để thông báo cho bạn và phía bên trái của lưới đèn LED sẽ sáng lên, cho bạn biết rằng có kẻ xâm nhập đến từ bên trái.

Khi một người đi vào khu vực phát hiện phía bên phải, âm báo cao sẽ phát ra một cách ngắn gọn để thông báo cho bạn và phía bên phải của lưới đèn LED sẽ sáng lên, cho bạn biết rằng có kẻ xâm nhập đang đến từ bên phải.

Khi không có ai ở trong cả hai vùng phát hiện, lưới đèn LED sẽ hiển thị một khuôn mặt vui vẻ, cho bạn biết rằng bạn đang an toàn!

Bước 20: Suy nghĩ cuối cùng và các dự án tương lai

Nếu bạn đã thực hiện nó qua bài giảng này, xin chúc mừng! Ngay cả khi bạn gặp khó khăn hoặc không thể hoàn thành nó, tôi chắc chắn rằng bạn ít nhất học được một vài điều về Tinkercad, và đó là điều quan trọng để công việc tuyệt vời!

Bây giờ bạn đã có một mạch cảnh báo làm mất tập trung xã hội hoạt động, nếu bạn muốn thực hiện bước tiếp theo và xây dựng nó trong thế giới thực, bạn có thể mua nguồn cung cấp và kết nối dây chính xác như bạn đã làm trong không gian làm việc Tinkercad này.

Ảnh trên là mô hình 3D (.stl) của chiếc mũ bảo hiểm mà tôi đang làm, sử dụng cùng một mạch chính xác mà chúng tôi đã xây dựng trong Có thể hướng dẫn này. Nó có 2 cảm biến PIR ở hai bên, một micro: bit được gắn ở mặt trước (để bạn nhìn thấy lưới đèn LED) và còi.

Nếu bạn chỉ muốn sử dụng sự sáng tạo của riêng mình, hãy thoải mái tiến thêm một bước nữa bằng cách dán keo nóng mạch điện của bạn vào mũ bảo hiểm. Nếu không, hãy theo dõi Bài hướng dẫn tiếp theo của tôi, nơi chúng ta sẽ cùng nhau đội chiếc mũ bảo hiểm này!

Xin lưu ý: Nếu bạn còn trẻ, hãy nhờ người giám hộ giúp sử dụng các dụng cụ khi xây dựng mạch điện và mũ bảo hiểm.

Tôi hy vọng bạn thích hướng dẫn này và bạn có thể sử dụng những gì bạn đã học về Tinkercad để sáng tạo và tạo ra một số dự án của riêng bạn. Tôi rất mong được xem những gì tất cả các bạn tạo ra, vì vậy hãy nhớ liên kết các dự án của bạn trong phần bình luận!

Chúc một năm 2021 vui vẻ và tràn đầy học tập!