MakerBit có thể nhắc bạn kiểm tra nước dưới cây thông Noel của bạn không ?: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Cây tươi cắt cành là một kiểu trang trí ngày lễ truyền thống trong nhiều gia đình. Điều cần thiết là giữ cho nó được cung cấp nước ngọt. Sẽ thật tuyệt nếu có một vật trang trí có thể giúp nhắc bạn kiểm tra nước dưới gốc cây của bạn phải không?

Dự án này là một phần của loạt bài giới thiệu cách hoạt động của các thiết bị hỗ trợ tính toán trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nó sử dụng MakerBit để chứng minh cách một máy dò mực nước đơn giản có thể chỉ ra mực nước thấp bằng đèn trong vật trang trí hình cây. Các bước chúng tôi làm theo được hiển thị bên dưới.

Thận trọng: Đây chỉ là minh chứng cho một khái niệm. Việc lắp ráp được hiển thị ở đây không được thiết kế hoặc nhằm mục đích ngăn cây thật bị khô. Trước khi bạn quyết định có sử dụng bất kỳ cảm biến mực nước nào với cây thật hay không, bạn nên đọc thông báo an toàn bên dưới, ở Bước 6.

Bước 1: Thu thập các thành phần

• Roger Wagner’s MakerBit + R
• bộ điều khiển micro: bit (Bộ điều khiển thực tế được bao gồm trong bộ khởi động MakerBit + R. Phụ kiện vỏ nhựa hiển thị trên micro: bit được bán riêng. Ví dụ: liên kết này cho thấy một bộ điều khiển được bán tại Amazon.)
• Cáp ruy-băng (bao gồm)
• Đầu nối pin 9 volt (bao gồm)
• Pin 9v (bao gồm, nhưng cũng dễ dàng có sẵn)
• Cảm biến nước (Của chúng tôi có trong bộ cảm biến Elegoo 37-Cảm biến. Có sẵn trực tuyến riêng.)
• 3 dây jumper với các tiếp điểm nữ ở cả hai đầu. (bao gồm)
• Một số đèn LED (bao gồm; hiển thị trong các ảnh khác, bên dưới)

Bước 2: Kết nối mọi thứ lên

A. Kết nối MakerBit

Đẩy micro: bit vào MakerBit. Bạn sẽ cần cáp USB đi kèm để kết nối với máy tính của mình cho mục đích lập trình. Sau khi lập trình, bạn có thể chạy thiết bị chỉ với pin 9 volt.

Cắm cáp ruy băng LED hỗn hợp vào tiêu đề ổ cắm màu đen cho các đèn LED 11-16. Cắm đầu nối 3 ổ cắm của ba dây jumper vào các trụ màu đen, đỏ và trắng trên đầu ghim, trên hàng có nhãn A0. Màu đen cho GND (mặt đất), màu đỏ cho + 5v và màu trắng cho "tín hiệu", sẽ là chân Analog 0).

Chưa đến lúc kết nối pin, nhưng bức ảnh thứ hai cho biết pin sẽ đi đến đâu.

B. Kết nối cảm biến độ ẩm

Các đầu khác của dây cần phải đi vào ba chân của cảm biến theo một cách cụ thể, như thể hiện trong bức ảnh thứ ba. Kết nối ghim có nhãn “S” với bài đăng màu trắng trên MakerBit. Kết nối ghim “+” với cột màu đỏ. Cuối cùng, kết nối ghim “-” với cột đen. Chúng tôi đã sử dụng dây cùng màu với các cột để giúp giữ trật tự tốt.

C. Chèn các đèn LED vào cáp ruy-băng

Chúng tôi đang sử dụng 4 đèn: một đỏ, một vàng, hai xanh lục. Chú ý rằng mỗi đèn LED có hai chân. Một ghim ngắn hơn ghim kia. Chú ý đến ghim ngắn. Nó đi vào đầu nối ở phía có hình tam giác nhỏ.

Đoạn mã trong dự án này sử dụng bốn đầu nối ở giữa cáp, những đầu nối cho các chân 11, 12, 13 và 14. Kiểm tra các nhãn bằng ổ cắm màu đen trên MakerBit, để xem cặp chân nào đi với mỗi số chân. Sau đó nghiên cứu cáp để xem các dây liên quan như thế nào với các chân. Gợi ý: cặp đen trắng kết nối với chân số 12. Các bức ảnh cho biết loại dây nào để sử dụng.

Bức ảnh thứ năm cho thấy mọi thứ đã kết nối và sẵn sàng hoạt động.

Bước 3: Hiểu kế hoạch

Cảm biến nước trong dự án này có một mạng lưới các điểm tiếp xúc điện được đặt chỉ cách xa nhau một chút. Khi khô, nó giống như một công tắc mở. Khi bị ướt, nước dẫn điện giữa các điểm tiếp xúc. Càng vào sâu, các tiếp điểm càng ẩm ướt và có khả năng dẫn điện. Bằng cách này, cảm biến có thể chỉ ra mực nước như một lực cản đối với dòng điện tăng hoặc giảm khi độ sâu thay đổi. Có một số mạch điện bổ sung đơn giản trên cảm biến giúp khuếch đại độ nhạy của máy dò với độ ẩm và báo cáo lượng ẩm đến chân analog của micro: bit (thông qua MakerBit) dưới dạng một số.

Không có nghĩa là cảm biến khô, tức là, có điện trở lớn nhất. Một số lớn hơn 0 có nghĩa là cảm biến phát hiện nước. Nước càng sâu, con số này càng lớn. Chúng tôi bật đèn khi số lượng tăng lên và tắt chúng khi số lượng giảm.

Các thử nghiệm của chúng tôi cho thấy rằng chỉ số cảm biến tăng và giảm như mong đợi để đáp ứng với sự thay đổi của mực nước. Nó trở nên nhạy cảm hơn khi nước xuống thấp và biểu thị rất rõ ràng khi nó khô. Điều đó cung cấp đủ thông tin để hình thành một ý tưởng chung về tình hình nước. Chúng tôi sẽ không dựa vào cảm biến này để đo mực nước sâu một cách chính xác. Rất may, chúng tôi không cần biết độ sâu chính xác cho mục đích của mình.

Một màn hình đơn giản với bốn đèn LED có thể cho chúng ta biết khi nào cây có thể cần thêm nước. Đèn LED của chúng tôi có một đèn LED màu đỏ ở chân đế, sau đó là đèn LED màu vàng, trên cùng là hai đèn LED màu xanh lá cây. Kế hoạch là bật và tắt các đèn này khi mực nước dưới gốc cây lên xuống. Màu xanh lá cây cho biết có nước. Màu vàng cho thấy nước thấp. Màu đỏ có nghĩa là khô.

Bước 4: Xây dựng màn hình

Phần này tùy thuộc vào trí tưởng tượng của bạn. Chúng tôi sẽ cho thấy những gì chúng tôi đã làm. Bạn có thể sử dụng một tấm thiệp chúc mừng cũ hoặc bất cứ thứ gì.

Cắt một cái cây nhỏ và chọc lỗ để giữ bốn đèn LED. Đẩy đèn LED xuyên qua từ phía sau vật trang trí, nhưng không xuyên qua tất cả, chỉ lên đến môi trên đế của đèn LED. Giữ các đèn LED tại chỗ bằng một miếng băng dính ở mặt sau. Xem liên kết này để biết chi tiết hữu ích về cách cài đặt đèn LED.

Bước 5: Mã

Trình chỉnh sửa kiểu khối trực tuyến MakeCode hoạt động rất tốt cho dự án này. Hình ảnh hiển thị ảnh chụp màn hình của mã.

Bạn có thể mở trình chỉnh sửa trong cửa sổ trình duyệt, với mã đã được tải sẵn sàng để chỉnh sửa, sử dụng liên kết sau: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Mã làm gì?

Trong phần Bắt đầu, nó nói với micro: bit để không sử dụng màn hình LED tích hợp của nó. Hướng dẫn này giải phóng các chân kỹ thuật số để chúng tôi sử dụng trong dự án của mình. Sau đó, nó bật đèn LED màu đỏ (chân 11) trong khi tắt ba đèn LED khác.

Trong phần Forever, nó đọc giá trị số đến từ cảm biến trên chân 0. Sau đó, một loạt các khối “Nếu… Thì” so sánh giá trị này với các hằng số (hơi tùy ý) mà chúng tôi xác định bằng thực nghiệm bằng cách nhúng cảm biến vào và ra khỏi nước. Vui lòng thử nghiệm thêm với các giá trị khác nhau cho các hằng số này.

Khi giá trị cảm biến lớn hơn, chương trình sẽ bật nhiều đèn LED hơn. Khi giá trị nhỏ hơn, nó sẽ tắt chúng.

Thực hành mã hóa tốt là bao gồm một khối tạm dừng trong một vòng lặp vĩnh viễn. Việc tạm dừng cho phép micro: bit có cơ hội làm việc khác trong một thời gian ngắn. Mã này tạm dừng trong 1, 000 mili giây, tương đương với một giây, có nghĩa là chúng tôi đang kiểm tra mực nước 60 lần một phút.

Sử dụng trình chỉnh sửa MakeCode để biên dịch mã, sau đó tải nó lên MakerBit. Liên kết này kết nối với hướng dẫn chính thức để biết cách thực hiện điều đó.

Bước 6: Kiểm tra !!

Kết nối pin với MakerBit và đặt cảm biến vào một ít nước. Hãy cẩn thận chỉ đặt phần cuối của các dải kim loại vào nước. Giữ các linh kiện điện tử khô ráo ở cuối nơi kết nối dây dẫn.

ĐỌC THÔNG BÁO AN TOÀN NÀY: Cây khô là một mối nguy hiểm về hỏa hoạn. Nó có thể bắt lửa và thiêu rụi ngôi nhà của bạn. Bạn không nên chỉ dựa vào cảm biến mực nước để quyết định thời điểm cây cần nước. Việc lắp ráp được mô tả trong bài viết này chỉ dành cho mục đích minh họa, nhằm mục đích cho thấy các cảm biến mực nước có thể hoạt động như thế nào trong sử dụng hàng ngày. Tuy nhiên, những thiết bị như thế này không thể bảo vệ cây khỏi bị khô. Bạn vẫn cần phải kiểm tra cây của mình một cách trực quan và duy trì sự quan sát an toàn mọi lúc để đảm bảo cây của bạn có đủ nước cần thiết.

Đặt cảm biến trong bể chứa dưới gốc cây của bạn và đặt màn hình ở nơi bạn có thể nhìn thấy nó. Khi bạn thường xuyên kiểm tra cây của mình, hãy chú ý các đèn LED thay đổi như thế nào khi mực nước thay đổi. Thông tin này có thể giúp bạn tìm hiểu cách hoạt động của các cảm biến và có thể giúp nhắc bạn kiểm tra nước dưới gốc cây của bạn.

Bước 7: Đối với các nhà giáo dục: Các thách thức STEAM và các tiêu chuẩn đề xuất

THỬ THÁCH HƠI

Thử thách của nhà sản xuất: kéo dài dây dẫn đến màn hình, vì vậy bạn thực sự có thể treo nó lên cao hơn trong một cái cây thật.

Thử thách công cụ: tìm hiểu MakerBit của bạn! Bạn có thể kết nối đèn LED với bất kỳ chân kỹ thuật số nào của MakeBit bằng cách sử dụng ổ cắm và cáp được gắn vào đầu nối hộp đen của MakerBit. Ví dụ này sử dụng các số từ 11 đến 14. Bạn có thể thay đổi thiết lập và mã hóa để sử dụng các chân khác nhau, chẳng hạn như các số từ 5 đến 8 không?

Thử thách khoa học: Điều tra hoạt động của cảm biến. Làm các thí nghiệm sau.

1. Làm khô kỹ cảm biến, sau đó lắp cảm biến vào nước theo các bước đã đo, ví dụ như từng milimet. Ghi lại độ sâu mà mỗi đèn bật sáng.
2. Lau khô cảm biến một lần nữa. Sau đó nhúng nó vào nước đến gần đầu của các sọc kim loại. Rút nó theo các bước đã đo, chẳng hạn như từng milimet. Ghi lại độ sâu mà mỗi đèn tắt.
3. Đánh giá dữ liệu bạn đã thu thập. Các đèn có phản ứng với mực nước như nhau ở cả hai hướng không? Nếu các con số không khớp, hãy lập danh sách các giải thích khả thi cho hành vi mà bạn quan sát được.

Thử thách toán học: Tính số mili giây bạn cần đặt vào khối tạm dừng để kiểm tra nước chỉ một lần mỗi phút hoặc một lần mỗi giờ.

Thách thức về kỹ thuật: Hãy nghĩ về các cách khác nhau có thể sử dụng thiết bị này. Liệu sự khác biệt về số đọc do hướng ngâm có ảnh hưởng gì đến ứng dụng thực tế của thiết bị này không? Tại sao hoặc tại sao không?

Thách thức công nghệ: phích cắm tròn trên MakerBit cho phép bạn kết nối nguồn điện một chiều ở bất kỳ đâu từ sáu đến mười hai vôn. Pin 9 volt nhỏ có thể không sử dụng được lâu. Bạn có thể kết nối nguồn điện nào khác để giữ cho cảm biến nước hoạt động liên tục?

Thử thách mã hóa: bạn sẽ thay đổi mã như thế nào để chỉ có một đèn LED sáng lên: xanh lá cây, vàng hoặc đỏ tùy thuộc vào mực nước? Hành vi hiển thị thay đổi như thế nào nếu bạn thay đổi các hằng số trong mã?

Thử thách nghệ thuật: trang trí vật trang trí trên màn hình, hoặc thiết kế một thứ khác trông hoàn toàn khác! Bài kiểm tra của một thiết kế hiển thị tốt là nó làm cho thông tin rõ ràng.

TIÊU CHUẨN

NGSS (Tiêu chuẩn Khoa học Thế hệ Tiếp theo)

4-PS3-4. Áp dụng các ý tưởng khoa học để thiết kế, thử nghiệm và tinh chỉnh một thiết bị chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác.

ISTE

4a Học sinh biết và sử dụng một quy trình thiết kế có chủ ý để tạo ra ý tưởng, thử nghiệm lý thuyết, tạo ra các hiện vật sáng tạo hoặc giải quyết các vấn đề xác thực.

5b Học sinh thu thập dữ liệu hoặc xác định các tập dữ liệu có liên quan, sử dụng các công cụ kỹ thuật số để phân tích chúng và biểu diễn dữ liệu theo nhiều cách khác nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải quyết vấn đề và ra quyết định.