Covid-veiligheidshelm deel 1: een inleiding tot Tinkercad-circuits! - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Tinkercad-projecten »

Hallo vriend!

In deze tweedelige serie leren we hoe we Tinkercad's Circuits kunnen gebruiken - een leuk, krachtig en educatief hulpmiddel om te leren hoe circuits werken! Een van de beste manieren om te leren, is door te doen. Daarom ontwerpen we eerst ons eigen project: het circuit voor een Covid-veiligheidshelm!

Ons doel is om een helm te maken die u waarschuwt wanneer een persoon nadert. Op die manier kunt u veilig blijven voor Covid door weg te gaan om de afstand tussen u en die persoon te behouden.

Aan het einde van dit project heb je een basiskennis van het ontwerpen van circuits en programmeren met Tinkercad. Hoewel dit misschien moeilijk klinkt, maak je geen zorgen! Ik zal er zijn om je door het hele proces te begeleiden - leer en geniet!

Benodigdheden:

Het enige wat je nodig hebt is een Tinkercad-account! Heb je er nog geen? Registreer je gratis op www.tinkercad.com

Stap 1: Tinkercad openen

Log in op Tinkercad (of registreer, als je dat nog niet hebt gedaan).

Nadat u bent ingelogd op het dashboard, gaat u naar de linkerzijbalk en selecteert u "Circuits".

Selecteer daarna "Create new Circuit" (oranje omcirkeld). Hier hebben we de vrijheid om creatief te zijn en alle circuits te ontwerpen die we willen. U kunt uw circuits ook nauwkeurig simuleren om te zien hoe ze in de echte wereld zouden werken, voordat u er daadwerkelijk een bouwt!

Nu zijn we klaar om te beginnen!

Stap 2: Geef uw project een naam

Nadat u op "Nieuw circuit maken" hebt gedrukt, wordt u begroet met deze lege werkruimte.

Allereerst - al onze projecten worden opgeslagen op ons dashboard (van de vorige stap), dus het is belangrijk dat we onze projecten een naam geven, zodat we ze later kunnen onthouden en terugvinden!

Als je in de linkerbovenhoek kijkt, wordt er een leuke willekeurige titel voor je gegenereerd. U kunt erop klikken om die titel door uw eigen titel te vervangen. Hier heb ik het "Covid-veiligheidshelm" genoemd.

Stap 3: Onze Micro:bit toevoegen

We beginnen ons project door een micro:bit toe te voegen.

Een micro:bit is een kleine computer waarop je kunt leren programmeren. Het heeft een heleboel coole functies, zoals LED-verlichting, een kompas en aanpasbare knoppen!

Deze micro:bit verwerkt alle informatie van onze sensoren (die we later zullen toevoegen). De micro:bit geeft ons die informatie ook op een gemakkelijke manier die we kunnen begrijpen.

Om dit aan onze werkruimte toe te voegen, gebruiken we de zijbalk aan de rechterkant. Hier vind je een hele reeks componenten die je kunt gebruiken. Laten we al het andere voor nu negeren en zoeken naar "microbit".

Selecteer de micro:bit en breng deze naar de werkruimte.

Stap 4: Onze sensor toevoegen

Nu we onze micro:bit hebben, gaan we een sensor toevoegen. We voegen iets toe dat een PIR-sensor wordt genoemd, wat een afkorting is voor passieve infraroodsensor.

Een PIR kan infraroodstraling - of warmte - detecteren. Omdat mensen warmte afgeven maar objecten zoals muren, waterflessen en bladeren niet, kan deze sensor worden gebruikt om te detecteren wanneer mensen in de buurt zijn.

Gewoonlijk kan het tot 5 m (16ft) afstand "zien", wat goed is omdat we hierdoor een vroege waarschuwing kunnen krijgen wanneer mensen naderen, zodat we kunnen reageren voordat ze de 2 m (6ft) social distancing-richtlijnen bereiken.

Stap 5: De componenten begrijpen

Nu we onze twee delen hebben, hoe kunnen we ze dan met elkaar verbinden zodat de micro:bit kan communiceren met de PIR-sensor?

Het is vrij eenvoudig op Tinkercad. Mogelijk ziet u dat er 3 pinnen aan de onderkant van de PIR-sensor zitten.

1. Als je er met je muis overheen beweegt, zie je dat de eerste pin de "Signaal"-pin is, wat betekent dat deze een signaal zal geven wanneer hij een persoon detecteert.
2. De tweede pin is "Power", waar we een elektriciteitsbron op aansluiten om de PIR-sensor aan te zetten.
3. De derde pin is "Ground", waar alle "gebruikte" elektriciteit de PIR-sensor zal verlaten.

Het zal je misschien opvallen dat er ook 5 punten aan de onderkant van de micro:bit zijn waar draden op kunnen worden aangesloten. Beweeg uw muis over hen.

1. De eerste 3 punten zijn gelabeld P0, P1 en P2. Deze punten zijn aanpasbaar en ze kunnen signalen opnemen (invoer) of signalen weggooien (uitvoer). Er zijn veel verschillende manieren waarop we deze punten kunnen gebruiken, omdat ze in hoge mate aanpasbaar zijn! Daarover later meer…
2. Het 3V-punt is een stroombron van 3 volt. Weet je nog dat onze PIR-sensor een elektriciteitsbron nodig heeft? Welnu, we kunnen die elektriciteit krijgen van het 3V-punt van de micro:bit!
3. Het GND-punt is een afkorting voor "aarde", waar de elektriciteit kan "uitgaan" nadat het zijn werk heeft gedaan. Hier kan de aardpen van de PIR-sensor worden aangesloten.

Stap 6: De componenten aansluiten

Om de pinnen met elkaar te verbinden, klik je eerst op één pin met je cursor. Klik vervolgens op een andere pin (waar je de eerste pin op wilt aansluiten). Je zult zien dat er een draad ontstaat! U kunt op de draad klikken om de kleur te wijzigen als u dat wilt. Of u kunt het verwijderen en het opnieuw proberen als het er rommelig uitziet. Probeer de draden netjes te leggen, zodat u later kunt traceren waar elke draad zich bevindt!

Nadat u uw draden hebt aangesloten, controleert u of deze overeenkomt met wat ik heb. Als dat zo is, geweldig! Zo niet, geen zorgen! Verwijder de draden en probeer het opnieuw.

Je kunt je vast wel voorstellen wat er nu aan de hand is. Het is een eenvoudige lus:

1. Elektriciteit verlaat de micro:bit →
2. → komt de PIR-sensor binnen via de "Power" -pin →
3. → doet wat werk binnen de PIR-sensor →
4. → verlaat de PIR-sensor via zijn "Ground"-pin of "Signaal"-pin →
5. → gaat naar de "Ground" pin of "P0" pin van de micro:bit

Stap 7: Ons circuit simuleren (deel 1)

Wanneer we circuits maken op Tinkercad, kunnen we ze ook simuleren.

Op deze manier kunnen we experimenteren om te zien hoe de componenten van ons circuit in de echte wereld reageren, wat u kan helpen bij het plannen en ontwerpen van circuits zonder "trial-and-error" te hoeven doen en tijd en geld te besteden aan iets dat misschien niet werkt!

Om ons circuit te simuleren, drukt u op de knop "Start simulatie" die u rechtsboven vindt …

Stap 8: Ons circuit simuleren (deel 2)

Terwijl de simulatie draait, kunnen we communiceren met ons circuit.

Klik op de PIR-sensor. Er verschijnt een bal. Stel je voor dat deze bal een mens is. Je kunt die mens klikken en verplaatsen.

Het is je misschien opgevallen dat wanneer je de bal binnen de rode zone bij de PIR-sensor beweegt, de sensor oplicht. Als dit waar is, heb je alles correct aangesloten! Wanneer u de bal uit de detectiezone van de PIR beweegt, stopt de sensor met oplichten. Speel ermee!

Je merkt misschien ook dat wanneer de bal zich binnen de detectiezone bevindt maar stilstaat, de PIR niet wordt geactiveerd. Dit is geen probleem omdat mensen veel bewegen, dus de sensor zal vrijwel altijd mensen detecteren die zich in de buurt van je ruimte bevinden.

Hoe zit het met de micro:bit? We hebben de signaaldraad al aangesloten, dus waarom gebeurt er niets?!

Maak je geen zorgen, dit wordt verwacht!

Hoewel we de signaaldraad hebben aangesloten, weet de micro:bit-computer niet wat hij moet doen met de informatie die de PIR-sensor hem geeft. We zullen het vertellen wat het moet doen door het in de volgende stap te programmeren.

Stap 9: Basisprincipes van codeblokken

Sluit de simulatie af en klik vervolgens op "Code" (naast "Start simulatie"). Dit opent een nieuwe, grotere zijbalk aan de rechterkant.

Naast het ontwerpen en simuleren van circuits, kunnen we ook programmeren op Tinkercad met behulp van Codeblocks. Codeblokken zijn een gemakkelijke manier om meer te weten te komen over de logica achter programmeren, wat een geweldige introductie is tot coderen voordat je je verdiept in meer geavanceerde talen zoals Javascript, Python of C.

Laten we beginnen met ons vertrouwd te maken met de Codeblock-omgeving. Aan de linkerkant van de Codeblock-zijbalk bevinden zich codeblokken die u kunt slepen en neerzetten. Aan de rechterkant staat uw daadwerkelijke code. Probeer te verkennen door enkele stukken te slepen en neer te zetten.

Als je er eenmaal bekend mee bent, maak je de codeerruimte leeg (door de blokken naar de prullenbak rechtsonder te slepen), zodat we kunnen beginnen met het toevoegen van onze code voor het circuit.

Stap 10: Programmeren van de Micro:bit (deel 1)

Laten we beginnen door de "Input" -blokken te doorzoeken en "op pin [P0] gewijzigd in [Hoog]" te slepen. Dit is een invoer omdat dit de micro:bit-informatie zal voeden.

Kortom, het P0-punt (waar onze signaaldraad op aansluit) kan twee waarden hebben: hoog of laag. Hoog betekent dat er een signaal is en laag betekent dat er geen signaal is.

Als de PIR-sensor een indringer detecteert, is het signaal dan hoog of laag? Als je hoog hebt geantwoord, heb je gelijk! Als alternatief, wanneer er geen indringer in de detectiezone is (of in het uiterst zeldzame geval dat de indringer volkomen stil is), zal er een laag elektrisch signaal zijn.

Daarom is de logica achter onze code eigenlijk: "wanneer een persoon wordt gedetecteerd, doe _".

Op dit moment doet het niets omdat we er niets voor hebben gedefinieerd (het is leeg). Laten we er dus iets aan doen.

Stap 11: Programmeren van de Micro:bit (deel 2)

Laten we een output codeblok toevoegen genaamd "show leds". Dit codeblok stelt ons in staat om te rommelen met de lampjes op de micro:bit. U kunt het LED-raster schakelen om elk gewenst ontwerp te maken. Ik heb een smiley toegevoegd. Dit is een output omdat de micro:bit informatie geeft.

Laten we dan [HIGH] veranderen in [LOW] op het invoercodeblok.

Omdat we het signaal van hoog naar laag hebben veranderd, zegt onze code nu:

wanneer er een laag signaal is op P0, zet u de LED's aan om een smiley te creëren

Dit betekent dat wanneer er geen persoon in onze detectiezone beweegt, de micro:bit een smiley toont omdat het veilig is! =)

Stap 12: Programmeren van de Micro:bit (deel 3)

We weten wat de micro:bit zal doen als er niemand in de buurt van de detectiezone is. Wat als er iemand is?

Laten we dat ook definiëren. Voeg nog een invoercodeblok toe "op pin [P0] gewijzigd in [Hoog]".

Deze keer laten we het op [HOOG] omdat we het gaan gebruiken om iets te doen wanneer een persoon wordt gedetecteerd.

Voeg nog een led-uitgang toe en maak een ontwerp! Ik gebruikte een fronsend gezicht, want als de persoon zich in de detectiezone bevindt, is het misschien minder veilig! =(

Stap 13: Onze code testen

Voer de simulatie nog een keer uit. Beweeg rond de bal (ook wel persoon genoemd) en kijk hoe je micro:bit reageert.

Als het niet doet wat je wilt, probeer dan de vorige stap opnieuw en controleer je codeblokken met mijn screenshot. Geef niet op!:)

Stap 14: Extra PIR-sensoren toevoegen

Als je code uit de vorige stap correct functioneerde, geweldig werk! Laten we nu verder gaan met ons project.

Tot nu toe hebben we slechts één PIR-sensor gebruikt, zodat we mensen slechts in één gebied kunnen detecteren. Hoe zit het met de rest van de ruimte om ons heen? We hebben meer sensoren nodig!

Sluit de Code-zijbalk (door op "Code") te klikken als deze nog open is, en zoek naar een andere PIR-sensor. Voeg het toe aan uw werkruimte en bedraad het.

Opmerking: sluit de signaalpin van deze tweede PIR-sensor aan op P1 of P2 (ik heb hem aangesloten op P1). Sluit het niet aan op de P0, aangezien dat punt al door de eerste sensor wordt gebruikt. Als je dat doet, kan de micro:bit niet zien welke PIR signalen verzendt!

Hoewel ik in de Tinkercad-werkruimte beide PIR-sensoren naar boven heb gericht (om het scherm schoner te maken), wanneer je de PIR's daadwerkelijk op je helm bevestigt, kan één PIR-sensor aan de linkerkant van de helm worden bevestigd, zodat deze het gebied links van u, en de andere kan aan de rechterkant van de helm worden geplaatst om het gebied rechts van u te scannen.

Stap 15: Extra code toevoegen voor de 2e PIR

Open Code nogmaals en voeg een tweede set codeblokken toe die vergelijkbaar zijn met de eerste. Klik deze keer echter op de vervolgkeuzelijst op de nieuwe codeblokken en selecteer P1 (of P2 als je de nieuwe PIR op P2) hebt aangesloten.

Voor de PIR-sensor aan de linkerkant (die is aangesloten op P0), heb ik het codeblok van de LED-uitgang aangepast zodat de linkerkant van het LED-raster oplicht. Evenzo heb ik voor de PIR-sensor aan de rechterkant het codeblok van de LED-uitgang aangepast zodat de rechterkant van het LED-raster verlicht is.

Wanneer geen van beide PIR's is geactiveerd, zal het LED-raster nog steeds een smiley tonen omdat het veilig is!

Stap 16: Code testen voor meerdere PIR's

Nadat u de codeblokken correct hebt toegevoegd en bewerkt, voert u opnieuw een simulatie uit om te testen of uw code werkt.

Wanneer de bal/mens in de detectiezone van de linker PIR wordt bewogen, moet het LED-raster op de micro:bit aan de linkerkant oplichten.

Evenzo, als een persoon zich in de detectiezone aan de rechterkant beweegt, gaat de LED aan de rechterkant branden.

Stap 17: Een alarm toevoegen

Nu we twee grote blinde vlekken hebben afgedekt (je kunt ervoor kiezen om extra PIR-sensoren of micro:bits toe te voegen om nog meer gebied te bestrijken), gaan we nog een stap verder.

Wat als u een alarm wilt horen wanneer de PIR wordt geactiveerd? U wordt niet alleen gewaarschuwd (zoals wanneer u slaapt), maar u kunt ook indringers in uw persoonlijke ruimte afschrikken, zodat u en de indringer worden beschermd tegen Covid.

Ga naar de zijbalk aan de rechterkant en zoek op "piezo". Dit zijn kleine "luidsprekers" of "zoemers" met een oppervlak aan de binnenkant dat trilt wanneer er elektriciteit doorheen loopt, waardoor een luid zoemend geluid ontstaat.

Op de piëzo zitten twee pinnen. Verbind de negatieve pin met de aarde van de micro:bit en verbind de positieve pin met het resterende P2-punt op de micro:bit. Op deze manier kunnen we het zo regelen dat de zoemer alleen klinkt als de micro:bit elektrische stroom afgeeft via zijn P2-pin.

Opmerking: zorg ervoor dat u een weerstand toevoegt op een van de pinnen van de piëzo (een van beide pins). Hierdoor kunnen we de hoeveelheid stroom die naar de piëzo gaat, beperken. Anders kunnen onbeperkte hoeveelheden stroom de micro:bit, piëzo of beide breken!

Ik heb een weerstand van 1.000 ohm geplaatst, maar je kunt alles plaatsen. Ik raad aan om iets met 500 ohm - 2.000 ohm te plaatsen. Hoe lager de weerstand, hoe meer stroom er zal zijn, dus de zoemer zal luider zijn

Stap 18: De zoemer coderen

Net als het LED-raster, moeten we de micro:bit programmeren om ervoor te zorgen dat de zoemer correct werkt. Het kan vervelend zijn als de zoemer continu zoemt wanneer iemand zich in onze detectiezone bevindt, dus laten we hem zo coderen dat hij slechts één keer zoemt, wanneer een persoon de detectiezone betreedt (waardoor ons wordt gewaarschuwd dat er iemand komt).

Laten we hiervoor de P2-pin initialiseren. Voeg een "on start" codeblok toe, en een "anaalgo set pitch pin [P2]" code eronder.

Voeg vervolgens binnen elk "op pin verandering in [HOOG]" codeblok een "analoge toonhoogte" uitvoercodeblok toe, onder het LED-uitvoercodeblok (als deze bewoording verwarrend is, bekijk dan de bovenstaande schermafbeelding!).

Met dit analoge codeblok kunnen we twee instellingen definiëren: de toonhoogte en de tijd.

• De tijdinstelling vertelt hoe lang de toon moet worden gespeeld. Ik heb het op 500 ms gezet (je kunt elk nummer kiezen).

• De toonhoogte vertelt ons hoe hoog de toon moet zijn.

  Kies hier voor elke PIR een andere frequentie. Ik stel er een in op 100 (lage toon) en een andere op 400 (hoge toon). Op deze manier kunt u eenvoudig door de toon alleen zien welke PIR-sensor wordt getriggerd (zonder zelfs maar naar het LED-raster te hoeven kijken)

Stap 19: laatste simulatie

Voer uw simulatie nu nog een laatste keer uit om te controleren of alles werkt.

Als je deze Instructable hebt gerepliceerd, moet er, wanneer een persoon de detectiezone aan de linkerkant betreedt, kort een lage toon klinken om je op de hoogte te stellen, en de linkerkant van het LED-raster moet oplichten om je te laten weten dat er een indringer uit de links.

Wanneer een persoon de detectiezone aan de rechterkant betreedt, moet er kort een hoge toon klinken om u op de hoogte te stellen, en de rechterkant van het LED-raster moet oplichten om u te laten weten dat er een indringer van rechts komt.

Wanneer niemand zich in een van beide detectiezones bevindt, zou het LED-raster een blij gezicht moeten tonen, om u te vertellen dat u veilig bent!

Stap 20: Laatste gedachten en toekomstige projecten

Als je het door deze Instructable hebt gehaald, gefeliciteerd! Zelfs als je moeite had of het niet hebt kunnen voltooien, weet ik zeker dat je het minst een paar dingen over Tinkercad hebt geleerd, en dat is wat zo belangrijk is, zo geweldig werk!

Nu je een alarmcircuit voor sociale afstand hebt dat werkt, kun je, als je de volgende stap wilt zetten en dit in de echte wereld wilt bouwen, de benodigdheden kopen en de draden aansluiten precies zoals je deed in deze Tinkercad-werkruimte.

De foto hierboven is een 3D-model (.stl) van de helm waar ik aan werk, met hetzelfde exacte circuit dat we in deze Instructable hebben gebouwd. Het heeft 2 PIR-sensoren aan de zijkanten, een micro:bit aan de voorkant (zodat je het LED-raster kunt zien) en zoemers.

Als je alleen je eigen creativiteit wilt gebruiken, ga dan nog een stap verder door je circuit op een helm te lijmen. Blijf anders op de hoogte voor mijn volgende Instructable, waar we deze helm samen zullen stellen!

Let op: als je jong bent, vraag dan een voogd om hulp bij het gebruik van gereedschap bij het bouwen van het circuit en de helm.

Ik hoop dat je deze tutorial leuk vond en dat je in staat bent om wat je hebt geleerd over Tinkercad te gebruiken om creatief te zijn en een aantal van je eigen projecten te maken. Ik kijk er naar uit om te zien wat jullie allemaal maken, dus zorg ervoor dat je je projecten linkt in de reacties!

Veel plezier en leerrijk 2021!