Kan een MakerBit u eraan herinneren dat u het water onder uw kerstboom moet controleren? 7 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Een vers gekapte boom is in veel huizen een traditionele decoratie voor de feestdagen. Het is essentieel om het van vers water te voorzien. Zou het niet leuk zijn om een ornament te hebben dat je eraan kan herinneren om het water onder je boom te controleren?

Dit project maakt deel uit van een serie die laat zien hoe computergestuurde apparaten in ons dagelijks leven werken. Het gebruikt een MakerBit om te demonstreren hoe een eenvoudige waterniveaudetector een laag waterniveau kan aangeven met lampjes in een boomvormig ornament. De stappen die we hebben gevolgd, worden hieronder weergegeven.

Let op: dit is slechts een demonstratie van een concept. Het hier getoonde samenstel is niet ontworpen of bedoeld om te voorkomen dat een echte boom uitdroogt. Voordat u beslist of u een waterniveausensor voor een echte boom wilt gebruiken, moet u de onderstaande veiligheidswaarschuwing in stap 6 lezen.

Stap 1: Verzamel de componenten

• Roger Wagner's MakerBit+R
• micro:bit-controller (De eigenlijke controller is inbegrepen in de MakerBit+R-starterkit. De plastic behuizing die op de micro:bit wordt getoond, wordt afzonderlijk verkocht. Deze link toont bijvoorbeeld een die bij Amazon wordt verkocht.)
• Lintkabel (meegeleverd)
• 9 volt batterijconnector (meegeleverd)
• 9v Batterij (meegeleverd, maar ook makkelijk verkrijgbaar)
• Watersensor (Onze werd geleverd in de Elegoo 37-Sensors-kit. Apart verkrijgbaar online.)
• 3 jumperdraden met vrouwelijke contacten aan beide uiteinden. (inbegrepen)
• Sommige LED's (inbegrepen; getoond in andere foto's, hieronder)

Stap 2: Sluit alles aan

A. MakerBit-verbindingen

Duw de micro:bit in de MakerBit. U hebt de meegeleverde USB-kabel nodig om verbinding te maken met uw computer voor programmeerdoeleinden. Nadat je het hebt geprogrammeerd, kun je het apparaat gewoon met de 9 volt batterij laten werken.

Steek de gemengde LED-lintkabel in de zwarte socket-header voor LED's 11-16. Steek de 3-socket connector van drie jumperdraden op de zwarte, rode en witte posten op de pin header, op de rij met het label A0. Zwart is voor GND (aarde), rood voor +5v en wit voor "signaal", wat Analoge pin 0 zal zijn).

Het is nog geen tijd om de batterij aan te sluiten, maar de tweede foto laat zien waar hij naartoe gaat.

B. Sluit de vochtsensor aan

De andere uiteinden van de draden moeten op een specifieke manier op de drie pinnen van de sensor gaan, zoals weergegeven in de derde foto. Sluit de pin met het label "S" aan op de witte paal op de MakerBit. Verbind de "+"-pin met de rode paal. Sluit ten slotte de "-" -pin aan op de zwarte paal. We gebruikten draden in dezelfde kleur als de palen, om de goede orde te behouden.

C. Steek de LED's in de lintkabel

We gebruiken 4 lampjes: een rode, een gele, twee groene. Merk op dat elke LED twee pinnen heeft. De ene pin is korter dan de andere. Let op de korte pin. Het gaat in de connector aan de kant met de kleine driehoek.

De code in dit project gebruikt vier connectoren in het midden van de kabel, die voor pinnen 11, 12, 13 en 14. Bekijk de labels bij de zwarte aansluiting op de MakerBit om te zien welk paar pinnen bij elk pinnummer hoort. Bestudeer vervolgens de kabel om te zien hoe de draden zich verhouden tot de pinnen. Tip: het zwart-wit paar sluit aan op pin 12. De foto's laten zien welke draden je moet gebruiken.

De vijfde foto toont alles aangesloten en klaar om te gaan.

Stap 3: Begrijp het plan

De watersensor in dit project heeft een web van elektrische contacten die allemaal net iets uit elkaar worden gehouden. Als het droog is, is het als een open schakelaar. Als het nat is, geleidt het water elektriciteit tussen de contacten. Hoe dieper het wordt, hoe meer contacten nat worden en elektriciteit kunnen geleiden. Op deze manier kan de sensor het waterniveau aangeven als een weerstand tegen de stroom van elektriciteit die toeneemt of afneemt naarmate de diepte verandert. Er is een aantal eenvoudige extra circuits op de sensor die de gevoeligheid van de detector voor vocht versterken en de hoeveelheid vocht als een getal naar de analoge pin van de micro:bit (via de MakerBit) rapporteren.

Nul betekent dat de sensor droog is, dat wil zeggen, de grootste weerstand heeft. Een getal groter dan nul betekent dat de sensor water detecteert. Hoe dieper het water, hoe groter het getal. We zetten de lichten aan naarmate het aantal toeneemt en doen ze uit als het aantal afneemt.

Onze tests toonden aan dat de sensormeting zoals verwacht toeneemt en afneemt als reactie op veranderingen in het waterpeil. Het wordt gevoeliger als het water laag staat en geeft heel duidelijk aan wanneer het droog is. Dat levert voldoende informatie op om een algemeen beeld te krijgen van de watersituatie. We zouden niet op deze sensor vertrouwen om een diep waterniveau nauwkeurig te meten. Gelukkig hoeven we de exacte diepte niet te weten voor onze doeleinden.

Een eenvoudig display met vier LED's kan ons vertellen wanneer de boom meer water nodig heeft. De onze heeft een rode LED aan de basis, dan een gele, met daarboven twee groene. Het plan is om deze lichten aan en uit te doen als het waterniveau onder de boom op en neer gaat. Groen geeft aan dat er water aanwezig is. Geel suggereert laag water. Rood betekent droog.

Stap 4: Bouw het scherm

Dit deel wordt aan uw verbeelding overgelaten. We zullen laten zien wat we hebben gedaan. Je zou een oude wenskaart of zo ongeveer alles kunnen gebruiken.

Knip een kleine boom uit en prik gaten om de vier LED's vast te houden. Duw de LED door van achter het ornament, maar niet helemaal door, net tot aan de lip op de basis van de LED. Houd de LED's op hun plaats met een stukje tape op de achterkant. Zie deze link voor handige details over het installeren van LED's.

Stap 5: De code

De MakeCode online blokstijleditor werkt heel goed voor dit project. De afbeelding toont een screenshot van de code.

Je kunt de editor openen in een browservenster, met de code al geladen en klaar om te bewerken, via deze link: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Wat doet de code?

In het Start-gedeelte vertelt het de micro:bit om het ingebouwde LED-display niet te gebruiken. Deze instructie maakt de digitale pinnen vrij die we in ons project kunnen gebruiken. Vervolgens gaat de rode LED aan (pin 11) en worden de andere drie LED's uitgeschakeld.

In het Forever-gedeelte leest het de numerieke waarde die afkomstig is van de sensor op pin 0. Vervolgens vergelijkt een reeks "Als … Dan"-blokken deze waarde met (enigszins willekeurige) constanten die we experimenteel hebben bepaald door de sensor in en uit water te dompelen. Voel je vrij om verder te experimenteren met verschillende waarden voor deze constanten.

Naarmate de sensorwaarde groter wordt, schakelt het programma meer van de LED's in. Naarmate de waarde kleiner wordt, worden ze uitgeschakeld.

Het is een goede coderingspraktijk om een pauzeblok op te nemen in een eeuwige lus. De pauze geeft de micro:bit de gelegenheid om voor een korte tijd aan andere dingen te werken. Deze code pauzeert voor 1.000 milliseconden, gelijk aan één seconde, wat betekent dat we 60 keer per minuut het waterpeil controleren.

Gebruik de MakeCode-editor om de code te compileren en upload deze vervolgens naar de MakerBit. Deze link maakt verbinding met de officiële gids voor hoe dat te doen.

Stap 6: Check it out!

Sluit de batterij aan op de MakerBit en leg de sensor in wat water. Zorg ervoor dat u alleen het uiteinde met de metalen strips in het water legt. Houd de elektronische componenten droog aan het uiteinde waar de draden zijn aangesloten.

LEES DEZE VEILIGHEIDSINFORMATIE: Een droge boom is brandgevaarlijk. Het kan vlam vatten en uw huis afbranden. U moet niet alleen op een waterniveausensor vertrouwen om te beslissen wanneer uw boom water nodig heeft. De montage die in dit artikel wordt beschreven, is alleen voor illustratieve doeleinden, bedoeld om te laten zien hoe waterniveausensoren in het dagelijks gebruik kunnen functioneren. Dergelijke apparaten kunnen een boom echter niet beschermen tegen droogvallen. U moet uw boom nog steeds visueel controleren en te allen tijde een veilige uitkijk houden om ervoor te zorgen dat uw boom het water heeft dat hij nodig heeft.

Plaats de sensor in het reservoir onder uw boom en plaats het display waar u het kunt zien. Wanneer u uw boom regelmatig controleert, merk dan op hoe de LED's veranderen als het waterpeil verandert. De informatie kan u helpen te leren hoe sensoren werken en kan u eraan herinneren om het water onder uw boom te controleren.

Stap 7: Voor onderwijzers: STEAM-uitdagingen en voorgestelde normen

STOOM UITDAGINGEN

Maker-uitdaging: verleng de draden naar het display, zodat je het echt hoger in een echte boom kunt hangen.

Gereedschapsuitdaging: leer uw MakerBit kennen! U kunt LED's aansluiten op een van de digitale pinnen van de MakeBit met behulp van de aansluitingen en kabel die zijn aangesloten op de zwarte doosconnector van de MakerBit. In dit voorbeeld werden de nummers 11 tot en met 14 gebruikt. Kun je de opstelling en de codering wijzigen om verschillende pinnen te gebruiken, bijvoorbeeld de nummers 5 tot en met 8?

Wetenschapsuitdaging: onderzoek het gedrag van de sensor. Doe de volgende experimenten.

1. Droog de sensor goed af en plaats hem vervolgens in afgemeten stappen, bijvoorbeeld één millimeter per keer, in het water. Noteer de diepte waarop elk lampje gaat branden.
2. Droog de sensor nogmaals goed af. Dompel het vervolgens in water tot aan de bovenkant van de metalen strepen. Trek het in afgemeten stappen terug, zoals één millimeter per keer. Noteer de diepte waarop elk licht uitgaat.
3. Beoordeel de gegevens die je hebt verzameld. Reageren de lampen in beide richtingen op hetzelfde waterniveau? Als de cijfers niet overeenkomen, maak dan een lijst met mogelijke verklaringen voor het gedrag dat je waarneemt.

Wiskundige uitdaging: bereken het aantal milliseconden dat u in het pauzeblok zou moeten zetten om het water slechts één keer per minuut of één keer per uur te controleren.

Technische uitdaging: bedenk verschillende manieren waarop dit apparaat kan worden gebruikt. Zou een verschil in de aflezingen als gevolg van de onderdompelingsrichting van belang zijn bij de daadwerkelijke toepassing van dit apparaat? Waarom of waarom niet?

Technische uitdaging: met de ronde stekker op de MakerBit kun je een gelijkstroombron van zes tot twaalf volt aansluiten. De kleine batterij van negen volt gaat misschien niet lang mee. Welke andere stroombron zou je kunnen aansluiten om de watersensor continu te laten werken?

Codeeruitdaging: hoe zou je de code veranderen zodat er maar één LED oplicht: groen, geel of rood, afhankelijk van het waterniveau? Hoe verandert het weergavegedrag als u de constanten in de code wijzigt?

Kunstuitdaging: versier het display-ornament of ontwerp iets anders dat er totaal anders uitziet! De test van een goed display-ontwerp is dat het de informatie duidelijk maakt.

NORMEN

NGSS (Next Generation Science Standards)

4-PS3-4. Pas wetenschappelijke ideeën toe om een apparaat te ontwerpen, testen en verfijnen dat energie van de ene vorm in de andere omzet.

ISTE

4a Studenten kennen en gebruiken een doelbewust ontwerpproces voor het genereren van ideeën, het testen van theorieën, het creëren van innovatieve artefacten of het oplossen van authentieke problemen.

5b Studenten verzamelen data of identificeren relevante datasets, gebruiken digitale tools om ze te analyseren en representeren data op verschillende manieren om probleemoplossing en besluitvorming te vergemakkelijken.