Circuitos locos: un sistema de aprendizaje de electrónica de código abierto: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Por BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsSeguir más por el autor:

Acerca de: Solía enseñar ciencias en la escuela secundaria, pero ahora tengo mi propio sitio web de ciencias educativas en línea. Paso mis días diseñando nuevos proyectos para que los estudiantes y los creadores los armen. Más acerca de BrownDogGadgets »

El mercado de la educación y el hogar está inundado de sistemas de 'aprendizaje' electrónicos modulares diseñados para enseñar a niños y adultos conceptos clave de STEM y STEAM. Productos como LittleBits o Snapcircuits parecen dominar todas las guías de regalos navideños o blogs para padres sobre juguetes educativos. Sin embargo, estos sistemas siempre vienen con un alto precio adjunto y muchos se sienten más como juguetes que como herramientas de aprendizaje.

Hace unos tres años comenzamos a diseñar Crazy Circuits como un sistema de bajo costo, reutilizable, modular, sin soldadura, divertido que podría usarse como una herramienta de aprendizaje real. Queríamos algo que los padres y maestros pudieran integrar fácilmente con los kits que ya tenían o componentes económicos disponibles. Algo para que disfruten tanto la comunidad de creadores como el adulto medio.

Al final, Crazy Circuits fue todo lo que esperábamos y más. El sistema funcionaba a la perfección con cualquier entorno basado en LEGO, se podía usar fácilmente con hilo conductor para coser y se podía escalar fácilmente desde circuitos simples hasta programación básica. Ah, y también fue divertido de usar, lo que nos hizo la vida más fácil.

En este artículo, le mostraremos cómo diseñamos los componentes de Crazy Circuits, nuestro plan de estudios, cómo puede hacer y diseñar sus propias piezas y las formas en que Crazy Circuits funciona con otros sistemas.

Divulgación completa: Vendemos piezas y kits de Crazy Circuits, sin embargo, puede utilizar fácilmente nuestros archivos de código abierto para crear sus propias placas o diseñar sus propias piezas. Puede utilizar este sistema para todo tipo de cosas y nunca nos envíe un solo centavo.

Obsequios: Estamos probando algo nuevo en 2019. Estamos regalando piezas y kits gratuitos a las personas (solo residentes de EE. UU.) Que nos siguen en instructables, facebook, instagram y youtube. Lo más probable es que regalemos un par de kits completos, piezas terminadas y PCB en blanco. Simplemente síguenos o suscríbete y comenzaremos a regalar cosas.

Paso 1: Filosofía detrás de circuitos locos

Cuando era maestra, me molestaba mucho no poder pagar los sofisticados sistemas electrónicos para mi salón de clases, a pesar de que cada conferencia de enseñanza o capacitación a la que asistía seguía recomendándolos. Simplemente no tenía un presupuesto para un kit de $ 100 que venía con cinco partes y, en el mejor de los casos, mantendría a tres estudiantes ocupados durante cinco minutos. Terminé haciendo lo que hacen la mayoría de los profesores de ciencias y compré piezas en bruto baratas en eBay y Amazon, pero eso me obligó a hacer un montón de trabajo de planificación de lecciones y diseño de actividades. También descubrí que a mis estudiantes más jóvenes les costaba asimilar las tablas de pruebas.

Eventualmente pude obtener algunos fondos para comprar algunos kits de LittleBits para usar con mi club de ciencias después de la escuela. Fueron divertidos de usar (y para ser honesto, un sistema bien elaborado), pero cuando les pedí a mis estudiantes de secundaria que explicaran cómo funcionaban, recibí mi respuesta favorita del año: "No sé, ¿imanes?". Estos eran niños que habían estado construyendo algunos circuitos complicados semanas antes, pero LittleBits parecía más un juguete que cualquier otra cosa.

Cuando comenzamos a pensar en un sistema modular, queríamos asegurarnos de que los estudiantes supieran CÓMO interactuaban las partes y luego pudieran establecer paralelismos con las partes comunes. También sabíamos que necesitábamos algo parecido a una placa de pruebas, pero más fácil de entender que una placa de pruebas real. También tuvimos que hacerlo divertido y atractivo.

¡Desafío aceptado!

Paso 2: ¿Por qué LEGO?

"loading =" perezoso"

Por último, tuvimos que averiguar cómo conectar todo. Inmediatamente decidimos que odiamos la idea de cables y pinzas de cocodrilo; quitó la simplicidad de todo. Nos gustó usar cinta conductora, pero la cinta de lámina de cobre era imposible de usar. Podríamos bajar la cinta, pero no volvería a subir. Incluso intentamos usar hilo conductor, pero resultó imposible de controlar. Después de muchas horas en Skype con una fábrica de cintas en China, fabricamos una cinta conductora de nailon personalizada (Maker Tape) que era lo suficientemente fuerte como para volver a despegarse, pero lo suficientemente barata como para competir con la cinta de lámina de cobre común.

Gracias al hecho de que teníamos una gran cantidad de PCB de prueba con orificios de diferentes tamaños en nuestro taller, pudimos encontrar rápidamente un espacio de tamaño que nos permitió hacer un ajuste a presión con la cinta conductora de nailon. De esta manera, los estudiantes TENÍAN que terminar su cinta en un lugar específico: tenían que tomarse un tiempo y diseñar su circuito. Este aspecto nos permitió convertir Crazy Circuits en una herramienta de aprendizaje, no solo en un juguete.

El uso de cinta de 1/8 de pulgada también tenía el extraño beneficio secundario de permitir circuitos de dos capas. Normalmente colocaríamos la cinta sobre la PARTE SUPERIOR de los postes LEGO, pero la cinta de 1/8 de pulgada también funcionó perfectamente para ir ENTRE los postes LEGO. La gente podría hacer todo tipo de circuitos complicados usando cinta en LEGO. (Aunque un poco incómodo. Al menos, permitió a los estudiantes "saltar" una línea existente con solo un poco de esfuerzo).

Un circuito de ejemplo básico podría usar un interruptor, un soporte de batería y un LED. Para todas nuestras piezas utilizamos serigrafía blanca para designar los polos GND (negativos) y el lado coloreado para indicar los polos positivos. El video de arriba me muestra haciendo un circuito simple. Coloque la cinta, ajuste a presión en las piezas, agregue potencia.

Paso 5: hilo conductor

Durante las pruebas, descubrimos que el hilo conductor funcionaba muy bien con nuestras piezas. Resulta que los grandes orificios chapados en cobre hicieron que la costura conductiva fuera realmente fácil. Algunos de nuestros probadores prefirieron coser con nuestras piezas a usarlas con LEGO.

Si nunca antes ha usado Conductive Thread, ¡debería intentarlo! Por lo general, es un hilo de acero / nailon que se conduce bastante bien. Coser a mano con él es bastante fácil, y coser partes no es más difícil que coser un botón. Incluso hemos ido tan lejos como para hacer complicadas camisetas interactivas usando un Arduino. Lo bueno de la costura conductora es que si realmente odias tu proyecto, siempre puedes quitar las partes y usarlas para otra cosa.

Nuestra actividad principal para los niños es hacer que hagan un brazalete de botón con un LED, un soporte de batería y un juego de broches. Los broches van al final de la pulsera y se utilizan para completar el circuito. Creamos un bonito PDF imprimible si alguien quiere usarlo para talleres o actividades en el hogar.

Paso 6: masas y tintas conductoras

Al principio estábamos decididos a hacer que nuestras piezas funcionaran con tintas conductoras. Esto solo funcionó parcialmente.

Tinta conductora desnuda

Esta tinta conductora es bastante similar a la pintura hinchada. Es fácil de pintar sobre cualquier superficie, es bastante económico y se puede lavar con agua para una fácil limpieza. La desventaja es que el grafito no es muy conductor y realmente actúa como una gran resistencia más que nada. No tuvimos ningún problema para conectarlo a Crazy Circuits Parts ya que podríamos tener manchas de tinta secas sobre los PCB, pero tuvimos problemas para mover la energía en el circuito de manera segura.

Para lo que terminamos usándolo fue un "punto de contacto" de pintura capacitiva para nuestras placas Teensy LC compatibles con Arduino. Pasamos cinta desde el PCB hasta las manchas de pintura y luego la gente toca la pintura. Esto permite todo tipo de plantillas divertidas, pianos de pared o proyectos de arte interactivos.

Escriba de circuito

Esta tinta conductora funciona como un bolígrafo de gel plateado, solo que deja huellas extremadamente conductoras en el papel. La ventaja de esta tinta es que las trazas son extremadamente conductoras y actúa como un bolígrafo real. Las desventajas son que los bolígrafos son costosos, tienden a secarse y de alguna manera tienes que sujetar las partes al papel para hacer una conexión sólida.

Originalmente teníamos algunos imanes personalizados que encajaban en nuestros agujeros LEGO. Nuestro repositorio de GitHub está lleno de piezas heredadas que están etiquetadas como "compatibles con imanes". El resultado final fue impredecible y nos dimos cuenta de que simplemente hicimos versiones malas de piezas electrónicas que Circuit Scribe ya había hecho. El único beneficio fue hacer proyectos más grandes basados en Arduino ya que Circuit Scribe no produce ninguna placa Arduino, pero poner demasiados imanes juntos terminó causando sus propios problemas.

También nos dimos cuenta de que cualquier cosa que estuviéramos haciendo con esta tinta lo podríamos hacer con cinta conductora mucho mejor.

Masa de circuitos blandos - También conocida como masa conductora

Siempre encontré que esta es una excelente herramienta de aprendizaje para enseñar electrónica básica con estudiantes más jóvenes. La ventaja de la masa es que es muy entretenida, especialmente con cortadores de galletas. La desventaja es que se seca (como cualquier masa) y también es muy resistente.

Tendemos a usar la masa de la misma manera que usamos la pintura conductora desnuda, como un punto de contacto para proyectos táctiles capacitativos. Agrega un elemento divertido a la mezcla. Además, si haces una masa plana muy grande, tu cuerpo reaccionará con el circuito ANTES de tocarlo. A veces hasta una pulgada de distancia. Siempre es divertido ver a la gente intentar descubrir por qué está sucediendo.

Paso 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit y placas inalámbricas

Un vistazo rápido a nuestro repositorio de GitHub y verá que tenemos muchos PCB grandes diseñados para funcionar con varios microcontroladores populares. Una de nuestras principales quejas sobre muchos sistemas de construcción fue / es que obligan a las personas a usar un sistema de programación apropiado o solo le permiten usar una plataforma. Con el hardware y el software en constante evolución, parecía extraño encerrar a las personas o hacer que tiraran partes después de un par de años.

La elección más obvia para comenzar con un Arduino Nano (que se convirtió en nuestra placa de robótica) debido al pequeño tamaño y precio. Esto fue perfecto para una amplia gama de proyectos de programación, como efectos de iluminación o girar servos. Decidimos producir también una versión más rica en funciones que usando un Teensy LC, principalmente para las capacidades táctiles capacitivas. El Teensy LC (Invention Board) también tiene algunas características agradables de emulación de teclado y rápidamente inventamos algunos controladores de juegos divertidos usándolo. El año pasado incluso hicimos un controlador gigante LEGO NES y lo publicamos en Instructables.

La programación es divertida, pero no todo el mundo quiere pasar por la molestia. Creamos una placa diseñada en torno a un chip ATtiny85 preprogramado que simplemente produce parpadeos y desvanecimientos. Nuestra versión de producción utiliza piezas SMT, sin embargo, encontrará una versión de orificio pasante en nuestro Repo. Son útiles para proyectos más pequeños, como una fea camiseta navideña o algunas estrellas centelleantes.

Una cosa que nos hemos olvidado de hacer es pulir nuestras placas Raspberry Pi Zero y Micro: Bit. En general, nos gusta Micro: Bit y la comunidad que ha surgido a su alrededor. En cuanto a nuestra placa Raspberry Pi Zero… literalmente no tenemos idea de qué hacer con ella. En serio, que alguien haga algo interesante con él y te enviaremos algunas partes.

También tuvimos la loca idea de intentar armar algunos proyectos inalámbricos. Pero juntamos placas para Particle Photon Board, un par de Adafruit Feather Boards y la placa común NodeMCU. Los basamos en el mismo diseño básico que nuestro Nano PCB con una fila de encabezados de pines en la parte posterior.

Paso 8: ¿Planes futuros?

Actualmente estamos en medio de una tercera serie de fabricación de piezas y la mayoría de nuestras ventas se destinan a escuelas, bibliotecas y Maker Spaces. Hemos recibido una gran cantidad de comentarios sólidos de usuarios de todas las edades que nos han ayudado a diseñar mejores piezas.

Plan de estudios

Una de las solicitudes más comunes ha sido un plan de estudios listo para el aula. Hacer proyectos es simple; recuperar seis semanas de recursos para estudiantes y profesores es más difícil. A fines de marzo, publicaremos nuestros primeros borradores del plan de estudios en nuestro sitio web, de forma gratuita para que todos los utilicen. Tendremos dos pistas, una para circuitos básicos y otra para programación básica. Ambos se centrarán en nuestras piezas de Crazy Circuits, sin embargo, podrían modificarse fácilmente para usar piezas estándar.

Más piezas de la línea de producción

Actualmente estamos aceptando solicitudes de piezas nuevas. El proceso es lento, pero queremos agregar un par de piezas nuevas a nuestra alineación para finales de este año. Con suerte, podremos fabricar algunos potenciómetros y componentes NeoPixel y comenzar a agregarlos a nuestros kits. Hemos tenido la suerte de tener algunos fanáticos entusiastas que han diseñado sus propios componentes y los han compartido con nosotros, y esperamos que más personas lo hagan en el futuro.

Compromiso con el código abierto

Puede sonar como si estuviéramos venciendo a un caballo muerto, pero realmente nos gusta que nuestros componentes sean de código abierto. Continuaremos agregando recursos, currículo y archivos de diseño a nuestros proyectos. Realmente esperamos que tanto los usuarios avanzados como los noice puedan comenzar a crear sus propias partes o modificarlas para nuevos proyectos.

Segundo premio en el Concurso de PCB