هل يمكن لـ MakerBit تذكيرك بفحص الماء تحت شجرة عيد الميلاد ؟: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

تُعد الشجرة المقطوعة حديثًا زخرفة تقليدية للعطلات في العديد من المنازل. من الضروري إمدادها بالمياه العذبة. ألن يكون من الجيد أن يكون لديك زخرفة يمكن أن تساعد في تذكيرك بفحص المياه تحت شجرتك؟

هذا المشروع هو جزء من سلسلة توضح كيفية عمل الأجهزة التي تدعم العمليات الحسابية في حياتنا اليومية. تستخدم MakerBit لتوضيح كيف يمكن أن يشير كاشف مستوى الماء البسيط إلى انخفاض مستوى المياه مع وجود أضواء في زخرفة على شكل شجرة. الخطوات التي اتبعناها موضحة أدناه.

تحذير: هذا عرض لمفهوم فقط. التجميع الموضح هنا غير مصمم أو يهدف إلى منع الشجرة الحقيقية من الجفاف. قبل أن تقرر ما إذا كنت ستستخدم أي مستشعر لمستوى الماء مع شجرة حقيقية ، يجب عليك قراءة إشعار الأمان أدناه ، في الخطوة 6.

الخطوة 1: اجمع المكونات

• روجر واغنر MakerBit + R
• وحدة تحكم micro: bit (وحدة التحكم الفعلية مضمنة في مجموعة بدء MakerBit + R.. يُباع ملحق العلبة البلاستيكية المعروض على micro: bit بشكل منفصل. على سبيل المثال ، يعرض هذا الرابط جهازًا يباع في Amazon.)
• كابل الشريط (مضمن)
• موصل بطارية 9 فولت (مضمّن)
• بطارية 9 فولت (مضمنة ، ولكنها متوفرة أيضًا بسهولة)
• مستشعر الماء (جاءنا في مجموعة Elegoo 37-Sensors. متوفرة بشكل منفصل عبر الإنترنت.)
• 3 أسلاك توصيل مع جهات اتصال أنثوية على كلا الطرفين. (متضمن)
• بعض مصابيح LED (مضمنة ، معروضة في صور أخرى أدناه)

الخطوة 2: ربط كل شيء

أ. اتصالات MakerBit

ادفع micro: bit في MakerBit. ستحتاج إلى كبل USB المرفق به للاتصال بجهاز الكمبيوتر الخاص بك لأغراض البرمجة. بعد برمجته ، يمكنك تشغيل الجهاز فقط ببطارية 9 فولت.

قم بتوصيل كابل الشريط LED المختلط في رأس المقبس الأسود لمصابيح LED 11-16. قم بتوصيل الموصل المكون من 3 مقابس لثلاثة أسلاك توصيل في المشاركات السوداء والحمراء والبيضاء على رأس الدبوس ، في الصف المسمى A0. الأسود هو لـ GND (أرضي) ، والأحمر لـ + 5 فولت ، والأبيض لـ "إشارة" ، والتي ستكون دبوسًا تناظريًا 0).

لم يحن الوقت لتوصيل البطارية بعد ، لكن الصورة الثانية تظهر أين ستذهب.

ب. قم بتوصيل جهاز استشعار الرطوبة

الأطراف الأخرى من الأسلاك تحتاج إلى الانتقال إلى دبابيس المستشعر الثلاثة بطريقة معينة ، كما هو موضح في الصورة الثالثة. قم بتوصيل الدبوس المسمى "S" بالعمود الأبيض في MakerBit. قم بتوصيل الدبوس "+" بالمنشور الأحمر. أخيرًا ، قم بتوصيل الدبوس "-" بالمنشور الأسود. استخدمنا أسلاكًا بنفس لون الدعامات للمساعدة في الحفاظ على الترتيب الجيد.

ج. أدخل المصابيح في كابل الشريط

نستخدم 4 أضواء: واحد أحمر ، وواحد أصفر ، واثنان أخضر. لاحظ أن كل مؤشر LED به دبابيس. دبوس واحد أقصر من الآخر. انتبه إلى الدبوس القصير. يذهب إلى الموصل على الجانب الذي يحتوي على المثلث الصغير.

يستخدم الكود في هذا المشروع أربعة موصلات في منتصف الكبل ، تلك الخاصة بالدبابيس 11 و 12 و 13 و 14. افحص الملصقات بواسطة المقبس الأسود في MakerBit ، لمعرفة أي زوج من المسامير يتناسب مع كل رقم دبوس. ثم ادرس الكبل لترى كيف ترتبط الأسلاك بالمسامير. تلميح: يتصل الزوج الأبيض والأسود بالدبوس 12. تظهر الصور الأسلاك التي يجب استخدامها.

تُظهر الصورة الخامسة كل شيء موصولاً وجاهزًا للانطلاق.

الخطوة الثالثة: فهم الخطة

يحتوي مستشعر المياه في هذا المشروع على شبكة من جهات الاتصال الكهربائية التي يتم الاحتفاظ بها جميعًا بعيدًا قليلاً عن بعضها البعض. عندما يجف ، يكون مثل مفتاح مفتوح. عندما تكون مبللة ، يقوم الماء بتوصيل الكهرباء بين جهات الاتصال. وكلما تعمقت ، كلما أصبحت جهات الاتصال رطبة وقادرة على توصيل الكهرباء. بهذه الطريقة ، يمكن أن يشير المستشعر إلى مستوى الماء كمقاومة لتدفق الكهرباء التي تزداد أو تنقص مع تغير العمق. توجد بعض الدوائر الإضافية البسيطة على المستشعر والتي تضخم حساسية الكاشف للرطوبة ، وتبلغ عن مقدار الرطوبة إلى الدبوس التناظري الخاص بـ micro: bit (من خلال MakerBit) كرقم.

الصفر يعني أن المستشعر جاف ، أي أنه يتمتع بأكبر مقاومة. يعني الرقم الأكبر من الصفر أن المستشعر يكتشف الماء. كلما زاد عمق المياه ، زاد العدد. نضيء الأضواء كلما زاد الرقم ، ونطفئها كلما انخفض الرقم.

أظهرت اختباراتنا أن قراءة المستشعر تزيد وتنقص كما هو متوقع استجابة للتغيرات في مستوى الماء. يصبح أكثر حساسية عندما ينخفض الماء ويشير بوضوح شديد إلى متى يجف. يوفر ذلك معلومات كافية لتكوين فكرة عامة عن حالة المياه. لن نعتمد على هذا المستشعر لقياس مستوى المياه العميقة بدقة. لحسن الحظ ، لا نحتاج إلى معرفة العمق الدقيق لأغراضنا.

يمكن أن تخبرنا شاشة عرض بسيطة بأربعة مصابيح LED عندما تحتاج الشجرة إلى المزيد من الماء. لدينا مؤشر LED أحمر في القاعدة ، ثم أصفر ، يعلوه مصباحان أخضران. تتمثل الخطة في تشغيل هذه الأضواء وإيقافها مع ارتفاع منسوب المياه تحت الشجرة لأعلى ولأسفل. يشير اللون الأخضر إلى وجود الماء. يشير اللون الأصفر إلى انخفاض مستوى الماء. الأحمر يعني الجفاف.

الخطوة 4: بناء العرض

هذا الجزء متروك لخيالك. سوف نظهر ما فعلناه. يمكنك استخدام بطاقة تهنئة قديمة أو أي شيء تقريبًا.

اقطع شجرة صغيرة واعمل ثقوبًا لتثبيت المصابيح الأربعة. ادفع المصباح من خلف الزخرفة ، ولكن ليس طوال الطريق ، فقط حتى الحافة الموجودة على قاعدة المصباح. امسك المصابيح في مكانها بقليل من الشريط على الظهر. راجع هذا الارتباط للحصول على تفاصيل مفيدة حول كيفية تثبيت مصابيح LED.

الخطوة 5: الكود

يعمل محرر نمط الكتلة على الإنترنت MakeCode بشكل جيد جدًا لهذا المشروع. تُظهر الصورة لقطة شاشة للرمز.

يمكنك فتح المحرر في نافذة المتصفح ، مع تحميل الكود بالفعل جاهزًا للتحرير ، باستخدام هذا الرابط: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. ماذا يفعل الكود؟

في قسم Start ، يخبر micro: bit بعدم استخدام شاشة LED المدمجة. تحرر هذه التعليمات الدبابيس الرقمية لاستخدامها في مشروعنا. ثم يقوم بتشغيل مؤشر LED الأحمر (دبوس 11) أثناء إيقاف تشغيل المصابيح الثلاثة الأخرى.

في قسم Forever ، يقرأ القيمة الرقمية القادمة من المستشعر على الدبوس 0. ثم تقارن سلسلة من كتل "If… then" هذه القيمة بالثوابت (العشوائية إلى حد ما) التي حددناها تجريبيًا عن طريق غمس المستشعر داخل وخارج الماء. لا تتردد في إجراء المزيد من التجارب بقيم مختلفة لهذه الثوابت.

مع زيادة قيمة المستشعر ، يقوم البرنامج بتشغيل المزيد من مصابيح LED. عندما تصبح القيمة أصغر ، يتم إيقاف تشغيلها.

من الممارسات الجيدة في الترميز تضمين كتلة إيقاف مؤقت في حلقة دائمة. يتيح الإيقاف المؤقت لـ micro: bit فرصة للعمل على أشياء أخرى لفترة قصيرة. يتوقف هذا الرمز مؤقتًا لمدة 1000 مللي ثانية ، أي ما يعادل ثانية واحدة ، مما يعني أننا نتحقق من مستوى الماء 60 مرة في الدقيقة.

استخدم محرر MakeCode لتجميع الكود ، ثم قم بتحميله إلى MakerBit. يتصل هذا الرابط بالدليل الرسمي لكيفية القيام بذلك.

الخطوة 6: تحقق من ذلك !

قم بتوصيل البطارية بجهاز MakerBit وضع المستشعر في بعض الماء. احرص على وضع النهاية بالشرائط المعدنية فقط في الماء. احتفظ بالمكونات الإلكترونية جافة في النهاية حيث تتصل الأسلاك.

اقرأ إشعار السلامة هذا: الشجرة الجافة من مخاطر الحريق. يمكن أن تشتعل النيران وتحرق منزلك. يجب ألا تعتمد فقط على مستشعر مستوى الماء لتقرر متى تحتاج شجرتك للماء. التجميع الموضح في هذه المقالة هو لأغراض توضيحية فقط ، ويهدف إلى إظهار كيفية عمل مستشعرات مستوى الماء في الاستخدام اليومي. ومع ذلك ، لا يمكن لأجهزة مثل هذه حماية الشجرة من الجفاف. ستظل بحاجة إلى فحص شجرتك بصريًا والحفاظ على مراقبة آمنة في جميع الأوقات للتأكد من أن شجرتك بها المياه التي تحتاجها.

ضع المستشعر في الخزان أسفل شجرتك واضبط الشاشة حيث يمكنك رؤيتها. عندما تقوم بفحص شجرتك بانتظام ، لاحظ كيف تتغير مصابيح LED مع تغير مستوى الماء. يمكن أن تساعدك المعلومات في معرفة كيفية عمل المستشعرات ، وقد تساعد في تذكيرك بفحص المياه تحت شجرتك.

الخطوة 7: للمعلمين: تحديات STEAM والمعايير المقترحة

تحديات البخار

تحدي صانع: قم بتمديد الأسلاك إلى الشاشة ، بحيث يمكنك تعليقها في الواقع أعلى في شجرة حقيقية.

تحدي الأداة: تعرف على MakerBit! يمكنك توصيل مصابيح LED بأي من المسامير الرقمية الخاصة بـ MakeBit باستخدام المقابس والكابلات المتصلة بموصل الصندوق الأسود في MakerBit. استخدم هذا المثال الأرقام من 11 إلى 14. هل يمكنك تغيير الإعداد والترميز لاستخدام دبابيس مختلفة ، على سبيل المثال ، الأرقام من 5 إلى 8؟

تحدي العلوم: تحقق من سلوك المستشعر. قم بالتجارب التالية.

1. قم بتجفيف المستشعر جيدًا ، ثم أدخله في الماء بخطوات مُقاسة ، على سبيل المثال مليمتر واحد في كل مرة. سجل العمق الذي يتم عنده تشغيل كل ضوء.
2. جفف المستشعر جيدًا مرة أخرى. ثم اغمرها في الماء بالقرب من الجزء العلوي من الخطوط المعدنية. اسحبه بخطوات محسوبة ، مثل ملليمتر واحد في كل مرة. سجل العمق الذي ينطفئ عنده كل ضوء.
3. قيم البيانات التي جمعتها. هل تستجيب الأضواء لنفس مستوى الماء في كلا الاتجاهين؟ إذا لم تتطابق الأرقام ، فقم بإعداد قائمة بالتفسيرات المحتملة للسلوك الذي تلاحظه.

تحدي الرياضيات: احسب عدد المللي ثانية الذي ستحتاج إلى وضعه في كتلة الإيقاف المؤقت للتحقق من الماء مرة واحدة فقط في الدقيقة ، أو مرة واحدة في الساعة.

التحدي الهندسي: فكر في طرق مختلفة يمكن من خلالها استخدام هذا الجهاز. هل الاختلاف في القراءات الناتجة عن اتجاه الانغماس مهمًا في التطبيق الفعلي لهذا الجهاز؟ لما و لما لا؟

التحدي التقني: يسمح لك القابس الدائري الموجود في MakerBit بتوصيل مصدر طاقة تيار مباشر في أي مكان من ستة إلى اثني عشر فولتًا. قد لا تدوم البطارية الصغيرة ذات التسعة فولت لفترة طويلة. ما هو مصدر الطاقة الآخر الذي يمكنك توصيله للحفاظ على تشغيل مستشعر المياه بشكل مستمر؟

تحدي الترميز: كيف يمكنك تغيير الرمز بحيث يضيء مؤشر LED واحد فقط: أخضر أو أصفر أو أحمر حسب مستوى الماء؟ كيف يتغير سلوك العرض إذا قمت بتغيير الثوابت في الكود؟

التحدي الفني: تزيين زخرفة العرض ، أو تصميم شيء آخر يبدو مختلفًا تمامًا! اختبار تصميم العرض الجيد هو أنه يجعل المعلومات واضحة.

المعايير

NGSS (معايير علوم الجيل التالي)

4-PS3-4. تطبيق الأفكار العلمية لتصميم واختبار وصقل جهاز يحول الطاقة من شكل إلى آخر.

ISTE

4 أ يعرف الطلاب ويستخدمون عملية تصميم مدروسة لتوليد الأفكار ، واختبار النظريات ، وخلق الأعمال الفنية المبتكرة أو حل المشكلات الحقيقية.

5 ب يقوم الطلاب بجمع البيانات أو تحديد مجموعات البيانات ذات الصلة ، واستخدام الأدوات الرقمية لتحليلها ، وتمثيل البيانات بطرق مختلفة لتسهيل حل المشكلات واتخاذ القرار.