Casco di sicurezza Covid Parte 1: un'introduzione ai circuiti di Tinkercad!: 20 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Progetti Tinkercad »

Ciao amico!

In questa serie in due parti, impareremo come usare i circuiti di Tinkercad: uno strumento divertente, potente ed educativo per imparare come funzionano i circuiti! Uno dei modi migliori per imparare è fare. Quindi, prima disegneremo il nostro progetto personale: il circuito per un casco di sicurezza Covid!

Il nostro obiettivo è creare un casco che ti avviserà quando una persona si avvicina. In questo modo, puoi rimanere al sicuro dal Covid allontanandoti per mantenere la distanza tra te e quella persona.

Alla fine di questo progetto, avrai una conoscenza di base di come progettare circuiti e programmare usando Tinkercad. Anche se può sembrare difficile, non preoccuparti! Sarò qui per guidarti lungo l'intero processo: impara e divertiti!

Forniture:

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Passaggio 1: apri Tinkercad

Accedi a Tinkercad (o registrati, se non lo hai ancora fatto).

Dopo aver effettuato l'accesso alla dashboard, vai nella barra laterale di sinistra e seleziona "Circuiti".

Successivamente, seleziona "Crea nuovo circuito" (cerchiato in arancione). Qui abbiamo la libertà di essere creativi e progettare qualsiasi circuito desideriamo. Puoi anche simulare accuratamente i tuoi circuiti per vedere come funzionerebbero nel mondo reale, prima di costruirne uno nella vita reale!

Ora siamo pronti per iniziare!

Passaggio 2: intitola il tuo progetto

Dopo aver premuto "Crea nuovo circuito", verrai accolto con questo spazio di lavoro vuoto.

Per prima cosa: tutti i nostri progetti verranno salvati sulla nostra dashboard (dal passaggio precedente), quindi è importante dare un nome ai nostri progetti in modo da poterli ricordare e ritrovare in seguito!

Se guardi in alto a sinistra, ci sarà un divertente titolo casuale generato per te. Puoi fare clic su di esso per sostituire quel titolo con il tuo. Ecco, l'ho intitolato "Casco di sicurezza Covid".

Passaggio 3: aggiunta del nostro Micro: bit

Inizieremo il nostro progetto aggiungendo un micro:bit.

Un micro:bit è un piccolo computer su cui puoi imparare a programmare. Ha un sacco di funzioni interessanti come luci a LED, una bussola e pulsanti personalizzabili!

Questo micro:bit è ciò che elaborerà tutte le informazioni dai nostri sensori (che aggiungeremo in seguito). Il micro:bit ci darà anche queste informazioni in un modo semplice e comprensibile.

Per aggiungere questo al nostro spazio di lavoro, utilizzeremo la barra laterale a destra. Qui troverai un sacco di componenti che puoi usare. Ignoriamo tutto il resto per ora e cerchiamo "microbit".

Seleziona il micro: bit e portalo nell'area di lavoro.

Passaggio 4: aggiunta del nostro sensore

Ora che abbiamo il nostro micro:bit, aggiungiamo un sensore. Aggiungeremo qualcosa chiamato sensore PIR, che è l'abbreviazione di sensore a infrarossi passivi.

Un PIR può rilevare la radiazione infrarossa o il calore. Poiché gli esseri umani emettono calore ma oggetti come pareti, bottiglie d'acqua e foglie no, questo sensore può essere utilizzato per rilevare quando gli esseri umani si trovano nelle vicinanze.

Di solito, può "vedere" fino a 5 m (16 piedi) di distanza, il che è positivo perché questo ci consentirà di ricevere un avviso tempestivo quando le persone si avvicinano, permettendoci di reagire prima che raggiungano le linee guida per il distanziamento sociale di 2 m (6 piedi).

Passaggio 5: comprensione dei componenti

Ora che abbiamo le nostre due parti, come possiamo collegarle insieme per consentire al micro:bit di comunicare con il sensore PIR?

È abbastanza semplice su Tinkercad. Potresti vedere che ci sono 3 pin nella parte inferiore del sensore PIR.

1. Quando passi il mouse su di essi, vedrai che il primo pin è il pin "Segnale", il che significa che questo darà un segnale quando rileva una persona.
2. Il secondo pin è "Power", che è dove colleghiamo una fonte di elettricità per accendere il sensore PIR.
3. Il terzo pin è "Ground", che è il punto in cui tutta l'elettricità "usata" uscirà dal sensore PIR.

Potresti notare che ci sono anche 5 punti nella parte inferiore del micro:bit a cui possono connettersi i fili. Passa il mouse su di essi.

1. I primi 3 punti sono etichettati P0, P1 e P2. Questi punti sono personalizzabili e possono ricevere segnali (input) o emettere segnali (output). Ci sono molti modi diversi in cui possiamo usare questi punti perché sono altamente personalizzabili! Ne parleremo più avanti…
2. Il punto 3V è una fonte di elettricità a 3 volt. Ricordi che il nostro sensore PIR ha bisogno di una fonte di energia elettrica? Bene, possiamo ottenere quell'elettricità dal punto 3V del micro:bit!
3. Il punto GND è l'abbreviazione di "terra", che è dove l'elettricità può "uscire" dopo aver fatto il suo lavoro. Il pin di terra del sensore PIR può essere collegato qui.

Passaggio 6: collegamento dei componenti

Per collegare i pin, fai prima clic su un pin con il cursore. Quindi, fai clic su un pin diverso (dove desideri collegare il primo pin). Vedrai che si è formato un filo! Se lo desideri, puoi fare clic sul filo per cambiarne il colore. In alternativa, puoi eliminarlo e riprovare se sembra disordinato. Prova a posare i fili in modo pulito in modo da poter tracciare dove si trova ogni filo in un secondo momento!

Dopo aver collegato i cavi, controlla se corrisponde a quello che ho. Se è così, ottimo! In caso contrario, nessun problema! Elimina i fili e riprova.

Probabilmente puoi immaginare cosa sta succedendo ora. È un semplice ciclo:

1. L'elettricità lascia il micro:bit →
2. → entra nel sensore PIR attraverso il suo pin "Power" →
3. → funziona in qualche modo all'interno del sensore PIR →
4. → lascia il sensore PIR attraverso il suo pin "Ground" o pin "Segnale" →
5. → va al micro:pin "Ground" o pin "P0" del bit

Passaggio 7: simulazione del nostro circuito (parte 1)

Quando creiamo circuiti su Tinkercad, possiamo anche simularli.

In questo modo, possiamo sperimentare per vedere come i componenti del nostro circuito possono reagire nel mondo reale, il che può aiutarti a pianificare e progettare circuiti senza dover fare "prove ed errori" e spendere tempo e denaro su qualcosa che potrebbe non funzionare!

Per simulare il nostro circuito, premi il pulsante "Avvia simulazione" che si trova in alto a destra…

Passaggio 8: simulazione del nostro circuito (parte 2)

Con la simulazione in esecuzione, possiamo interagire con il nostro circuito.

Fare clic sul sensore PIR. Apparirà una palla. Immagina che questa palla sia un essere umano. Puoi fare clic e spostare quell'umano in giro.

Potresti notare che quando muovi la palla all'interno della zona rossa vicino al sensore PIR, il sensore si accende. Se questo è vero, hai cablato tutto correttamente! Quando si sposta la palla fuori dalla zona di rilevamento del PIR, il sensore smette di accendersi. Gioca con esso!

Potresti anche notare che quando la palla si trova all'interno della zona di rilevamento ma è ferma, il PIR non si attiva. Questo non è un problema perché gli umani si muovono molto, quindi il sensore rileverà praticamente sempre le persone che si trovano vicino al tuo spazio.

Che ne dici del micro:bit? Abbiamo già collegato il cavo del segnale, quindi perché non succede nulla?!

Non preoccuparti, questo è previsto!

Sebbene abbiamo collegato il cavo del segnale, il computer micro:bit non sa cosa fare con le informazioni che il sensore PIR gli sta dando. Gli diremo cosa fare programmandolo nel passaggio successivo.

Passaggio 9: Nozioni di base sui blocchi di codice

Esci dalla simulazione, quindi fai clic su "Codice" (accanto a "Avvia simulazione"). Questo aprirà una nuova barra laterale più grande sulla destra.

Oltre a progettare e simulare circuiti, possiamo anche programmare su Tinkercad utilizzando Codeblocks. I blocchi di codice sono un modo semplice per conoscere la logica alla base della programmazione, che è un'ottima introduzione alla codifica prima di approfondire linguaggi più avanzati come Javascript, Python o C.

Iniziamo familiarizzandoci con l'ambiente Codeblock. Sul lato sinistro della barra laterale di Codeblock, ci sono blocchi di codice che puoi trascinare e rilasciare. Sul lato destro c'è il tuo codice effettivo. Prova ad esplorare trascinando e rilasciando alcuni pezzi.

Una volta che hai familiarità con esso, libera lo spazio di codifica (trascinando i blocchi nel cestino in basso a destra) in modo che possiamo iniziare ad aggiungere il nostro codice per il circuito.

Passaggio 10: Programmazione del Micro:bit (Parte 1)

Iniziamo cercando tra i blocchi "Input" e trascinando "sul pin [P0] cambiato in [High]". Questo è un input perché alimenterà le informazioni micro:bit.

Fondamentalmente, il punto P0 (dove si collega il nostro cavo di segnale) può avere due valori: alto o basso. Alto significa che c'è un segnale e basso significa che non c'è segnale.

Se il sensore PIR rileva un intruso, il segnale sarebbe alto o basso? Se hai risposto alto, hai ragione! In alternativa, quando non c'è nessun intruso nella zona di rilevamento (o nel caso ultra raro che l'intruso sia perfettamente fermo), ci sarà un segnale elettrico basso.

Pertanto, la logica alla base del nostro codice è fondamentalmente: "quando viene rilevata una persona, fai _".

In questo momento, non fa nulla perché non abbiamo definito qualcosa da fare (è vuoto). Quindi, facciamogli fare qualcosa.

Passaggio 11: Programmazione del Micro:bit (Parte 2)

Aggiungiamo un codeblock di output chiamato "show leds". Questo blocco di codice ci permette di scherzare con le luci sul micro:bit. Puoi alternare la griglia LED per creare qualsiasi disegno tu voglia. Ho aggiunto una faccina sorridente. Questo è un output perché il micro: bit sta fornendo informazioni.

Quindi, cambiamo [HIGH] in [LOW] sul codeblock di ingresso.

Poiché abbiamo cambiato il segnale da alto a basso, il nostro codice ora dice:

quando c'è un segnale basso su P0, accendi i LED per creare una faccina sorridente

Ciò significa che quando non ci sono persone che si muovono nella nostra zona di rilevamento, il micro:bit mostrerà una faccina sorridente perché è sicuro! =)

Passaggio 12: Programmazione del Micro:bit (Parte 3)

Sappiamo cosa farà il micro:bit quando non ci sono persone intorno alla zona di rilevamento. E quando c'è qualcuno?

Definiamo anche quello. Aggiungi un altro blocco di codice di input "sul pin [P0] cambiato in [High]".

Questa volta, lo lasceremo come [ALTO] perché lo useremo per fare qualcosa quando viene rilevata una persona.

Aggiungi un'altra uscita led e crea un design! Ho usato una faccia accigliata perché quando la persona è nella zona di rilevamento, potrebbe essere meno sicura! =(

Passaggio 13: test del nostro codice

Esegui la simulazione ancora una volta. Muoviti intorno alla palla (alias persona) e guarda come reagisce il tuo micro:bit.

Se non sta facendo quello che vuoi che faccia, riprova il passaggio precedente e controlla i tuoi blocchi di codice con il mio screenshot. Non arrenderti!:)

Passaggio 14: aggiunta di sensori PIR aggiuntivi

Se il codice del passaggio precedente ha funzionato correttamente, ottimo lavoro! Ora, avanziamo il nostro progetto.

Finora abbiamo utilizzato un solo sensore PIR in modo da poter rilevare solo le persone in un'area. E per il resto dello spazio intorno a noi? Abbiamo bisogno di più sensori!

Chiudi la barra laterale del codice (facendo clic su "Codice") se è ancora aperta e cerca un altro sensore PIR. Aggiungilo al tuo spazio di lavoro e collegalo.

Nota: collegare il pin del segnale di questo secondo sensore PIR a P1 o P2 (l'ho collegato a P1). Non collegarlo al P0 poiché quel punto è già utilizzato dal primo sensore. Se lo fai, il micro:bit non sarà in grado di dire quale PIR sta inviando segnali!

Anche se nell'area di lavoro di Tinkercad ho messo entrambi i sensori PIR rivolti verso l'alto (per rendere lo schermo più pulito), quando si collegano effettivamente i PIR al casco, è possibile collegare un sensore PIR rivolto verso il lato sinistro del casco in modo da scansionare l'area a sinistra di te e l'altro può essere posizionato sul lato destro del casco per scansionare l'area a destra di te.

Passaggio 15: aggiunta di codice aggiuntivo per il 2° PIR

Apri nuovamente il codice e aggiungi un secondo set di blocchi di codice simile al primo. Questa volta, tuttavia, fai clic sul menu a discesa sui nuovi blocchi di codice e seleziona P1 (o P2 se hai collegato il nuovo PIR a P2).

Per il sensore PIR a sinistra (che è collegato a P0), ho modificato il codeblock dell'uscita LED in modo che il lato sinistro della griglia LED sia illuminato. Allo stesso modo, per il sensore PIR a destra, ho modificato il codeblock dell'uscita LED in modo che il lato destro della griglia LED sia illuminato.

Quando nessuno dei due PIR è attivato, la griglia LED mostrerà ancora una faccina sorridente perché è sicuro!

Passaggio 16: test del codice per più PIR

Dopo aver aggiunto e modificato correttamente i blocchi di codice, esegui nuovamente una simulazione per verificare se il tuo codice funziona.

Quando la palla/l'essere umano viene spostato nella zona di rilevamento del PIR sinistro, la griglia LED sul micro:bit dovrebbe illuminarsi sul lato sinistro.

Allo stesso modo, se una persona si muove nella zona di rilevamento sul lato destro, il LED si accenderà sul lato destro.

Passaggio 17: aggiunta di un allarme

Ora che abbiamo coperto due punti ciechi principali (puoi scegliere di aggiungere ulteriori sensori PIR o micro: bit per coprire ancora più area), facciamo un ulteriore passo avanti.

E se volessi sentire un allarme ogni volta che il PIR viene attivato? Non solo verrai avvisato (ad esempio quando dormi), ma puoi anche spaventare gli intrusi nel tuo spazio personale, mantenendo sia te che l'intruso al sicuro dal Covid.

Vai alla barra laterale a destra e cerca "piezo". Questi sono piccoli "altoparlanti" o "cicalini" che hanno una superficie interna che vibra quando un'elettricità lo attraversa, creando un forte ronzio.

Ci sono due pin sul piezo. Collegare il pin negativo alla massa del micro:bit e collegare il pin positivo al punto P2 rimanente del micro:bit. In questo modo, possiamo controllarlo in modo che il cicalino suoni solo quando il micro:bit rilascia corrente elettrica attraverso il suo pin P2.

Nota: assicurati di aggiungere un resistore su uno dei pin del piezo (uno dei due). Questo ci consentirà di limitare la quantità di corrente che entra nel piezo. Altrimenti, quantità illimitate di corrente possono rompere il micro: bit, il piezo o entrambi!

Ho messo un resistore da 1.000 ohm, ma puoi mettere qualsiasi cosa. Consiglio di mettere qualcosa con 500 ohm - 2.000 ohm. Più bassa è la resistenza, più corrente ci sarà, quindi il cicalino sarà più forte

Passaggio 18: codifica del cicalino

Come la griglia LED, dobbiamo programmare il micro:bit per garantire il corretto funzionamento del buzzer. Potrebbe essere fastidioso se il cicalino suona continuamente quando qualcuno si trova nella nostra zona di rilevamento, quindi codifichiamolo in modo che suoni solo una volta, quando una persona entra nella zona di rilevamento (avvisandoci che sta arrivando qualcuno).

Per fare ciò, inizializziamo il pin P2. Aggiungi un codeblock "on start" e un codice "analgo set pitch pin [P2]" sotto di esso.

Quindi, all'interno di ogni blocco di codice "sul pin cambia in [HIGH]", aggiungi un blocco di codice di uscita "passo analogico", sotto il blocco di codice di uscita LED (se questa dicitura è confusa, dai un'occhiata allo screenshot qui sopra!).

Questo codeblock analogico ci permette di definire due impostazioni: il passo e il tempo.

• L'impostazione del tempo indica per quanto tempo riprodurre il tono. L'ho messo a 500 ms (puoi scegliere qualsiasi numero).

• Il tono ci dice quanto alto dovrebbe essere il tono.

  Qui, scegli una frequenza diversa per ogni PIR. Ne ho impostato uno a 100 (tono basso) e un altro a 400 (tono alto). In questo modo, puoi dire quale sensore PIR viene attivato semplicemente dal solo tono (senza nemmeno dover guardare la griglia del LED)

Passaggio 19: simulazione finale

Ora, esegui la simulazione un'ultima volta per assicurarti che tutto funzioni.

Se hai replicato questo Instructable, quando una persona entra nella zona di rilevamento sul lato sinistro, dovrebbe suonare brevemente un tono basso per avvisarti e il lato sinistro della griglia LED dovrebbe accendersi, per farti sapere che c'è un intruso proveniente dal sinistra.

Quando una persona entra nella zona di rilevamento del lato destro, un tono alto dovrebbe suonare brevemente per avvisarti e il lato destro della griglia LED dovrebbe accendersi, per farti sapere che un intruso sta arrivando da destra.

Quando nessuno è in nessuna delle zone di rilevamento, la griglia LED dovrebbe mostrare una faccia felice, dicendoti che sei al sicuro!

Passaggio 20: considerazioni finali e progetti futuri

Se sei riuscito a superare questo Instructable, congratulazioni! Anche se hai faticato o non sei riuscito a completarlo, sono sicuro che hai imparato almeno alcune cose su Tinkercad, ed è questo che conta, ottimo lavoro!

Ora che hai un circuito di allarme di distanza sociale che funziona, se vuoi portarlo al passaggio successivo e costruirlo nel mondo reale, puoi acquistare i materiali di consumo e collegare i fili esattamente come hai fatto in questo spazio di lavoro di Tinkercad.

La foto sopra è un modello 3D (.stl) del casco su cui sto lavorando, usando lo stesso identico circuito che abbiamo costruito in questo Instructable. Ha 2 sensori PIR sui lati, un micro:bit montato sulla parte anteriore (per farvi vedere la griglia dei LED) e cicalini.

Se desideri usare da solo la tua creatività, sentiti libero di fare un ulteriore passo avanti incollando a caldo il tuo circuito su un casco. Altrimenti, resta sintonizzato per il mio prossimo Instructable, dove metteremo insieme questo casco!

Nota: se sei giovane, chiedi aiuto a un tutore con l'uso degli strumenti durante la costruzione del circuito e del casco.

Spero che questo tutorial ti sia piaciuto e che tu sia in grado di utilizzare ciò che hai imparato su Tinkercad per essere creativo e creare alcuni dei tuoi progetti. Non vedo l'ora di vedere cosa creerete, quindi assicuratevi di collegare i vostri progetti nei commenti!

Buon divertimento e apprendimento 2021!