Crazy Circuits : un système d'apprentissage électronique open source : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Par BrownDogGadgetsBrownDogGadgetsSuivez plus par l'auteur:

À propos: J'enseignais les sciences au collège, mais maintenant je gère mon propre site Web sur les sciences de l'éducation en ligne. Je passe mes journées à concevoir de nouveaux projets pour les étudiants et les Makers. En savoir plus sur BrownDogGadgets »

Le marché de l'éducation et de la maison est inondé de systèmes d'apprentissage électroniques modulaires conçus pour enseigner aux enfants et aux adultes les concepts clés STEM et STEAM. Des produits tels que LittleBits ou Snapcircuits semblent dominer chaque guide de cadeaux de vacances ou blog de parents pour les jouets éducatifs. Cependant, ces systèmes ont toujours un prix élevé et beaucoup ressemblent plus à des jouets qu'à des outils d'apprentissage.

Il y a environ trois ans, nous avons commencé à concevoir Crazy Circuits comme un système à faible coût, réutilisable, modulaire, sans soudure, amusant qui pourrait être utilisé comme un véritable outil d'apprentissage. Nous voulions quelque chose que les parents et les enseignants pourraient facilement intégrer aux kits qu'ils possédaient déjà ou à des composants prêts à l'emploi peu coûteux. Quelque chose à la fois pour la communauté Maker et pour l'adulte moyen.

En fin de compte, Crazy Circuits était tout ce que nous espérions et plus encore. Le système fonctionnait parfaitement avec n'importe quel environnement basé sur LEGO, pouvait facilement être utilisé avec du fil conducteur pour la couture et facilement évolutif à partir de circuits simples jusqu'à la programmation de base. Oh, et c'était aussi amusant à utiliser, ce qui nous a facilité la vie.

Dans cet article, nous allons vous montrer comment nous avons conçu les composants de Crazy Circuits, notre programme, comment vous pouvez fabriquer et concevoir vos propres pièces et comment Crazy Circuits fonctionne avec d'autres systèmes.

Divulgation complète: Nous vendons des pièces et des kits Crazy Circuits, mais vous pouvez facilement utiliser nos fichiers Open Source pour créer vos propres cartes ou concevoir vos propres pièces. Vous pouvez utiliser ce système pour toutes sortes de choses et ne jamais nous envoyer un seul centime.

Give Aways: Nous essayons quelque chose de nouveau en 2019. Nous offrons des pièces et des kits gratuits aux personnes (résidents américains uniquement) qui nous suivent sur instructables, facebook, instagram et youtube. Très probablement, nous offrirons quelques kits complets, des pièces finies et des PCB vierges. Suivez ou abonnez-vous et nous commencerons à distribuer des trucs.

Étape 1: Philosophie derrière les circuits fous

Quand j'étais enseignant, j'étais vraiment ennuyé de ne pas pouvoir me permettre des systèmes électroniques sophistiqués pour ma classe, même si toutes les conférences d'enseignement ou les stages auxquels j'assistais continuaient à les recommander. Je n'avais tout simplement pas de budget pour un kit de 100 $ qui comportait cinq pièces et qui, au mieux, occuperait trois étudiants pendant cinq minutes. J'ai fini par faire ce que font la plupart des professeurs de sciences et j'ai acheté des pièces brutes bon marché sur eBay et Amazon, mais cela m'a obligé à faire beaucoup de nouveaux travaux de planification de cours et de conception d'activités. J'ai également constaté que mes élèves plus jeunes avaient du mal à comprendre les planches à pain.

J'ai finalement pu obtenir un financement pour acheter des kits LittleBits à utiliser avec mon club scientifique parascolaire. Ils étaient amusants à utiliser (et pour être honnête, un système bien conçu), mais quand j'ai demandé à mes élèves du secondaire d'expliquer comment ils fonctionnaient, j'ai reçu ma réponse préférée de l'année « Je ne sais pas, des aimants ? ». C'étaient des enfants qui avaient construit des circuits compliqués des semaines plus tôt, mais LittleBits s'est révélé être plus un jouet qu'autre chose.

Lorsque nous avons commencé à réfléchir à un système modulaire, nous voulions nous assurer que les étudiants étaient conscients de COMMENT les pièces interagissaient et étaient ensuite capables de faire des parallèles avec les pièces communes. Nous savions également que nous avions besoin de quelque chose qui s'apparente à une planche à pain, mais plus facile à comprendre qu'une véritable planche à pain. Nous devions également le rendre amusant et engageant.

Défi accepté!

Étape 2: Pourquoi LEGO ?

"loading=" paresseux"

Enfin, nous devions trouver comment tout connecter ensemble. Nous avons immédiatement décidé que nous détestions l'idée des fils et des pinces crocodiles; cela enlevait à la simplicité de tout. Nous aimions utiliser du ruban conducteur, mais le ruban en feuille de cuivre était impossible à utiliser. Nous pouvions descendre la bande mais elle ne reviendrait plus. Nous avons même essayé d'utiliser du fil conducteur mais cela s'est avéré impossible à contrôler. Après de nombreuses heures sur Skype avec une usine de ruban en Chine, nous avons fabriqué du ruban conducteur en nylon personnalisé (ruban de fabricant) qui était suffisamment solide pour se décoller à nouveau, mais suffisamment bon marché pour être compétitif avec le ruban en feuille de cuivre commun.

Grâce au fait que nous disposions d'un grand nombre de circuits imprimés de test avec des trous de différentes tailles dans notre atelier, nous avons rapidement pu trouver un espacement de taille qui nous a permis de réaliser un ajustement par pression à l'aide du ruban conducteur en nylon. De cette façon, les étudiants DEVRAIENT terminer leur bande à un endroit précis: ils devaient effectivement prendre le temps de concevoir leur circuit. Cet aspect nous a permis de faire de Crazy Circuits un outil d'apprentissage, pas seulement un jouet.

L'utilisation de ruban de 1/8 de pouce avait également l'avantage étrange de permettre des circuits à deux couches. Normalement, nous posions le ruban sur le HAUT des goujons LEGO, mais le ruban de 1/8 de pouce fonctionnait également parfaitement pour aller également ENTRE les goujons LEGO. Les gens pouvaient faire toutes sortes de circuits compliqués en utilisant du ruban adhésif sur LEGO. (Bien qu'un peu gênant. Au moins, cela permettait aux étudiants de « sauter » une ligne existante avec seulement un peu d'effort.)

Un exemple de circuit de base pourrait utiliser un interrupteur, un support de batterie et une LED. Pour toutes nos pièces, nous avons utilisé une sérigraphie blanche pour désigner les pôles GND (Négatif) et le côté coloré pour indiquer les pôles Positif. La vidéo ci-dessus me montre faire un circuit simple. Posez le ruban, ajustez la pression sur les pièces, ajoutez de la puissance.

Étape 5: Fil conducteur

Au cours des tests, nous avons découvert que le fil conducteur fonctionnait très bien avec nos pièces. Il s'avère que les grands trous plaqués de cuivre ont rendu la couture conductrice vraiment facile. Certains de nos testeurs ont préféré coudre avec nos pièces plutôt que de les utiliser avec LEGO.

Si vous n'avez jamais utilisé de fil conducteur auparavant, vous devriez essayer ! C'est généralement un fil d'acier/nylon qui conduit assez bien. La couture à la main avec elle est assez facile, et coudre des pièces n'est pas plus difficile que de coudre un bouton. Nous sommes même allés jusqu'à créer des chemises interactives compliquées à l'aide d'un Arduino. La bonne partie de la couture conductrice est que si vous détestez vraiment votre projet, vous pouvez toujours retirer les pièces et les utiliser pour autre chose.

Notre activité incontournable pour les enfants consiste à leur faire fabriquer un bracelet à bouton-pression à l'aide d'une LED, d'un support de pile et d'un ensemble de boutons-pression. Les boutons-pression se placent au bout du bracelet et servent à boucler le circuit. Nous avons créé un joli PDF imprimable si quelqu'un veut l'utiliser pour des ateliers ou des activités à domicile.

Étape 6: Encres et pâtes conductrices

Au début, nous étions déterminés à faire fonctionner nos pièces avec des encres conductrices. Cela n'a que partiellement fonctionné.

Encre conductrice nue

Cette encre conductrice est assez similaire à la peinture gonflée. Il est facile à peindre sur n'importe quelle surface, est assez peu coûteux et est lavable à l'eau pour un nettoyage facile. L'inconvénient est que le graphite n'est pas très conducteur et agit plus que tout comme une grande résistance. Nous n'avons eu aucun problème à le connecter à Crazy Circuits Parts car nous pouvions faire sécher des gouttes d'encre sur les PCB, mais nous avons eu des problèmes pour déplacer l'énergie dans le circuit en toute sécurité.

Nous l'avons finalement utilisé pour un "point de contact" de peinture capacitive pour nos cartes Teensy LC compatibles Arduino. Nous passons du ruban adhésif du PCB aux taches de peinture, puis les gens touchent la peinture. Cela permet toutes sortes de pochoirs amusants, de pianos muraux ou de projets artistiques interactifs.

Scribe de circuits

Cette encre conductrice fonctionne comme un stylo gel argenté, sauf qu'elle laisse des traces extrêmement conductrices sur le papier. L'avantage de cette encre est que les tracés sont extrêmement conducteurs et qu'elle agit comme un vrai stylo. Les inconvénients sont que les stylos sont chers, ont tendance à se dessécher et que vous devez en quelque sorte serrer vos pièces sur le papier afin d'établir une connexion solide.

À l'origine, nous avions fait fabriquer des aimants personnalisés qui s'inséraient dans nos trous LEGO. Notre GitHub Repo regorge de pièces héritées étiquetées « compatibles avec les aimants ». Le résultat final a été aléatoire et nous avons réalisé que nous venions en quelque sorte de créer de mauvaises versions de pièces électroniques que Circuit Scribe avait déjà fabriquées. Le seul avantage était de réaliser de plus grands projets basés sur Arduino puisque Circuit Scribe ne produit aucune carte Arduino, mais mettre trop d'aimants rapprochés a fini par causer ses propres problèmes.

Nous avons également réalisé que tout ce que nous faisions avec cette encre, nous pouvions le faire bien mieux avec du ruban conducteur.

Pâte Squishy Circuits - AKA Pâte Conductrice

J'ai toujours trouvé que c'était un excellent outil d'apprentissage pour enseigner l'électronique de base aux plus jeunes. L'avantage de la pâte est qu'elle est très divertissante, surtout avec des emporte-pièces. L'inconvénient est qu'il sèche (comme toute pâte) et qu'il est également très résistant.

Nous avons tendance à utiliser la pâte de la même manière que nous utilisons la peinture conductrice nue, comme point de contact pour les projets tactiles capacitifs. Cela ajoute un élément amusant au mélange. De plus, si vous faites un très gros morceau de pâte plat, votre corps réagira avec le circuit AVANT de le toucher. Parfois jusqu'à un pouce. C'est toujours amusant de voir les gens essayer de comprendre pourquoi cela se produit.

Étape 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro:Bit et cartes sans fil

Un rapide coup d'œil à notre dépôt GitHub et vous verrez que nous avons beaucoup de gros PCB conçus pour fonctionner avec un certain nombre de micro-contrôleurs populaires. L'une de nos principales plaintes concernant de nombreux systèmes de construction était/est qu'ils obligent les gens à utiliser un système de programmation propriétaire ou qu'ils ne vous permettent d'utiliser qu'une seule plate-forme. Avec le matériel et les logiciels en constante évolution, il semblait étrange de verrouiller les gens ou de leur faire jeter des pièces après quelques années.

Le choix le plus évident pour commencer avec un Arduino Nano (qui est devenu notre carte robotique) en raison de sa petite taille et de son prix. C'était parfait pour un large éventail de projets de programmation, tels que des effets d'éclairage ou des servos tournants. Nous avons décidé de produire également une version plus riche en fonctionnalités qu'en utilisant un Teensy LC, principalement pour les capacités tactiles capacitives. Le Teensy LC (Invention Board) dispose également de fonctionnalités d'émulation de clavier intéressantes et nous avons rapidement créé des contrôleurs de jeu amusants en l'utilisant. L'année dernière, nous avons même fabriqué une manette LEGO NES géante et l'avons publiée sur Instructables.

La programmation est amusante, mais tout le monde ne veut pas s'embêter. Nous avons mis en place une carte conçue autour d'une puce ATtiny85 préprogrammée qui ne fait que clignoter et s'estomper. Notre version de production utilise des pièces SMT, mais vous trouverez une version à trou traversant dans notre Repo. Ils sont utiles pour les petits projets comme une chemise de Noël moche ou des étoiles scintillantes.

Une chose que nous avons négligé de faire est de peaufiner nos cartes Raspberry Pi Zero et Micro:Bit. En général, nous aimons le Micro:Bit et la communauté qui s'est développée autour de lui. Quant à notre carte Raspberry Pi Zero… nous ne savons littéralement pas quoi en faire. Sérieusement, quelqu'un fait quelque chose d'intéressant avec et nous vous enverrons des pièces.

Nous avons également eu l'idée farfelue d'essayer de monter des projets sans fil. Nous avons mis ensemble des cartes pour la carte de photons de particules, quelques cartes de plumes Adafruit et la carte NodeMCU commune. Nous les avons basés sur la même conception de base que notre Nano PCB avec une rangée d'en-têtes à broches à l'arrière.

Étape 8: Plans futurs ?

Actuellement, nous sommes au milieu d'une troisième série de fabrication de pièces, la plupart de nos ventes étant destinées aux écoles, aux bibliothèques et aux Maker Spaces. Nous avons reçu de nombreux retours solides d'utilisateurs de tous âges, ce qui nous a aidés à concevoir de meilleures pièces.

Programme d'études

L'une des demandes les plus courantes a été un programme d'études prêt pour la classe. Constituer des projets est simple; constituer six semaines de ressources pour les élèves et les enseignants est plus difficile. D'ici la fin du mois de mars, nous publierons nos premières ébauches de curriculum sur notre site Web, gratuitement pour tous. Nous aurons deux pistes, une pour les circuits de base et une pour la programmation de base. Les deux seront centrés sur nos pièces Crazy Circuits, mais ils pourraient facilement être modifiés pour utiliser des pièces standard.

Plus de pièces de ligne de production

Nous acceptons actuellement les demandes de nouvelles pièces. Le processus est lent, mais nous voulons ajouter quelques nouvelles pièces à notre gamme pour plus tard cette année. Espérons que nous pourrons fabriquer des potentiomètres et des composants NeoPixel et commencer à les ajouter à nos kits. Nous avons eu la chance d'avoir des fans enthousiastes qui ont conçu leurs propres composants et les ont partagés avec nous, et nous espérons que d'autres le feront à l'avenir.

Engagement envers l'open source

Il peut sembler que nous battons un cheval mort, mais nous aimons vraiment que nos composants soient Open Source. Nous allons continuer à enrichir nos ressources de projet, notre curriculum et nos fichiers de conception. Nous espérons vraiment que les utilisateurs novices et avancés pourront commencer à créer leurs propres pièces ou à les modifier pour de nouveaux projets.

Deuxième prix du concours PCB