Электронный конструктор для детей своими руками
Обновлено: 17.05.2024
Шаг первый:3D-печать
При печати размещайте объекты точно так же, как на изображениях, прикрепленных на каждом этапе, используйте те же конструкции заполнения и поддержки (только 3 небольших объекта содержат опоры).
Распечатайте все детали точно так, как описано на изображениях, не добавляйте опоры там, где они не указаны.
Мастер напечатал все детали с разрешением 0,3 мм и заполнением 25%.
Сначала нужно сделать деталь, которая будет использоваться при сборке стола.
Напечатайте cover.stl красным цветом.
Распечатайте базу 1x1.stl красным цветом.
Напечатайте минимум 4 файла contact.stl любым цветом.
Напечатайте mesh_contact4.stl синим цветом.
Используя пинцет удалите нить после печати.
Установите крышку, но не заворачивайте винты.
Вставьте магниты в отверстия и забейте их в отверстия.
Откройте крышку и используйте мастихин. Вы увидите, что очень сложно отделить основу от крышки, они идеально подходят.
Поместите основание на поверхность и забейте контакты вместе с электрическими проводами в пазы.
Мультиметром проверьте все соединения.
Возьмите объект mesh_contact4 и забейте его (или приклейте суперклеем, если он не идеально подходит). Молоток подходит для большинства объектов, суперклей не требуется.
Файлы для печати можно скачать здесь.
Шаг второй: печать деталей стола
Материнская плата состоит из 5 частей:
- base_extended.stl - 2 шт
- bridge_base.stl - 2 шт
- bridge_lateral.stl - 2 шт
- table.stl - 2 шт
- contact.stl - 200 шт
Распечатайте прикрепленные файлы STL точно так, как описано на прикрепленных изображениях, или используйте прилагаемые G-коды.
Материнская плата - самая большая часть, и ее сложнее всего собрать.
Файлы для печати можно скачать здесь.
Шаг третий: сборка стола
Во все отверстия в table.stl нужно установить винты M3x18, за исключением крайних отверстий.
Переверните стол вверх дном и поместите деталь, указанную в шаге 2, в один из назначенных слотов.
Теперь можно безопасно установить contacts.stl с проводами.
Такую операцию нужно проделать для всех слотов. По окончании задняя часть материнской платы должна выглядеть как изображение с именем back_of_motherboard.JPG
Соберите остальные части, как показано на изображении выше.
В прямоугольные отверстия, нужно устанавливать прямоугольные гайки.
Шаг четвертый: 3D-печать остальных деталей
Дальше нужно напечатать остальные детали. Заготовки для электрических компонентов, база на которой будут собираться схемы.
Печатает детали для катушки Тесла. Согласно измерениям, мастер использовал медный провод диаметром 2 мм для первичной катушки Тесла и медный провод диаметром 0,4 мм для вторичной катушки Тесла.
Шаг пятый: схемы
Все детали напечатаны и собраны и можно начинать собирать схемы. Сборка схем не сложная.
Вольтметр.
Идея создания электронного конструктора будоражила мои мысли давно. В детстве у меня был конструктор ЭКОН-1 и хотелось создать что-то похожее, но на современном уровне. На рынке бал правит Знаток, за рубежом есть также примеры модульных конструкторов, но цена и курс не радуют глаз.
С другой стороны в СССР были интересные наработки (одна из них живет в Германии до сих пор и выпускается).
Хотелось также чего то «теплого» в материалах, типа дерева. В 2014 году в рамках проекта ПРОСТОРОБОТ родилась идея электронных кубиков, который в 2015 году получили даже приз от АИДТ за идею на одном из отборочных этапов Startup Tour.
Также в это время я придумал логическую настольную игру «Цепь», которая позволяла играть в «электрические схемы». Игру можно свободно скачать и распечатать по ссылке.
Шло время. Кубики пришлось отложить в сторону, так как цена магнитов нужной мощности делала их достаточно дорогими. Игра «Цепь» дождалась своей очереди в доработке.
В 2016 году я решил вернуться к проекту и «достал» кубики. Первая идея была использовать те же кубики, но сделать крепления по типу пружинных контактов и склеить из картона поле с ячейками, на стенках которых располагались бы контакты:
Конструкция получилась громоздкой, а из-за низкой жесткости стенок кубики не давали нужного качества контакта.
Инженерная мысль двигалась дальше. Небольшое отступление по выбору материала. Вы можете резонно сказать, почему я не воспользовался 3D печатью или лазерной резкой? Ответ прост — у меня нету 3D-принтера (точнее его некуда ставить в квартире), а ближайшая вменяемая резка по цене и качеству находится километрах в 500 от моего города. Даже найти тонкую фанеру оказалось нереальным квестом, не говоря уже об специальной модельной. Плюс давно хотел попробовать привычный любителям настольных игр материал — картон.
Второй вариант был применить способ, который я уже использовал ранее при проектировании Скратчдуино — то есть 2.5 моделирование самих блоков конструктора и магниты для крепления. Этот способ не требовал мощных дорогих магнитов, а у меня дома был запас цилиндрических 5 мм магнитов разной высоты (2 и 3 мм).
Также было решено для начала сделать «физический» аналог настольной игры «Цепь», благо он требовал поля только 4x4, а потом уже собрав все «шишки», сделать поле сборки большего размера (хотя бы 4x6, а лучше 6x8).
Оставался еще один вопрос — из чего сделать контакты. Идеал — медная полоса. Проблема идеала — где ее взять. Также медь немагнитна и надо было бы ставить магниты и на поле и на блоки. С учетом того, что для размещения под контактами надо было бы магниты по мощнее (а это и средства и время на пересылку), поиск подходящего материала продолжился. И взгляд упал на скобы для степлера. Дома были скобы разных размеров, они были стальные (то есть проводили ток и магнитились) и их было много.
В итоге список необходимых компонентов определился — скобы для степлера №35 (26/6 1 упаковка), магниты неодимовые С-5x2-N35 и C-5x3-N35 с никелевым покрытием (проводящим ток), картон (микрогофрокартон, оставшийся от упаковок из-под фотографий и коробок), провод, припой, светодиод, резистор, микролампочка, диод и кнопка. Для склеивания деталей решено было применить клей ПВА, а для пробивания отверстий под магниты подошел обычный дырокол.
Материалы определены, размеры тоже (ячейка 40x40 мм, блок 38x38 мм) и начался непосредственный процесс.
Поле представляет собой лист картона, размеченный на квадраты 40x40 мм, боковые грани которых по центру «простеплерены» блоком скоб.
Скобы я брал такие же, как и для блоков-кубиков, но тут же совершил первую ошибку. Я не посмотрел, что скобы покрыты сверху не проводящим ток материалом и поэтому пришлось позже защищать их. Также я попытался облудить их (что получилось не очень качественно) и размер скоб надо брать больше, чтобы не зависеть от погрешностей изготовления блоков. Если решите повторить эту конструкцию, возьмите скобы шириной около 20 мм и делайте блок шириной 1 см.
Скобы были вставлены в прорези картона и загнуты с обратной стороны. На фото боковые провода нужны для «имитации» общей шины настольный игры «Цепь» и в итоговой версии конструктора будут заменены блоками.
Итак, в результате этой кропотливой работы у нас получается поле с контактными площадками, к которым хорошо примагничиваются наши магниты-контакты.
Теперь нужно было сделать сами блоки с проводниками и радиодеталями. Проблема заключалась еще в том, что в настольной игре были элементы с крестообразным пересечением и скрещивающимися проводниками, а обеспечить контакт всех 4-х магнитов было невозможно (вспомните через сколько точек проходит плоскость). Поэтому было решено отказаться от таких блоков и сделать максиму Т-образные элементы. Для скрещивающихся элементов я планирую использовать специальные мостики-провода в будущем.
Сам блок состоит из трех квадратов картона размером 38x38 мм. В среднем проделаны отверстия под магниты и прорези для скоб. На него сверх приклеивается на клей ПВА второй квадрат только с прорезями для скоб. После этого устанавливается в отверстие маленький магнит 5x2 мм, сверху закрывается блоком скоб, которые загибаются с другой стороны. К ним припаиваются радиодетали или проводники. С другой стороны ставим магниты 5x3 мм и приклеиваем квадрат с отверстиями. За счет того, что магниты «прилипают» к магнитам под скобами они очень плотно держатся и не остаются на поле.
Таким образом изготавливаем заготовки с двумя и тремя магнитными площадками. Затем припаиваем проводники или радиодетали.
Сверху наклеиваем картонные полосы (два или три слоя в зависимости от высоты деталей) и закрываем все картонной «крышечкой», на которой рисуем маркером обозначение (прямой проводник, угловой, Т-образные или радиоэлемент).
В итоге мы получили вот такое поле и набор деталей. Батарею я не стал делать в виде блока (хотя есть идея использовать таблетку на 5 В в будущем), а сделал элемент с двумя проводами, к которым подключаются 3 батарейки.
В процессе тестирования оказалось, что лампочка не зажигалась, если в цепи был светодиод или резистор, а светодиод нельзя было использовать без сопротивления (запах горелой пластмассы это отчетливо показал). Поэтому для имитации игрового процесса было решено собрать «сигнальную» цепь из другого светодиода и резистора на макетной плате, а игру чуть упростить, оставив только один светодиод, который нужно «зажечь» для выигрыша. Это оказалось не критично и такой вариант даже более интересным, так как позволял менять стартовые условия игры. Сама игра «Цепь» в настольной версии также будет переработана и перенесена на поле больше размера, с несколькими лампами и светодиодами и различными стартовыми позициями.
Для игры также были заготовлены карточки, вытягивая которые игрок понимает, какой элемент он может использовать. Ниже итоговое фото игры-радиоконструктора, а также процесс игры.
Хотя я и создаю настольные игры, обучающие в том числе и основам электротехники, но я всегда рекомендую совмещать их с физическими деталями, проводами и макетными платами.
И поэтому я хочу представить вам конструктор размером с пластиковую банковскую карточку, который был разработан для ознакомления детей с простыми схемами, но достаточно необычным образом. Идея была сделать простоту уровня Знатока, но на макетных платах.
Для изготовления конструктора вам понадобится и скачать три PDF файла по ссылке.
Затем распечатать и наклеить на плотную бумагу первый из них: Карту-схему.
Потом вам иголкой в ней надо проткнуть в обозначенных местах отверстия, разрезать ее на две половинки и закрепить кнопками-гвоздиками на макетной плате.
Два других файла представляют собой лицевую и оборотную сторону карточек-пояснений с заданиями. Их надо распечатать на А4 формате, склеить между собой и вырезать.
Кроме карточек и вам понадобится найти у себя в закромах или купить:
— Мини макетную плату 10x17 для сборки без пайки;
— Набор резисторов (220 Ом, 1 КОм, 10 КОм, но можно и другие близкие номиналы и желательно с тонкими ножками);
— Диод на 1А;
— Светодиод (2-2.5В) любого цвета;
— Лампочка накаливания мини (3 В);
— Перемычки для макетной платы шириной 1 см;
— Две батарейки AA;
— Три магнита неодимовых диаметром 5 мм или батарейный отсек на 2 батареи;
— Четыре провода-щупа соединительных для макетных плат;
— Четыре кнопки-гвоздика;
— Примеры проводников и диэлектриков.
Принцип простой — все карточки пронумерованы цифрами и буквами. Ребенок начинает с А1, потом переходит к Б1 и т.д, затем к новой цифре. Буква обозначает сегмент на карте-схеме, цифра — номер карты схемы.
На одной стороне карточки дана теория по изучаемому компоненту и инструкция по сборке, на другой стороне графическое изображение, интересный факт и вопрос, на который ребенок должен дать ответ.
Схема собирается с помощью карты-схемы на макетной плате и испытывается на работоспособность.
Конструктор хоть и миниатюрный, но показать как устроена простейшая электрическая цепь позволяет, как и «пощупать» настоящие радиодетали.
Подробнее о конструкторе можно посмотреть в прилагаемом видео:
Все файлы свободны и бесплатны для скачивания, можете их использовать по вашему желанию, но буду признателен если вы упомянете мой проект SIMPLEROBOT | ПРОСТОРОБОТ.
Инструменты и материалы:
-Фанера;
-Провода;
-Батарейный отсек;
-Батарейки;
-Солнечная панель;
-Электромоторы;
-Выключатели;
-Потенциометры;
-Светодиоды;
-Паяльник;
-Пила;
-Наждачная бумага;
-Дрель;
-Клеевой пистолет;
-Шурупы;
Шаг второй: шурупы
Дальше, необходимо, немного вкрутить шурупы в плитки. Количество шурупов, на одной плитки, зависит от детали, которая будет на ней закреплена. Шурупы будут играть роль контактов, поэтому автор советует использовать шуруп с "крестовой" шляпкой под + , а с обычной под -.
Шаг третий: электрокомпоненты
Следующим шагом нужно закрепить электродетали на плитке, соединить их проводами с шурупами, припаять.
Батарейный отсек.
От себя добавлю.
Можно добавлять свои детали дополнительное питание, сопротивление, электромагниты и т.д. Если даже вы не знаете, как работают некоторые из них, информацию можно найти в сети. Можно поискать соответствующую литературу, например книги к электронному конструктору "Знаток", там все расписано доступным языком.
Инструменты и материалы:
-Неодимовые магниты;
-Медная лента с клейким слоем;
-Трехслойный картон;
-Держатель батареи;
-Светодиоды;
-Резисторы;
-Конденсаторы;
-Транзисторы;
-Светозависимый резистор;
-Динамик;
-Кнопки;
-Потенциометр;
--Ножницы;
-Паяльные принадлежности;
-Красные и синий маркеры;
-Пинцет;
Шаг первый: минимальный набор
Минимальный набор электронного конструктора составляют следующие детали:
4 прямых разъема
4 уголка
2 Т-образных соединения
1 батарейный блок
2 светодиода (зеленый и красный)
4 резистора (100 Ом, 220 Ом, 10 кОм, 22 кОм)
1 потенциометр (10 кОм)
1 LDR (светозависимый резистор)
1 NPN транзистор (например, 2n3904)
1 электролитический конденсатор 100 мкФ
1 кнопка
1 сенсорная панель
Минимальный набор состоит из 23 блок и для него нужно 100 неодимовых магнитов.
Ниже представлены 11 схем собранных с помощью этого набора.
Шаг второй: полюса магнитов
Как мы знаем из уроков физики магниты имеют два полюса, и притягиваются друг к другу, разными полюсами. Неодимовые магниты не имеют маркировки полюсов, и мастер маркирует их сам. Для этого он собирает магниты в одну полосу и подвешивает на нитку. Сторона, указывающая на север, будет промаркирована красным маркером, а указывающая на юг - синим.
Шаг третий: блоки
Лист картона нужно расчертить на квадраты 2,5 Х 2,5 сантиметров, несколько прямоугольников 2,5 см Х 5,2 см и 5,2 см Х 6,4 см. Затем нужно вырезать по разметке.
Шаг четвертый: магниты и медная лента
Теперь нужно нарезать ленту по размерам.
Блок разъемов: 4 магнита, лента 5 см. Длинный блок разъемов: 4 магнита, лента 8 см. Угловой блок: 4 магнита, 2 куска ленты по 3 см. Т-образное соединение: 6 магнитов, 1 кусок ленты 3 см, 1 кусок ленты 5 см. Перекрестное соединение: 8 магнитов, 2 куска ленты 1,5 см, 1 кусок ленты 5 см, 2-контактный компонент: 4 магнита, 2 куска ленты 2 см, 3-контактный компонент: 6 магнитов, 3 куска ленты 2 см.
Сгруппируйте магниты попарно, где каждая пара имеет одну синюю и одну красную сторону вверху. Удалите бумагу с медной ленты и наклейте ее на магниты, отступив около 5 мм от нижней кромки ленты. Наклейте ленту на картонный квадрат так, чтобы магниты были на боковой стороне блока. Ориентировать магниты нужно так: по часовой стрелке одна сторона синий-красный, вторая сторона синий-красный и т.д. Такое построение гарантирует, что как бы не были развернуты блоки, магниты будут соприкасаться разными полюсами.
Шаг шестой: электрокомпоненты
С помощью иглы пробейте небольшие отверстия в местах, куда будут припаиваться выводы деталей. Отрежьте провода или ножки до нужной длины. Вставьте ножки в отверстия и припаяйте. Для резисторов и конденсаторов напишите значение на блоке. Укажите символами и цветами другие свойства компонентов, например, полярность светодиодов и т. д.
Читайте также: