Устройство, мотивирующее детей на изучение аналоговых часов
В наш век всеобщей цифровизации аналоговые часы, с циферблатом и стрелками, сдают свои позиции и уступают место цифровым. Старшее поколение прекрасно читает и цифровые и аналоговые часы, а вот младшее поколение больше ориентируется по цифровым часам. Тем более что именно такой формат привычен на смартфонах, фитнес-браслетах, планшетах и т.д.
Данное устройство призвано мотивировать детей на изучения циферблатных часов. Реализовано это следующим образом.
Внутрь устройства помещаются конфеты, затем крышка закрывается и блокируется рычагом сервопривода. На передней панели есть ЖК-экран и четыре кнопки. По центру экрана размещен циферблат часов, а внизу четыре окошка с цифровыми часами. Одни из цифровых часов совпадают с циферблатом. Если правильно указать три раза на совпадение, то откроется крышка и можно будет забрать конфету.
Инструменты и материалы:
-Arduino Pro Micro;
-1,8-дюймовый TFT-дисплей;
-Перфорированная плата с отверстиями (70 x 50 мм);
-Батарейный отсек с переключателем для 4 батарей AA 1,5 В;
-Стабилизатор напряжения LD1117v33;
-Керамический конденсатор 100 нФ;
-Электролитический конденсатор 10 мкФ;
-Электролитический конденсатор 100 мкФ;
-Штыревой разъем;
-1N4001 диод;
-Микровыключатели — 4 шт;
-Серводвигатель SG90;
-Крепеж;
-Провода;
-3D-принтер;
Шаг первый: схема
На представленных схемах и рисунках показ вид платы спереди с тыльной стороны.
Лицевая сторона — это та, на которой будет расположен дисплей. Pro Micro находится сзади. Следовательно, разъем для дисплея находится на лицевой стороне (и припаян на задней стороне), а разъемы для Pro Micro находятся на задней стороне (и припаяны на лицевой стороне).
Последовательность пайки следующая:
Отрежьте один 3-контактный разъем , один 8-контактный разъем и два 12-контактных разъема.
Припаяйте 8-контактный разъем к передней части , а все остальные разъемы к задней части, как показано на схемах и на первой фотографии. ( 4-контактный разъем, отмеченный красной пунктирной стрелкой не монтируется).
Добавьте провода, как показано на схемах, затем все остальные элементы, как показано на рисунке.
После завершения пайки установите Pro Micro и дисплей в соответствующие разъемы.
Немного более темным коричневым цветом на схеме отмечены перемычки для пайки.
Вместо разъема постоянного тока, показанного на схеме, подключается аккумуляторная батарея.
На стабилизаторе напряжения необходимо установить радиатор. Согнул весь регулятор с радиатором на 90 °.
Шаг второй: программирование
Теперь переходим к программированию.
Запускаем IDE Arduino и загружаем прикрепленный файл Analog_Clock_Box.ino. Обязательно выбираем плату «Sparkfun Pro Micro».
Если этот параметр не отображается, устанавливаем библиотеки IDE, как описано здесь. В качестве дополнительного факта, этот сайт сообщает, что вывод RAW принимает до 12 В, поэтому мы можем минуя, внешний регулятор напряжения, подключить дисплей напрямую к Pro Micro. Наряду с этим, у дешевых клонов Pro Micro ограниченные возможности по выходному току, поэтому дисплей может работать нестабильно.
После установки платы подключаем схему через USB, затем компилируем и загружаем программу.
Теперь на дисплее должны отображаться часы и возможные варианты ответов.
Ниже некоторые подробности о коде:
-Следующая строка в начале кода контролирует, сколько последующих правильных ответов необходимо, прежде чем сервопривод повернется на 90 ° и, таким образом, откроет крышку.
#define MAX_ANSWERS 3
-В строке с 20 по 28 определяют штифты, используемые для приведения в действие дисплея, зуммера и сервопривода. Они должны оставаться неизменными, поскольку эта конфигурация соответствует разводке на монтажной плате.
-Строка 58 инициализирует генератор случайных чисел значением, считанным с pin — кода A3, который не подключен и, следовательно, должен сам генерировать случайное число. Таким образом, процессор должен генерировать разные вопросы при каждом запуске.
-Строки с 65 по 71 определяют цвета, используемые на дисплее. Измените значения RGB, чтобы адаптировать их к вашему стилю.
-Строка 74 инициализирует отображение. Возможно, что на устройстве все цвета выглядят неправильно, так как на рынке представлены разные 1,8-дюймовые дисплеи с (немного) разными чипами драйверов. Если дисплей выглядит странно, нужно попробовать изменить «INITR_BLACKTAB» на «INITR_GREENTAB» или «INITR_REDTAB».
-Строки с 79 по 87 отвечают за четырехтональную вступительную музыку после включения питания.
-Строка 89 вызывает функцию createTimesAndPaintClock (), которая выполняет следующее: генерирует случайное время, рисует часы и отображает три неправильных и один правильный вариант.
-Строки 91 и 92 приводят сервопривод в положение на 0 градусов. Это положение в котором рычаг поднят и, следовательно, крышка закрыта.
-Функция loop() ожидание нажатия любой кнопки. Правильный ответ будет отмечен положительным звуком, неправильный ответ вызовет отрицательный звук. В любом случае в строке 169 генерируется новый вопрос.
После трех правильных ответов подряд строка 149 «поворачивает» сервопривод на 90 градусов, открывая крышку. Теперь система ожидает в очереди 150 секунд повторного нажатия любой кнопки. Если это произойдет, крышка снова окажется в закрытом положении, и сервопривод снова повернет рычаг в заблокированное положение. После этого вся «игра» начнется сначала.
Шаг третий: корпус
Корпус для устройства мастер напечатал на 3D-принтере. Файлы для печати можно скачать ниже.
Battery Case — Upper.stl
Buttons.stl
Electronics Case.stl
Lid.stl
Main Box.stl
Perfboard Fixture.stl
Perfboard Support.stl
Battery Case — Lower.stl
Шаг четвертый: сборка
Теперь можно приступить к сборке.
К Perfboard Fixture прикручиваем плату.
Протягиваем кабель от аккумуляторной батареи через отверстие на левой стороне основного блока. Затем протолкните его через переднее отверстие основного блока и подключаем к разъему на плате.
Устанавливаем на ось большую заслонку, которая поставляется с сервоприводом SG90. Пропускаем кабель через переднее отверстие основного блока. Устанавливаем двигатель с левой стороны основного блока и фиксируем винтами.
Проверяем установку кнопок в отверстия, при необходимости их нужно отшлифовать. Затем кнопки устанавливаем на плату и прикручиваем крышку.
Устанавливаем батарейный отсек и собираем корпус.
Шаг пятый: работа устройства
После включения раздастся короткий приветственный звук. При первом запуске необходимо трижды ответить на запрос, сопоставив аналоговые и цифровые часы. Количество правильных ответов отображается в правом верхнем углу. Если вы нажать правильную кнопку, «цифровое» время над кнопкой будет отмечено зеленым цветом, и пьезоэлектрический индикатор издаст «позитивный» звук. Если ответ неправильный, он будет отмечен красным цветом, правильный ответ — зеленым, а пьезоэлектрический датчик издаст «отрицательный» звук. В этом случае. счетчик обнулиться (для открытия коробки должно быть три правильных ответа подряд). Как только эти три правильных ответа будут даны, сервопривод «разблокирует крышку.
Нужно открыть крышку и поместить внутрь «мотивирующий предмет». Затем крышку закрываем и нажимаем любую кнопку. После нажатия кнопки сервопривод заблокирует крышку.
На видео можно посмотреть демонстрацию работы устройства.
