Электронный конструктор из LEGO
Сейчас электроника как хобби не имеет такой популярности, как в конце прошлого века. Для того, чтобы возразить интересное и полезное увлечение должны быть соответствующие игрушки, предназначенные для детей раннего возраста. В советском союзе были специальные радиоконструкторы, которые даже пользовались некоторой популярностью, однако сейчас подобные вещи являются большой редкостью, а если где и встречаются, то стоит неоправданно дорого. Однако, подобный электронный конструктор можно сделать своими руками и буквально подручных средств — элементов всем известного конструктора Lego и отдельных радиоэлементов, резисторов, конденсаторов, транзисторов и т.д. В статье автор по шагам описывает процесс создания такого конструктора. Начать стоит с подготовки всех необходимых материалов. Потребуется довольно много (50-100 штук) элементов Lego размерностью 2х2, а также пластина-основа, на которой они будут устанавливаться. Помимо этого потребуется медный или алюминиевый скотч, паяльник и конечно сами радиодетали. Для наглядности, ниже представлено фото основы с элементами Lego.
В качестве примера для сборки автор выбрал схему мультивибратора — простой и классический вариант. Данная схема надёжна и запускается всегда, при условии исправных деталей, при этом она имеет интересную визуальную составляющую — после запуска начнут мигать два светодиода, что непременно привлечёт внимание любого ребёнка. При желании такой конструктор можно подготовить и для любой другой схемы, либо вовсе изготовить больше разнообразие «кубиков», из которых затем можно будет собрать какую угодно схему, даже с использованием микросхем. Ниже представлена электрическая принципиальная схема мультивибратора, который затем будет собран с помощью конструктора.
А картинка ниже описывает весь принцип «работы» конструктора. Каждый из «кубиков» выполняет свою заданную роль — может быть перемычкой, резистором, конденсатором, транзистором. Для удобства и наглядности каждый из элементов имеет свой цвет. Перемычки — белые, транзисторы — зелёные, резисторы — красные, конденсаторы — синие, светодиоды — жёлтые, цвета могут быть какими угодно, в зависимости от того, какие цвета Lego есть в наличии. Обратите внимание, что кубики-перемычки могут быть различными: замыкающие все 4 стороны, либо только 3 или 2 стороны. Либо перекрёстные, когда замыкаются попарно противоположные стороны. Изготовив большое количество кубиков с различными самыми востребованными номиналами деталей можно существенно разнообразить количество схем, доступных к сборке конструктором.
Первым делом, для удобства изготовления конструктора, стоит собрать всю схему в соответствии с назначенными цветами и карандашом нарисовать все места соединений. Затем в самих блоках сверлятся отверстия для выводов деталей или перемычек.
Количество отверстий в каждом блоке будет зависеть от того, сколько-ногий элемент будет стоять в блоке, либо какая перемычка будет замыкать его грани. Отверстия делаются аккуратно между парами штифтов — от этого будет зависеть эстетичность всего конструктора.
Теперь можно приступить к подготовке «кубиков», процесс показан на фотографиях выше. Сперва из полосы алюминиевого или медного скотча вырезаются отрезки по ширине кубиков, которые затем наклеиваются на боковые грани кубиков. Смысл заключается в том, что когда кубики будут установлены на пластину-основание, их боковые стенки будут плотно прижиматься друг к другу, проложенный скотч при этом обеспечит электрический контакт. Отрезки скотча перегибаются через нижнюю грань и заходят внутрь кубика, там их можно сразу соединить, если данный кубик является перемычкой. Сверху при этом делается обозначение из кусочков проволоки, как сконфигурирована данная перемычка. Если кубик выступает в роли какого либо радиоэлемента, будь то транзистор, конденсатор или резистор, то сверху кубика устанавливается сам радиоэлемент, а его выводы продеваются внутрь и припаиваются к фольге. Для пайки алюминиевого скотча нужно использовать специальный флюс для алюминия, медный скотч паяется обычной канифолью. При этом для наглядности можно сделать на кубиках обозначения, чтобы не перепутать цоколёвку транзистора, полярность конденсатора.
После сборки всех кубиков не помешает проверить каждый из них мультиметром, чтобы не случилось казусов в процессе сборки. Также нужно предусмотреть и несколько кубиков-клеммников, на которые будет подаваться питание схемы, или, например, сниматься какой-либо сигнал. Не лишними будут и кубики-кнопки (тумблеры), позволяющие включать и выключать питание схемы. Ниже фото из процесса сборки — здесь готовы только кубики-перемычки.
Принцип изготовления данного конструктора довольно прост и позволяет создать своими руками конструктор, не уступающий фирменным. Если под рукой есть много ненужных деталей Lego — то изготовление конструктора и вовсе обойдётся в сущие копейки. Удачной сборки!
Источник
«Электричество в квадратиках» или как я делал электронный конструктор из подручных материалов
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 4×4, а потом уже собрав все «шишки», сделать поле сборки большего размера (хотя бы 4×6, а лучше 6×8).
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-5×2-N35 и C-5×3-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 40×40 мм, блок 38×38 мм) и начался непосредственный процесс.
Поле представляет собой лист картона, размеченный на квадраты 40×40 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 38×38 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 5×2 мм, сверху закрывается блоком скоб, которые загибаются с другой стороны. К ним припаиваются радиодетали или проводники. С другой стороны ставим магниты 5×3 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.
Источник
Превращаем картонную электрическую схему в настоящую или как сделать простой конструктор из настольной игры
Ранее я уже рассказывал, как сделать самодельный аналог «электрических кубиков» из картона и как придумал настольную игру на построение электрических цепей (которая после успешно собрала средства на издание через краудфандинг и которую уже можно купить).
После запуска издания игры «Не закороти Цепь!» меня посетила мысль: «А что, если сделать обратный процесс?». То есть возможно ли превратить квадратные красивые кусочки картона в компоненты простого электротехнического конструктора и, желательно, без порчи картонных жетонов самой игры.
Вызов был принят и работа закипела.
За основу было решено также взять магнитный принцип крепления. Вопрос оставался как закрепить магниты, из чего сделать контактные площадки компонентов и, главное, как обойтись при этом подручными средствами и сделать все бюджетно? Можно конечно было бы просто сделать и напечатать на том же 3D-принтере корпуса, разместить все компоненты, выгнуть из металла контакты и картонные карточки вложить в специальные углубления, но… Решение было найдено более «изящное» и это…
… Простые зажимы для бумаги. Купленные в ближайшем магазине канцтоваров. Я использовал шириной 25 мм. Также мне понадобились магнитики, которые можно заказать на куче сайтов, диаметром 5 мм и толщиной 2 мм. И немного радиодеталей и проводов.
Первая задача (и проблема) которую надо решить, это сделать зажим проводящим. Он покрыт краской, которая увы ток не проводит. Здесь предстояла механическая работа. Берем наждачную бумагу (или надфиль) и «отшкуриваем» краску с торцов зажима.
Затем «зажимаем» шкурку и снимаем краску с внутренней стороны (нам достаточно получить контакт в зоне касания «лапок» зажима).
Помещаем в каждый зажим внутрь магнит. Полярность не имеет значения, так как магниты небольшие и если вы не угадали с взаимной полярностью, они просто чуть подвинутся внутри зажима и притянут противоположный в любом случае.
После этого можно собирать наш первый «электрический» квадратик. Для этого берем карточку из игры (на фото ее прототип, но реальная игра такая же, только гораздо красивей) и зажимаем его с двух сторон сделанными ранее «контактами» вместе с нужной радиодеталью (лампочкой, диодом, резистором или светодиодом).
После этого «убираем» металлические скобы и получаем готовый компонент.
Для получения блоков проводников можно «зажать» кусочек провода, но можно обойтись проще — достаточно не убирать пружинные скобы зажимов и просто законтачить их друг с другом.
Причем данная схема как оказалось работает в качестве выключателя — достаточно поднять одну скобу, и цепь разрывается. Таким же образом делам Т-образный элемент. Для пересечения всех четырех сторон и скрещивающихся проводников лучше будет взять и «зажать» отрезки провода (для пересечения без изоляции, а для скрещивающихся с изоляцией посередине).
Аналогично можно сделать переключатель.
Потратив немного времени, создаем нужное число компонентов. Осталось подключить цепь к источнику питания. Клеммы также делаем из зажимов (или можно просто «примагнитить» проводники к крайним контактам).
Можно использовать батарейные отсеки, а можно просто соединить батарейки через те же магниты.
У нас получился простой конструктор электрических схем. Для чего его можно использовать? К примеру для разбора работоспособности схем из настольной игры. Я ранее писал, что «движок» игры имеет определенные ограничения и мы получаем прекрасный способ все проверить.
Также можно показать влияние полярности подключения полупроводников на их работу, влияние резистора на работу компонентов и другие основы построение электрических схем.
Можно также показать работу параллельного и последовательных соединений.
Кто то может возразить, что это слишком просто и не интересно, но для детей будет важен сам процесс создания такого конструктора и превращение «бездушной картонки» в работающую электрическую схему. А далее уже можно переходить к макетным платам и более сложным схемам, а настольную игру вернуть в изначальное состояние и использовать как увлекательный логический абстракт, в который интересно «зарубиться» время от времени как детям, так и взрослым.
Источник
