20 mai 2016 à 21h48

"L'électricité en carrés" ou comment j'ai fait un concepteur électronique à partir de matériaux improvisés

• Bricolage ou bricolage,
• Jeux et consoles de jeux

L'idée de créer un jeu de construction électronique me trottait dans la tête depuis longtemps. Enfant, j'avais un constructeur EKON-1 et je voulais créer quelque chose de similaire, mais à un niveau moderne. Le connaisseur domine le marché, il existe également des exemples de constructeurs modulaires à l'étranger, mais le prix et le taux de change ne sont pas agréables à regarder.

En revanche, il y a eu des développements intéressants en URSS (l'un d'eux vit toujours en Allemagne et est en cours de production).

Je voulais aussi quelque chose de "chaud" dans les matériaux, comme le bois. En 2014, dans le cadre du projet PROSTOROBOT, l'idée des cubes électroniques est née, qui en 2015 a même reçu un prix de l'AIDT pour l'idée lors de l'une des étapes de qualification du Startup Tour.

Toujours à cette époque, j'ai imaginé le jeu de société logique "Chain", qui permettait de jouer " circuits électriques". Le jeu peut être librement téléchargé et imprimé à partir du lien.

Le temps passait. Les cubes ont dû être mis de côté, car le prix des aimants de la puissance requise les rendait assez chers. Le jeu "Chain" attendait son tour pour être finalisé.

En 2016, j'ai décidé de revenir sur le projet et j'ai "obtenu" les cubes. La première idée était d'utiliser les mêmes cubes, mais de réaliser des attaches comme des contacts à ressort et de coller une boîte en carton avec des alvéoles, sur les parois desquelles seraient situés les contacts :

La conception s'est avérée encombrante et, en raison de la faible rigidité des parois, les cubes n'ont pas fourni la qualité de contact souhaitée.

La pensée de l'ingénierie a évolué. Une petite parenthèse sur le choix du matériel. Pouvez-vous raisonnablement dire pourquoi je n'ai pas utilisé l'impression 3D ou la découpe laser ? La réponse est simple - je n'ai pas d'imprimante 3D (plus précisément, il n'y a nulle part où la mettre dans l'appartement), et la coupe la plus proche en termes de prix et de qualité est à 500 kilomètres de ma ville. Même trouver du contreplaqué mince s'est avéré être une quête irréaliste, sans parler d'un modèle spécial. De plus, je voulais depuis longtemps essayer le matériau familier aux fans de jeux de société - le carton.

La deuxième option était d'appliquer la méthode que j'avais déjà utilisée plus tôt lors de la conception de Scratchduino - c'est-à-dire la modélisation 2.5 des blocs constructeurs eux-mêmes et des aimants pour la fixation. Cette méthode ne nécessitait pas d'aimants puissants et coûteux, et à la maison j'avais une réserve d'aimants cylindriques de 5 mm de différentes hauteurs (2 et 3 mm).

Il a également été décidé de faire d'abord un analogue «physique» du jeu de société «Chain», car il ne nécessitait qu'un champ 4x4, puis après avoir collecté toutes les «bosses», agrandissez le champ d'assemblage (au moins 4x6, mais mieux 6x8).

Il y avait une autre question - de quoi nouer des contacts. L'idéal est une bande de cuivre. Le problème de l'idéal est de savoir où l'obtenir. Aussi, le cuivre est amagnétique et il faudrait mettre des aimants sur le terrain et sur les plots. Compte tenu du fait qu'il faudrait des aimants plus puissants pour les placer sous les contacts (et cela signifie à la fois de l'argent et du temps pour l'expédition), la recherche d'un matériau approprié s'est poursuivie. Et l'œil est tombé sur les agrafes pour l'agrafeuse. Les maisons avaient des agrafes de différentes tailles, elles étaient en acier (c'est-à-dire qu'elles conduisaient le courant et étaient magnétisées) et il y en avait beaucoup.

En conséquence, la liste des composants nécessaires a été déterminée - agrafes pour agrafeuse n ° 35 (26/6 1 paquet), aimants en néodyme C-5x2-N35 et C-5x3-N35 avec revêtement en nickel (conducteur), carton (carton micro-ondulé restes de colis de - sous photos et boîtes), fil, soudure, LED, résistance, microampoule, diode et bouton. Pour coller les pièces, il a été décidé d'utiliser de la colle PVA, et un perforateur ordinaire est venu percer des trous pour les aimants.

Les matériaux ont été déterminés, les dimensions aussi (cellule 40x40 mm, bloc 38x38 mm) et le procédé direct a commencé.

Le champ est une feuille de carton, marquée en carrés de 40x40 mm, dont les faces latérales sont «agrafées» au centre avec un bloc d'agrafes.

J'ai pris les agrafes de la même manière que pour les blocs-cubes, mais j'ai immédiatement commis la première erreur. Je n'ai pas vu que les agrafes étaient recouvertes d'un matériau non conducteur sur le dessus et devaient donc être protégées par la suite. J'ai également essayé de les étamer (ce qui s'est avéré être de très mauvaise qualité) et la taille des supports devrait être prise davantage pour ne pas dépendre des erreurs de fabrication des blocs. Si vous décidez de répéter ce dessin, prenez des agrafes d'environ 20 mm de large et faites un bloc de 1 cm de large.

Les agrafes ont été insérées dans les fentes du carton et repliées verso. Sur la photo, les fils latéraux sont nécessaires pour "imiter" le bus commun du jeu de société "Chain" et dans la version finale du concepteur, ils seront remplacés par des blocs.

Ainsi, à la suite de ce travail minutieux, nous obtenons un champ avec des plots de contact, sur lesquels nos aimants de contact sont bien magnétisés.

Il fallait maintenant fabriquer les blocs eux-mêmes avec des conducteurs et des composants radio. Le problème était également que dans le jeu de société, il y avait des éléments avec une intersection en forme de croix et des conducteurs croisés, et il était impossible d'assurer le contact des 4 aimants (rappelez-vous le nombre de points traversés par l'avion). Par conséquent, il a été décidé d'abandonner de tels blocs et de faire le maximum d'éléments en forme de T. Pour les éléments de croisement, je prévois d'utiliser des ponts métalliques spéciaux à l'avenir.

Le bloc lui-même se compose de trois carrés de carton mesurant 38x38 mm. En moyenne, des trous sont faits pour les aimants et des fentes pour les supports. Au-dessus, un deuxième carré est collé à la colle PVA uniquement avec des fentes pour les agrafes. Après cela, un petit aimant de 5x2 mm est installé dans le trou, fermé par le haut avec un bloc de supports pliés de l'autre côté. Des composants radio ou des conducteurs y sont soudés. D'autre part, nous mettons des aimants 5x3 mm et collons un carré avec des trous. Du fait que les aimants "collent" aux aimants sous les supports, ils tiennent très fermement et ne restent pas sur le terrain.

Ainsi, nous produisons des ébauches à deux et trois plates-formes magnétiques. Ensuite, soudez les conducteurs ou les composants radio.

Nous collons des bandes de carton sur le dessus (deux ou trois couches selon la hauteur des pièces) et fermons le tout avec un "couvercle" en carton, sur lequel nous dessinons une désignation avec un marqueur (conducteur droit, angulaire, en T ou élément radio ).

En conséquence, nous avons obtenu un tel champ et un ensemble de détails. Je n'ai pas fait la batterie sous la forme d'un bloc (bien qu'il y ait une idée d'utiliser une tablette 5 V à l'avenir), mais j'ai fait un élément avec deux fils auxquels 3 batteries sont connectées.

Lors des tests, il s'est avéré que l'ampoule ne s'allumait pas s'il y avait une LED ou une résistance dans le circuit, et la LED ne pouvait pas être utilisée sans résistance (l'odeur de plastique brûlé le montrait clairement). Par conséquent, pour simuler le gameplay, il a été décidé d'assembler un circuit «signal» à partir d'une autre LED et d'une résistance sur une planche à pain, et de simplifier un peu le jeu, en ne laissant qu'une seule LED qui doit être «allumée» pour gagner. Cela s'est avéré non critique, et cette option était encore plus intéressante, car elle permettait de changer les conditions de départ du jeu. Le jeu Circuit lui-même dans la version de table sera également repensé et déplacé vers un plateau plus grand, avec plusieurs lampes et LED et différentes positions de départ.

Des cartes ont également été préparées pour le jeu, en dessinant que le joueur comprend quel élément il peut utiliser. Vous trouverez ci-dessous la photo finale du jeu du constructeur de radio, ainsi que le processus de jeu.

Constructeur électronique- un excellent divertissement pour l'enfant, qui vous permet de combiner le jeu avec l'acquisition de connaissances sur monde physique. Étant engagé dans la création de circuits électroniques, l'enfant se familiarisera avec le monde de l'électronique et tirera un grand plaisir du gameplay.

Le concepteur électronique est le plus utile pour les enfants.À ce moment, ils reçoivent des connaissances de base sur l'électronique et jouer avec le concepteur leur permet d'approfondir. L'étudiant a la possibilité de créer en autonomie un simulateur de son, un enregistreur vocal, ou tous ces dispositifs radio-électroniques sont contenus dans le résumé qui accompagne le concepteur.

Non seulement les écoliers, mais aussi les plus jeunes peuvent jouer avec le concepteur électronique. Le fait est que pour créer un circuit électronique, les pièces n'ont pas besoin d'être soudées - elles sont connectées à l'aide de boutons. Cela vous permet de faire facilement et rapidement ce que vous voulez. appareil électronique. Et si vous n'aimez pas le résultat, les détails peuvent être démontés. Et tout recommencer.

Lors de l'achat d'un concepteur électronique, n'oubliez pas que seuls les enfants de plus de 4 ans peuvent jouer seuls avec. Le kit de construction contient de nombreuses petites pièces que le bébé peut accidentellement avaler. Par conséquent, si votre enfant n'a pas encore atteint l'âge recommandé, assemblez vous-même les circuits électroniques et l'enfant observera avec intérêt toutes les manipulations en cours.

Dans la production du concepteur, seuls des matériaux respectueux de l'environnement sont utilisés - des éléments de connexion en plastique et en métal non toxiques. Cela garantit que (sous réserve des règles de fonctionnement) les pièces du concepteur n'émettront aucun produit chimique nocif.

L'assemblage des circuits électroniques peut être effectué à la fois sur la table et sur une plate-forme en plastique spéciale, incluse dans le kit. Mais, bien sûr, la deuxième option est beaucoup plus pratique et pratique - l'appareil électronique fini peut être facilement transféré d'un endroit à l'autre, du fait que tous ses éléments sont fixés sur un "substrat" ​​rigide et solide.

Les concepteurs électroniques créent différents fabricants. En Russie, le concepteur électronique "Expert" est particulièrement populaire. Il y a plusieurs raisons à cela. Il est à noter que le concepteur électronique peut être produit dans différentes variantes (le nombre de schémas varie). Naturellement, plus ils sont nombreux, plus le prix est élevé, car le kit comprend des pièces supplémentaires.

Comme déjà mentionné, avec un concepteur de haute qualité vient des instructions détaillées, dans lequel vous pouvez trouver des images de circuits électroniques. Le nombre d'entre eux dépend de la variation du concepteur. Au tout début de l'abstrait, il existe des schémas dont l'assemblage n'est pas particulièrement difficile - même un enfant d'âge préscolaire peut les concevoir. Sur les feuilles suivantes, la complexité des circuits augmente. Il est préférable de commencer le jeu avec les options les plus simples.

En général, un concepteur électronique est un excellent moyen de divertir votre enfant avec un jeu passionnant qui augmentera ses capacités intellectuelles. De plus, le jeu avec le concepteur développe la motricité fine des mains - à l'avenir, lorsque le bébé apprendra à écrire, cela sera sans aucun doute bénéfique. Et pour les écoliers, le concepteur facilitera l'acquisition de connaissances sur l'électronique et traduira ce processus sous forme de jeu.

Et que nous offre l'industrie étrangère ? Le stand d'étude des bases de l'électronique permet de construire plus de 200 circuits différents. Selon le manuel d'instructions, il y en a 288, mais certains ont des différences extrêmement mineures.

Le support est fourni avec des câbles de connexion, des instructions détaillées pour la mise en place d'expériences sur langue Anglaise, ainsi que la traduction de ce manuel en russe. A en juger par la qualité de la traduction, celle-ci a été faite à la machine ou par un traducteur qui ne connaît pas très bien l'électronique. Les performances d'impression de la traduction ne sont pas élevées, quelque chose sur certains diagrammes est très difficile. Cependant, en raison de la très petite échelle, de nombreux schémas du manuel d'origine doivent également être démontés avec une loupe. Le principal avantage de la traduction est qu'elle existe. Pour une personne qui ne connaît pas l'anglais, cette traduction sera toujours utile. Les fils de connexion sont isolés, unipolaires, il est donc préférable de ne pas les plier inutilement. Les fils sont donnés en quantité : 10 cm - 11 pcs, 20 cm - 12 pcs, 30 cm - 10 pcs, 40 cm - 8 pcs. Les conclusions des blocs électroniques et des éléments radio individuels se présentent sous la forme de ressorts qui fixent solidement les fils de connexion, dans tous les cas, si le nombre de fils connectés à un ressort ne dépasse pas 3-4.

Le stand a un ampèremètre pointeur. L'échelle de l'appareil n'est pas graduée en ampères, mais en « perroquets ».

L'enceinte est tout à fait capable de remplir les fonctions qui lui sont assignées.

Le moteur électrique, en plus de sa fonction principale, sert également de cloche, pour cela un marteau spécial est placé sur l'arbre, qui, lorsque l'arbre tourne, frappe la cloche. L'appel est fort, bon pour les démonstrations.

Le stand est alimenté par quatre cellules galvaniques de type AA, qui sont regroupées par paires dans deux blocs. Un élément radio est visible sous le bloc, connecté en série avec des cellules galvaniques, apparemment il s'agit d'un fusible à réarmement automatique. De manière générale, en fonctionnement réel, je pense qu'il est déconseillé d'utiliser des piles, car elles sont plus sensibles aux courts-circuits.

Le champ de travail principal, où se trouvent la plupart des éléments du stand. Vous pouvez cliquer pour agrandir la photo.

Le support comporte des éléments radio pour la construction d'un récepteur radio. Cependant, la plupart des circuits du récepteur radio sont une "boîte noire". Bien que je ne pense pas que ce soit un très gros inconvénient, car un radioamateur novice ne peut assembler qu'un récepteur de détection. Et il n'est pas nécessaire d'attendre de lui un travail de haute qualité, ce qui peut être source de déception. Sur le stand, vous pouvez expérimenter le circuit oscillatoire du récepteur, la longueur de l'antenne fouet, de sorte que certaines informations sur les récepteurs radio seront toujours obtenues. La diode, le thyristor, les transistors npn et pnp sont situés séparément. Malheureusement, ni la documentation ni le support lui-même n'indiquent un type spécifique d'éléments semi-conducteurs, ce qui rend difficile la réparation ou la reproduction de circuits séparés du support.

Sous le récepteur radio, il y a une résistance variable, un magasin de conteneurs, un microphone, une photorésistance, un interrupteur, un écran tactile.

Sur le côté droit du support, il y a un indicateur à sept segments, un émetteur sonore piézo et un panneau de LED. Il existe des "boîtes noires" spécialisées pour jouer différents sons.

Dans la partie inférieure droite du support, il y a une boîte de résistance, un amplificateur opérationnel, un interrupteur et un interrupteur à lames normalement ouvert. Le support est livré avec un certain nombre d'accessoires. Roue chromatique pour montrer le mélange des couleurs. Il est placé sur l'arbre du moteur, lorsqu'il est tourné, le cercle devient gris. En général, l'ajout de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel devrait donner du blanc, mais en raison de l'inévitable imperfection de couleur, il s'avère être gris. L'hélice "fly" devrait décoller de l'arbre moteur, je n'ai pas réussi à le faire. Le marteau est placé sur l'arbre du moteur et le transforme en cloche électrique. Le tube noir à une extrémité a un aimant pour fermer l'interrupteur à lames, l'autre extrémité peut être placée sur une photorésistance pour l'assombrir. Les clips en plastique sont conçus pour déconnecter les fils des ressorts.

Le stand est assez durable et après plusieurs années de fonctionnement assez intensif (quoique prudent) est pleinement opérationnel, le principal défaut de conception est le dessous du stand, qui est constitué d'emballages en carton ondulé. Mais en général, le stand peut servir de cadeau intéressant pour un adolescent curieux. Merci pour votre attention. Revue préparée spécifiquement pour le site - Denev.

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L'idée de créer un jeu de construction électronique me trottait dans la tête depuis longtemps. Enfant, j'avais un constructeur EKON-1 et je voulais créer quelque chose de similaire, mais à un niveau moderne. Le connaisseur domine le marché, il existe également des exemples de constructeurs modulaires à l'étranger, mais le prix et le taux de change ne sont pas agréables à regarder.

En revanche, il y a eu des développements intéressants en URSS (l'un d'eux vit toujours en Allemagne et est en cours de production):

Je voulais aussi quelque chose de "chaud" dans les matériaux, comme le bois. En 2014, dans le cadre du projet PROSTOROBOT, l'idée des cubes électroniques est née, qui en 2015 a même reçu un prix de l'AIDT pour l'idée lors de l'une des étapes de qualification du Startup Tour.

C'est aussi à cette époque que j'ai imaginé le jeu de société logique "Circuit", qui permettait de jouer aux "circuits électriques". Le jeu peut être librement téléchargé et imprimé à partir du lien.

Le temps passait. Les cubes ont dû être mis de côté, car le prix des aimants de la puissance requise les rendait assez chers. Le jeu "Chain" attendait son tour pour être finalisé.

En 2016, j'ai décidé de revenir sur le projet et j'ai "obtenu" les cubes. La première idée était d'utiliser les mêmes cubes, mais de réaliser des attaches comme des contacts à ressort et de coller une boîte en carton avec des alvéoles, sur les parois desquelles seraient situés les contacts :

La conception s'est avérée encombrante et, en raison de la faible rigidité des parois, les cubes n'ont pas fourni la qualité de contact souhaitée.

La pensée de l'ingénierie a évolué. Une petite parenthèse sur le choix du matériel. Pouvez-vous raisonnablement dire pourquoi je n'ai pas utilisé l'impression 3D ou la découpe laser ? La réponse est simple - je n'ai pas d'imprimante 3D (plus précisément, il n'y a nulle part où la mettre dans l'appartement), et la coupe la plus proche en termes de prix et de qualité est à 500 kilomètres de ma ville. Même trouver du contreplaqué mince s'est avéré être une quête irréaliste, sans parler d'un modèle spécial. De plus, je voulais depuis longtemps essayer le matériau familier aux fans de jeux de société - le carton.

La deuxième option était d'appliquer la méthode que j'avais déjà utilisée plus tôt lors de la conception de Scratchduino - c'est-à-dire la modélisation 2.5 des blocs constructeurs eux-mêmes et des aimants pour la fixation. Cette méthode ne nécessitait pas d'aimants puissants et coûteux, et à la maison j'avais une réserve d'aimants cylindriques de 5 mm de différentes hauteurs (2 et 3 mm).

Il a également été décidé de faire d'abord un analogue «physique» du jeu de société «Chain», car il ne nécessitait qu'un champ 4x4, puis après avoir collecté toutes les «bosses», agrandissez le champ d'assemblage (au moins 4x6, mais mieux 6x8).

Il y avait une autre question - de quoi nouer des contacts. L'idéal est une bande de cuivre. Le problème de l'idéal est de savoir où l'obtenir. Aussi, le cuivre est amagnétique et il faudrait mettre des aimants sur le terrain et sur les plots. Compte tenu du fait qu'il faudrait des aimants plus puissants pour les placer sous les contacts (et cela signifie à la fois de l'argent et du temps pour l'expédition), la recherche d'un matériau approprié s'est poursuivie. Et l'œil est tombé sur les agrafes pour l'agrafeuse. Les maisons avaient des agrafes de différentes tailles, elles étaient en acier (c'est-à-dire qu'elles conduisaient le courant et étaient magnétisées) et il y en avait beaucoup.

En conséquence, la liste des composants nécessaires a été déterminée - agrafes pour agrafeuse n ° 35 (26/6 1 paquet), aimants en néodyme C-5x2-N35 et C-5x3-N35 avec revêtement en nickel (conducteur), carton (carton micro-ondulé restes de colis de - sous photos et boîtes), fil, soudure, LED, résistance, microampoule, diode et bouton. Pour coller les pièces, il a été décidé d'utiliser de la colle PVA, et un perforateur ordinaire est venu percer des trous pour les aimants.

Les matériaux ont été déterminés, les dimensions aussi (cellule 40x40 mm, bloc 38x38 mm) et le procédé direct a commencé.

Le champ est une feuille de carton, marquée en carrés de 40x40 mm, dont les faces latérales sont «agrafées» au centre avec un bloc d'agrafes.

J'ai pris les agrafes de la même manière que pour les blocs-cubes, mais j'ai immédiatement commis la première erreur. Je n'ai pas vu que les agrafes étaient recouvertes d'un matériau non conducteur sur le dessus et devaient donc être protégées par la suite. J'ai également essayé de les étamer (ce qui s'est avéré être de très mauvaise qualité) et la taille des supports devrait être prise davantage pour ne pas dépendre des erreurs de fabrication des blocs. Si vous décidez de répéter ce dessin, prenez des agrafes d'environ 20 mm de large et faites un bloc de 1 cm de large.

Les agrafes étaient insérées dans les fentes du carton et pliées par l'arrière. Sur la photo, les fils latéraux sont nécessaires pour "imiter" le bus commun du jeu de société "Chain" et dans la version finale du concepteur, ils seront remplacés par des blocs.

Ainsi, à la suite de ce travail minutieux, nous obtenons un champ avec des plots de contact, sur lesquels nos aimants de contact sont bien magnétisés.

Il fallait maintenant fabriquer les blocs eux-mêmes avec des conducteurs et des composants radio. Le problème était également que dans le jeu de société, il y avait des éléments avec une intersection en forme de croix et des conducteurs croisés, et il était impossible d'assurer le contact des 4 aimants (rappelez-vous le nombre de points traversés par l'avion). Par conséquent, il a été décidé d'abandonner de tels blocs et de faire le maximum d'éléments en forme de T. Pour les éléments de croisement, je prévois d'utiliser des ponts métalliques spéciaux à l'avenir.

Le bloc lui-même se compose de trois carrés de carton mesurant 38x38 mm. En moyenne, des trous sont faits pour les aimants et des fentes pour les supports. Au-dessus, un deuxième carré est collé à la colle PVA uniquement avec des fentes pour les agrafes. Après cela, un petit aimant de 5x2 mm est installé dans le trou, fermé par le haut avec un bloc de supports pliés de l'autre côté. Des composants radio ou des conducteurs y sont soudés. D'autre part, nous mettons des aimants 5x3 mm et collons un carré avec des trous. Du fait que les aimants "collent" aux aimants sous les supports, ils tiennent très fermement et ne restent pas sur le terrain.

Ainsi, nous produisons des ébauches à deux et trois plates-formes magnétiques. Ensuite, soudez les conducteurs ou les composants radio.

Nous collons des bandes de carton sur le dessus (deux ou trois couches selon la hauteur des pièces) et fermons le tout avec un "couvercle" en carton, sur lequel nous dessinons une désignation avec un marqueur (conducteur droit, angulaire, en T ou élément radio ).

En conséquence, nous avons obtenu un tel champ et un ensemble de détails. Je n'ai pas fait la batterie sous la forme d'un bloc (bien qu'il y ait une idée d'utiliser une tablette 5 V à l'avenir), mais j'ai fait un élément avec deux fils auxquels 3 batteries sont connectées.

Lors des tests, il s'est avéré que l'ampoule ne s'allumait pas s'il y avait une LED ou une résistance dans le circuit, et la LED ne pouvait pas être utilisée sans résistance (l'odeur de plastique brûlé le montrait clairement). Par conséquent, pour simuler le gameplay, il a été décidé d'assembler un circuit «signal» à partir d'une autre LED et d'une résistance sur une planche à pain, et de simplifier un peu le jeu, en ne laissant qu'une seule LED qui doit être «allumée» pour gagner. Cela s'est avéré non critique, et cette option était encore plus intéressante, car elle permettait de changer les conditions de départ du jeu. Le jeu Circuit lui-même dans la version de table sera également repensé et déplacé vers un plateau plus grand, avec plusieurs lampes et LED et différentes positions de départ.

Des cartes ont également été préparées pour le jeu, en dessinant que le joueur comprend quel élément il peut utiliser. Vous trouverez ci-dessous la photo finale du jeu du constructeur de radio, ainsi que le processus de jeu.