Micro:bit Yövalo

Micro:bit yövalo, joka syttyy pimeän tullessa ja sammuu valojen syttyessä. Mukana myös unilämpötilamittari, joka tarkastaa onko lämpötila optimaalinen nukkumiseen. Projektissa on käytetty Micro:bit 2 omia toimintoja, eikä se tarvitse ulkoisia sensoreita.  

Prototyyppimme sähkötyö ei toiminut, koodi ja kupu ovat kuitenkin toimivia. Kytkentä tulisi siis miettiä eri tavalla. Ohjeessa selitämme millaisia ongelmia prototyypissä on, ja mitä voisi kokeilla niiden korjaamiseksi. Toimivaksi tiedämme kuitenkin koodin, sekä 3D-printtauksen. 

Yövalo on Mujin ilmankostuttimen muotokielen inspiroima. Siinä on 3D-printattu kupu ja puinen jalusta. Omaan projektiisi voit tehdä yövalostasi oman näköisesi ja käyttää haluamiasi materiaaleja.  

Projekti on suunniteltu opetukseen peruskoulussa. Projekti kattaa 20 käsityön opetustuntia.  

• Micro:bit 2 
• Usb C -johto 
• 2kpl teholedejä 1 W
• Sähköjohtoa 
• Transistori IRL 520 
• Pihdit 
• Johdonkuorimet 
• Metallikappale 
• Vetoniitti 

Suunnitteluvaiheessa mietitään ja laitetaan paperille halutut tekniset ja fyysiset ominaisuudet. Tässä projektissa tavoittelimme himmeää kupua ja puista jalustaa, sekä valosensorilla aktivoituvaa yövaloa ja unilämpömittaria. Kuvissa näkyy piirtämämme kytkentäkaavio ja alustavia piirrustuksia lampusta. Toteuttaessasi tätä työtä, kytkentä tulisi toteuttaa eri tavalla, luultavasti käyttäen kahta transistoria. 

Tähän vaiheeseen on varattu tuntisuunnitelmasta n. 4h. Aika mahdollistaa paljon opettajan tukea sitä tarvitseville oppilaille. Oppilaat saavat tässä vaiheessa paljon vapauksia toimintojen ja ulkomuodon suhteen. Micro:bit ja micro:bitin sensorit asettavat rajat toteutukselle. Lamppuun olisi esimerkiksi mahdollista toteuttaa esimerkiksi herätyskello. 

Seuraavaksi koodi toteutetaan Micro:Bit:in omassa sovelluksessa MakeCodessa. Koodiin voi lisätä muitakin ominaisuuksia riippuen siitä, mitä toimintoja valoon on suunnitellut. Kuvassa koodi valollemme, joka syttyy pimeällä ja sammuu, kun valoisuus ylittää arvon 100. Kuva 2 on koodi lämpömittarille, joka a-painiketta painettaessa näyttää ruksia lämpötilan ylittäessä 21 celsiusastetta ja alittaessa 18 celsiusastetta, ja check-merkkiä sen ollessa optimaalinen nukkumiseen. 

Eriyttämistä voi toteuttaa koodin osalta tekemällä pelkän valon koodauksen nappikytkennällä tai pelkän valosensorilla toimivan valon koodauksen. 

Koodaukseen on varattu tuntisuunnitelmasta 4h. 

https://www.tinkercad.com/things/f1C2nNcE1Ra 

Yläpuolella on linkki Tinkercad-mallinnuksemme lampun kuvusta. Printterin asetukset tulisi aina testata pienellä testikappaleella, jotta selviää, että materiaali läpäisee tarpeeksi valoa ja näyttää siltä miltä sen kuuluukin. Käytimme materiaalina PLA-muovia. Materiaalivalintamme vaati, että printtaus tehtiin kuumalla asetuksella 210 celsiusastetta. Infill, eli täyttö, tuli olla mahdollisimman suuri, jos aikaa tulostukseen on riittävästi, jopa 100%. Nopeudeksi asetimme 70mm/s, ja tulostimena oli Ultimaker 3. Lopulta myös hioimme kuvun, mikä on täysin vapaaehtoista, ja etu on vain esteettinen. 

Projektia on mahdollista eriyttää myös 3D-mallinnuksen osalta. Mallinnuksesta on helposti tehtävissä monimutkaisempi tai yksinkertaisempi. Esimerkiksi teräväkulmainen kupu on helpompi toteuttaa. Kupu on myös mahdollista toteuttaa kierrätysmateriaalista, esimerkiksi pakasterasiasta tai muusta valoa läpi päästävästä materiaalista.  

3D-mallinnukseen ja printtaukseen on varattu tuntisuunnitelmasta 4h, tähän ei kuulu itse tulostukseen kuluva aika. 

Jalustan voi toteuttaa monella tapaa, esimerkiksi 3D-printtaamalla. Tiettyä ulkonäköä tavoitellessamme tiettyä päädyimme puiseen jalustaan. Pala on toteutettu sahaamalla ja höyläämällä viiden sentin paksuisesta raakalankusta 14x14cm kappale, hiomalla kulmat ja talttaamalla kappaleeseen aukko tekniikalle ja kuvun istutukselle. Lopuksi kappale petsattiin ja öljyttiin. 

Puisen jalustan tekoon on varattu tuntisuunnitelmasta 5h toteutettaessa peruskoulussa. Jalustan palat tulisi olla valmiiksi leikattuja, jos toteutetaan samalla tavalla kuin prototyypissämme. Aikaa säästyy myös, jos käyttää jyrsintä. Prototyyppiä tehdessämme huomasimme, että tämä vaihe vei käsityönä verrattaen pitkän ajan kokonaistyöstä. Silti taitava oppilas tekisi sen käsin annetussa ajassakin. 

Jalusta on myös eriytettävissä esimerkiksi tappiliitoslaatikolla tai vanerista liimatulla laatikolla heille, joilla ei ole puun työstöstä juuri kokemusta. 

Suunnitteluosiosta löytyy liitteenä kytkentäkaavio. 

Sähkötyössä lähdimme liikkeelle USB johdon katkaisemisesta ja kuorimisesta. Liitimme johdon molempiin päihin lisää sähköjohtoa teholedien sekä transistorin kytkemistä varten.  

Ledit on kytketty rinnan, jotta komponenttien yli vaikuttaa sama jännite. Micro:bit ei päästä tarpeeksi virtaa lävitseen polttaakseen kahta teholediä, jonka vuoksi liitimme työhön myös transistorin. Näin voidaan kontrolloida muiden komponenttien läpi kulkevaa virtaa.  

Transistori kuumeni merkittävästi, joten liitimme sen alle lämpönieluksi metallilevyn popniitillä. Tällaisenaan käytettynä työ kuitenkin olisi luultavasti paloturvallisuusriski. Kahdella transistorilla, ja kytkemällä ledit transistorin yläpuolelle, olisi jännite luultavasti hallittavissa paremmin. Ledit eivät syttyneet näillä kytkennöillä. Poistimme myös toisen ledin, eikä valo syttynyt silloinkaan. Ongelma löytyy siis luultavasti virheellisistä kytkennöistä, lämpönielun aiheuttamasta oikosulusta tai muusta sähkön viasta. 

Niin ikään myös sähkötyöt ovat eriytettävissä. Oppilas voi halutessaan käyttää työssään vain yhtä teholediä, jolloin transistorin käyttö ei ole välttämätöntä. Oppilas voi halutessaan käyttää tavallisia ledejä, jolloin tarvittava jännite on paljon pienempi. Jos elektroniikkatyöt eivät luonnistu lainkaan, voi oppilas liittää kausivalot tai led-kiekon lamppukuvun sisään. 

Sähkötyöhön ja kokoamiseen on tuntisuunnitelmasta varattu 3h. Jotta kokoaminen onnistuu tässä ajassa, tulee suunnittelun ja alun testauksien olla suoritettu hyvin. Kokonaisuudessaan tehtävä on aika haastava, mutta etevälle yhdeksäsluokkalaiselle ehkä sopiva.