«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.

    image

    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:

    image

    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.

    image

    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.

    image

    Таким образом изготавливаем заготовки с двумя и тремя магнитными площадками. Затем припаиваем проводники или радиодетали.

    image

    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.

    image

    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.




    Поддержать автора
    Поделиться публикацией

    Комментарии 30

      +2
      На принтере получилось бы аккуратнее и желающие смогли бы повторить.
        –1
        Идея радиокубиков была еще чуть ли не с 50 годов. Кому сейчас нужны такие кубики? ИМХО, лучше все же в роли «кубиков» использовать нормальные выводные компоненты. С соответствующей базой и умением паять. Даже маленький ребенок может научиться паять и познать в это время основы ТБ, а теория придет позже. Со знанием электросхем (а именно такие обозначения присутствуют на «кубиках» можно собрать что угодно из чего угодно, а без знания схем — даже такой конструктор не поможет. Разве что собирать по готовой схеме. Но это не обучение, это обезьянничество. Обучение начинается хотя бы с замены элементов в заведомо рабочей схемы на другие, с целью посмотреть результат. Тут они фиксированные, а я мелкий впаял бы переменник…
        Но идея готовых блоков сама по себе неплоха. Готовый блок мультивибратора, триггера, радиоприемника и дешифратора сигналов — это все было описано в книжке «кибернетика», к своему сожалению не помню автора, но там описывались простейшие транзисторные устройства и даже ЭВМ, собранная из этих блоков. Одна из них могла даже играть в крестики-нолики(на реле РЭС-9 абсолютно беспроигрышно).Книжка эта у меня есть бумажная, но под рукой нет. Так вот там главный принцип — все строить из блоков. А блоки в самом начале были описаны, и выполнялись на транзисторах, реле, диодах и была даже многоканальная аппаратура управления моделями на основе резонансного реле (по принципу вибрационного частотомера). Предлагалось даже выпилить из хорошей стали гребенку для детектирования частоты и закалить ее. Реле могло различать около 6 команд при аккуратном изготовлении. Тогда не было МК и даже 155 серия была недоступна кроме как «вынести». Но тем не менее, десяток сравнительно простых устройств, схем, доступных школьнику, возможно было обьединить в новую общую схему с куда более интересными применениями, начиная от самодельного УЗ дальномера, и заканчивая ЭВМ, высчитывающей колокол нормального распределения(последняя вообще делалась без применения электричества). А вот эти кубики, без теоретической базы — извините, ерунда.
          +4
          Вы серьезно уверены, что 6-7 летнему «обычному2 ребенку можно дать паяльник и посадить его паять схему?
            –2
            Я — серьезно уверен. Если этот ребенок не насмотрится ТВ в раннем возрасте, то — да. И схему паять ему изначально смысла нет, он возможно за счет хорошей памяти ее и спаяет, суть не в том. Нужно познакомить человека с паяльником, технологиями. Сначала научиться катать шарики припоя, потом «ой, он же горячий» — без этого никуда. Условный рефлекс никакой книгой не заполнишь. Паяльник нужен не 1200 ватт, можно ватт на 12, есть и такие мелкие. Но уже и таким паяльником можно спаять большинство схем. С нуля, конечно. Не стоит просить от ребенка лезть в ATX блок питания — это очень опасно даже для взрослых дяденек.
            Потом, когда он уже напаяет себе фигурок из радиодеталей, можно уже и приступать непосредственно к схемотехнике. Всякие реле времени и прочее. И уже тогда он на кубики смотреть не будет, потому что папка дал мешок мп41а!
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                0
                Я пяти лет паял паяльником на 40 Вт 220 вольт. Как-то не обжигался по дурости. Но красиво паять, конечно, не выходило. Да и из флюсов была только канифоль.
                  +1
                  возможно вам просто повезло или моторика мелкая в порядке с рождения. А те кто серъезно обожгутся могут надолго отбить себе желание. И да я тоже паял с 6-8 лет, но не от хорошей жизни. А потому что увидел впервые радиокубики в 12 лет у друга, а макетные платы только пару лет назад с наборами Ардуино. Так что — не. Своим детям я порекомендую монтажную плату и один из радиоконструкторов.
                    0
                    У меня дочь (5,5 лет) недавно взяв в первый раз в руки паяльник, за 10 минут научилась уверенно попадать миллиметровым жалом в провода 0.75 мм.
                    Я ей разных скруток наделал, она с удовольствием минут 30 их «паяла». потом пришлось буквально за уши оттаскивать.
                    Ну, схватилась в процессе за жало, даже внимания не обратила, хотя обычно любая царапина это «конец света», мазью намазали и она дальше продолжила.
                  0
                  Плюсану-таки паяльщиков. Промышленные очки от брызг припоя — и всё. И, главное, небольшой ожог не перебьёт большого желания по определению.
                  Кто не обжигал нос проверяя достаточный разогрев паяльника — недостоин звания «железячника».

                  Бредборды-втыкалки — тоже неплохо. У меня одна на работе и одна дома постоянно заняты одним-двумя «proof of concept».

                  Кубики — скорее совсем для малышей. Главное в них — немедленно по началу их использования готовить переход на следующий уровень.
                  0
                  Для этих целей давно уже придуманы макетные платы, навтыкал резисторов, транзисторов, кнопок. Если ошибся переставил. Ничего паять детям не надо. Пока не разберутся и не научатся что к чему. И руки себе оловом не обожгут.
                    –1
                    Пары свинца очень очень ядовиты. Взрослые паяльщики во времена СССР при работе в условиях промышленной вентиляции рабочих мест получали вредный стаж… Для ребенка вусловиях городской квартиры думаю всеже найти альтернативу пайке.
                      0
                      Люди, которые предлагают детям паять с детского сада увы не читали ни САНПИН, ни требований к играм и игрушкам для разных возрастов. Советую поискать и почитать требования к безопасности детских игрушек Таможенного Союза.
                        –1
                        Люди которые считают что детям нельзя давать в руки паяльник, нож, отвертку, лобзик и вообще ничего, лет через 20 внезапно начинают удивляться и возмущаться тому что их оболтусу 20+ лет, а у него руки только под х#й заточены.
                          0
                          В школах бывают уроки труда, есличо. Там вполне себе паяют, лет в 13-14.

                          Привет вашим рукам.
                            0
                            А что такого, кто минусует?
                            Сам общался с мальчиком. который в 12-13 лет, не знал с какой стороны за нож браться.
                            В 9 лет не знают что пламя не только голубое. Что горячий предмет не обязан ярко светиться. Тоже сталкивался.
                            в 20 лет не понимать опасности оголённых проводов и пытаться их протереть мокрой тряпкой — видел, успел вмешаться.
                              0
                              Всех «паять» научить увы не получится :( У меня у самого сын научился паять в 7 лет (сейчас 10 будет) и в этом конструкторе он много что паял. И я рад, что дети у кого-то могут паять. А вот в массе тут сложнее. И родители боятся и моторика ужасная.

                              Плюс выбор профессии идет от игр и если дети с помощью такого конструктора (именно дети, так как расчет на старший детсадовский и младший школьный) задумаются об электрике/электронике — это хорошо. Нет — так будет игра на логику, что тоже хорошо. Все таки изучение «электричества» в курсе Физики идет в школе очень поздно.

                              P.S. У меня к примеру есть и вот такая разработка.

                                0
                                Не обязательно паять. У меня мелкая увидела паяльник — поигралась.
                                По случаю как-то купили алебастра пару кило. Пока тренировались вместе, единственная форма надоела, теперь ищем что ещё можно использовать с учётом дальнейшего раскрашивания.
                                Было желание, что-то резала в салат.
                                Когда делаю что-нибудь и она крутится рядом, я объясняю, почему именно так, а не иначе. А как вообще нельзя. И почему.
                                В магазинах я не против если она что-нибудь подёргает. Стараюсь объяснить для чего эта вещь.
                      +4
                      Товарищи, 21 век на дворе. Вот как должны выглядеть современные радиокубики http://www.lightup.io
                        0
                        Это прежде всего «вещественная» реализация настольной логической игры.
                        0
                        В детстве у меня было три радиоконструктора.
                        Один — портативный радиоприёмник. Он состоял из кучи радиодеталей, платы из гетинакса с «дюбелями», кучи проводов-перемычек и корпуса. Паяльника не было. Я жутко хотел его собрать. Намотал антенну на феррите, навтыкал деталей, проводов. Не заработало. Это было очень обидно.
                        Второй — https://geektimes.ru/post/84701/ Экон-02. Вот это была вещь! Мегакрутая. Всё как на ладони, понятно.
                        Третий и последний — Экон-01. Этот чисто по дизайну и функционалу нравился больше. Кроме того, из него можно было собрать cw радиопередатчик. И мы собирали передатчики и устанавливали связь между квартирами морзянкой!
                        Но у Экон-01 был один существенный, на мой взгляд, недостаток. Он вообще не развивал «электронное мышление». Детали не видны. Комбинация кубиков нелогична. А самое главное — ни одна схема не работала без материнского блока. Чё там внутри я не знал. И знать, правда, не хотел. Навтыкал кубиков по инструкции, заработало и ладно.
                        В этом плане Экон-02 много интереснее. Можно было экспериментировать, включать в схемы дополнительные детали, менять номиналы и смотреть, что получится. А ещё там были элементы с переменным номиналом. Кпе, переменное сопротивление и фотоэлемент. Мне он нравился больше. В итоге однажды конструктор всё-таки был разобран. Детали нужны были очень. Схема, кажется, так и не заработала (в те времена фольгированный текстолит на каждом углу не продавался, даже ЛУТа не было), но светлая память о конструкторе осталась.
                          0
                          В Экон-01 внутри был УНЧ, об этом писалось в каждой схеме в инструкции, а так же схема в конце как полностью повторить всю электро схему из деталей. Что мне не нравилось в Экон-01 — ниодной схемы на КВ и УКВ волнах, А средние волны в моем регионе ловились очень плохо.
                          Но тогда я уже сам паял УКВ на варикапах, лет 12 мне было и Экон не вкатил никак.
                            0
                            У Экона был веселый эффект «выстреливающих» кубиков ;) Из схематик делали на его основе телефон, цепляя радиоприемники и прокладывая линию связи по комнатам, а также баловались с мультивибраторами (в играх использовали).
                          0
                          Прикольно, хотя прочность упаковочного картона вызывает определенные сомнения. :)
                            0
                            На эту версию квадрата 2 ушло картона на все пробы и ошибки. — плотного я бы столько не нашел дома :(
                              0
                              Я повторял цифровой частотомер Борисова на картоне. Размером выходило с Рекорд-312. Потом сделал его же на текстолите, с которого были ободраны дорожки (ну не продавался тогда нефольгированный, а фольгированный стоил как сам частотомер).
                              Вторая версия до сих пор имеется, а вот БП с трансом от него я продал. ЛУТ вообще все операции обесценил, и я для макеток сейчас вернулся обратно к прорезанию дорожек.
                            0
                            А почему фанеру не использовать вместо картона? И прочность была бы выше, да и оформить можно. Стоимость была бы повыше, но не сказать, что сильно. Вставка контактных площадок(тех же скоб) — тоже не такая то проблема была бы. А чтобы магнитные крепления держали — использовать не сильно толстые листы.
                              0
                              1. Почему не фанера — см. текст про наличие материалов и оборудования в нашей «провинции». После публикации предложение в помощи от коллег из других городов сделать на своей базе прототип — буду делать в фанере/акриле и на печатных платах, как и задумывалось ранее.
                              2. Идея была попробовать сделать что-то из подручного материала. Также попробовать картон. Упаковочного картона было больше всего. Результат — да, можно сделать конструктор-игру и из картона.
                                0
                                Извиняюсь, не думал, что в наше время проблемно настолько фанеру найти где-то(сам проживаю в той еще «провинции, однако пилорам вроде кругом в достатке). Даже вагонку не толстую, думаю, можно использовать, разве что да — бюджет дела вырастет(ну картон разве что для прототипа или же просто эксперимента), хотя в целом, идея хороша, если будет возможность собирать не по готовым схемам, а поучить детей обозначениям на схемах, да и использовать разные номиналы деталей, дабы школьников к расчетам приучить(на самом деле, даже для изучения материала, который есть в ЕГЭ практика была бы полезна, хоть сейчас она есть далеко не везде)
                                  0
                                  Резку найти вменяемую также сложно :( А делать первый прототип с лагами на исполнение в несколько недель не хотелось (картона много перепортил :) ). По деталям — я все таки сторонник того, что тут настольная игра + «завлекаловка» в электронику для детей от 6-7 лет, а кому интересно могут перейти на макетки и на пайку. Также есть идея добавить микроконтроллер и связать с Scratch/Snap.

                              0
                              Сразу напомнило досовскую игру Aqua man от Soleau Software. Думаю таким же способом, как сделана ваша игра, можно сделать и настольную версию Aqua man`а.
                              image

                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                              Самое читаемое