Lernek - zabawka edukacyjna dla młodszego brata

[Dosiek]

Przedstawiam Wam Lernka. Lernek to zabawka edukacyjna stworzona przeze mnie jako projekt na zaliczenie jednego z przedmiotów  w ramach studiów. Zabawka posiada pięć głównych trybów: trzy do nauki kolorów w języku angielskim (powtarzania sekwencji, coraz szybciej oraz do nauki nazw), do nauki słówek w języku angielskim oraz do nauki podstawowych działań matematycznych. Tak wyglądał po zakończeniu wszystkich prac:

Teraz parę słów o każdym trybie. Potem garść informacji o konstrukcji i oprogramowaniu.

Tryby

• Coraz szybciej: W tym trybie wyświetlacz pokazuje kolejne nazwy kolorów w języku angielskim stopniowo zwiększając tempo. Dziecko musi coraz szybciej zaznaczać przycisk w odpowiadającym mu kolorze. W każdym trybie prawidłowemu naciśnięciu klawisza towarzyszy sygnał dźwiękowy. Początkowo czas na wybór to 5 sekund. Czas zmniejsza się o 0,1 sekundy, aż nie pozostanie 1,5 sekundy. W każdym trybie gra toczy się do pierwszej „skuchy”.
• Sekwencja: W tym trybie na wyświetlaczu pokazywane są kolejne nazwy kolorów w języku angielskim. Następnie użytkownik powtarza przedstawioną sekwencję wciskając kolejne przyciski. Na wybranie kolejnego elementu ma czas 3 sekundy.

• Nauka: Po wybraniu tego trybu na wyświetlaczu pojawia się nazwa koloru po angielsku i polsku oraz numer odpowiadającego mu klawisza. Użytkownik potwierdza zrozumienie i zapamiętanie komunikatu wciskając odpowiedni przycisk. Prawidłowy wybór sygnalizuje komunikat oraz sygnał dźwiękowy. Wyświetlony zostaje kolejny kolor (kolejność kolorów jest stała – od lewej do prawej). Po wciśnięciu ostatniego przycisku następuje zakończenie trybu i możliwość powrotu do menu.
• Matematyka: Czwarty z zaproponowanych trybów ma na celu wspomóc naukę czterech podstawowych działań matematycznych, tj. dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia. Oprogramowanie działa w ten sposób, że do każdego działania jest odpowiednio dobrany zakres, czas na rozwiązanie, zabezpieczenia przed błędami, itd. Wyświetlane są trzy odpowiedzi, z których należy wybrać prawidłową.
• Słówka: Ostatni tryb zabawki wspiera dziecko w nauce słówek w języku angielskim. Zgodnie z ograniczeniami pojemności pamięci Arduino Pro Mini (Atmega 328p) zaprogramowałem ponad 140 słówek maksymalnie wykorzystując wbudowaną pamięć Flash.

 

Konstrukcja

Najpierw zdjęcie od środka przedstawiające jak wyglądała całość po złożeniu.

Mózgiem całego projektu jest Arduino Pro Mini (u mnie klon). Potrzebny też był większy wyświetlacz LCD (4x20, z konwerterem I2C), niż standarodwe LCD 2x16. Do zasilania wykorzystałem koszyk na 4 baterie typu AA z wyłącznikiem i pokrywką. Absolutnie niezbędne były też różnokolorowe, kwadratowe TactSwitche. Oprócz tego kilka LEDów, buzzer, przyciski i inne drobne elementy.

Aby cały projekt był względnie trwały w kontakcie z dziećmi (😉) postanowiłem zamknąć go w specjalnie zaprojektowanej obudowie, którą wydrukowałem na drukarce 3D. Poniżej zdjęcia z modelu w oprogramowaniu CAD. W obudowie uwzględniłem wgłębienia na TactSwitche, buzzer i koszyk na baterie oraz wycięcia na wyświetlacz, diody i wyłącznik. Dzięki temu uniknąłem czasochłonnego przycinania.

Zadbałem też o uszy pozostałych domowników podłączając wyłącznik, który mechanicznie wycisza buzzer przez odcięcie mu zasilania. Kto przypatrzy się uważnie zobaczy, że większość przycisków jest białych. Zostały do nich przyklejone paginatory do książek (ze względu na dużą trwałość) za pomocą taśmy dwustronnej.

Schematy elektryczne

Schemat elektryczny przygotowałem w KiCADzie. Zamieszczam go poniżej. Znaczne ułatwienie uzyskałem dzięki zastosowaniu konwertera I²C przy wyświetlaczu.

Od razu założyłem, że do podłączenia niezbędna będzie płytka PCB. Płytka była jednostronna, ale na górze zrobiłem warstwę opisową (schematy widać na zdjęciu niżej).                                                                                       

To była moja pierwsza płytka PCV, dlatego musiałem skorzystać z wielu poradników. Oprócz rad kolegów najbardziej pomógł mi ten poradnik. Tak wyglądała po wytrawieniu, nawierceniu otworów i umieszczeniu w obudowie.

Oprogramowanie

Tutaj było bardzo dużo pracy. Kod liczy kilka tysięcy linii, dlatego streszczę tylko jego działanie od strony widocznej dla użytkownika. Zatem na początku mamy krótki ekran powitalny z migającymi diodami i dźwiękiem.

Następnie pojawia się menu wyboru – naciśnięcie odpowiedniego klawisza włącza wybrany tryb. Po zakończeniu rozgrywki wyświetla się wynik, a następnie zapytanie, czy chcemy zagrać ponownie. Jeśli tak – gra uruchamia się jeszcze raz. Jeśli nie – wychodzimy do głównego menu. Wygląd po montażu już wam pokazałem, dlatego teraz krótki filmik jak wygląda ekran powitalny.

 

[Treker (Damian Szymański)]

@Dosiek, witam na forum! Właśnie zaakceptowałem Twój opis, możesz go teraz zgłosić do akcji rabatowej umieszczając link w temacie zbiorczym. Dziękuję za przedstawienie ciekawego projektu, zachęcam do prezentowania kolejnych DIY oraz aktywności na naszym forum 🙂