Приложения: STEMduino-мост, улица, KiCad-трек
Приложение 1. STEMduino-мост («из Ардуино — в большую электронику»)
Стартовая точка ученика — «светодиод через Ардуино», и это не недостаток, а трамплин: Arduino-совместимая плата (STEMduino/Uno/Nano) встраивается в модуль в трёх ролях, ни в одной из которых не притворяется DSP-процессором.
Роль 1 — знакомая земля в фазе A (занятия 1–5). Каждую собранную на макетке схему ученик может «пощупать» знакомым инструментом: analogRead на выходе делителя (занятие 2) превращает плату в вольтметр-логгер с графиком в Serial Plotter; digitalRead на выходе логической схемы (занятия 4–5) — автоматический проверятель таблицы истинности (скетч перебирать не надо — кнопки жмёт ученик, плата печатает строку таблицы). Это снижает тревожность перехода: новое (аналоговая схема) проверяется старым (знакомый Serial Monitor).
Роль 2 — измерительный инструмент фаз B–C. Генератор тестового сигнала: tone() + RC-фильтр — источник для снятия АЧХ, пока не собран генератор на BlackPill; ШИМ-имитатор сигнала датчика через конденсатор 470 пФ.
Роль 3 — наглядное «почему нам нужен STM32» (занятие 15). Живой эксперимент: тот же биквад-фильтр в целых числах на ATmega — измеряем, сколько отсчётов в секунду он успевает (ученик сам получает число ~единицы кГц на фильтр), сравниваем с 48 000 × каскад × запас. Ограничение платформы не объявляется — оно измеряется, и это самый убедительный из возможных ответов на вопрос «почему нельзя всё на Ардуино».
Приложение 2. Уличная эксплуатация (буски, open-air, переходы филармонии)
Может ли комплект работать «в игре на улице» — да, и у пьезо-системы на улице есть фундаментальное преимущество перед любым микрофоном: плёнка снимает вибрацию дерева, а не воздух, поэтому ветер, шум толпы и гул города в тракт почти не попадают, а акустическая обратная связь (заводка от колонки) наступает намного позже. Это честный аргумент и для уличных выступлений, и для громкой сцены. Что требуется доработать — ниже; оформлено как опциональный спринт после занятия 30 (2 занятия).
| Фактор улицы | Риск | Решение в комплекте |
|---|---|---|
| Температура | LiPo: заряд только при 0…+45 °C, разряд −20…+60; ёмкость на морозе падает; электролиты «дубеют» | Зимой блок — под одеждой/в чехле у корпуса инструмента, кабель до датчика; запасной заряженный аккумулятор в тёплом кармане; индикация напряжения на G031 с порогом отсечки |
| Влага, роса, дождь | Высокоомный узел + влага = утечки, «плывущий» тембр; коррозия джеков | Корпус IP54: резиновые уплотнения, лак-покрытие платы (после отмывки флюса!), позолоченные разъёмы; датчик и так ламинирован — плюс LDT-плёнки |
| Пыль | Разъёмы, потенциометры | Заглушки на джеки, управление — только кнопки/BLE, без открытых потенциометров |
| Солнце | Нагрев тёмного корпуса, нечитаемый LCD | Светлый корпус; полевой режим индикации — светодиоды вместо экрана |
| Механика: переноска, случайные удары | Излом кабеля, отклейка датчика | Витой кабель с разгрузкой (занятие 30), запасная мастика в кейсе, метки точки установки на инструменте (несмываемые точки-ориентиры на защитной плёнке, не на лаке!) |
| Питание колонки | На улице нет розетки | Выход тракта — линейный: совместим с любой аккумуляторной колонкой/комбо; уровень согласован (это уже сделано в занятии 19) |
Учебная ценность спринта: это готовый раздел «эксплуатационные требования» для паспорта проекта — жюри «Инженеров будущего» стабильно спрашивает «а в реальных условиях?», и таблица выше становится слайдом-ответом.
Приложение 3. KiCad-трек: от нашей схемы к собственной плате
Отвечает на требование «проектирование своей схемы заложено» в максимальной форме: ученик не только выбирает и обосновывает схемотехнику (занятия 9, 12), но и выпускает собственную печатную плату. Трек — 4 занятия, встраивается параллельно фазе C (по одному KiCad-занятию в неделю вместо одного из двух занятий недели, фаза C растягивается на 2 недели — либо трек идёт домашней работой у мотивированного ученика).
K1. Схема в KiCad (после занятия 13)
Перенос выбранного фронтенда (буфер или charge amp — своего, с обоснованными номиналами) в Eeschema: библиотеки, обозначения по ЕСКД/IEC, электрическая проверка ERC до нуля ошибок. Опора — schemdraw-схемы компаньона и симуляция frontend.cir: схема уже проверена симулятором, в KiCad она документируется. Артефакт: PDF принципиальной схемы с рамкой и основной надписью — лист пакета защиты.
K2. Посадочные места и BOM
Назначение футпринтов (SOT-23 для BAT54S, SOIC/DIP для ОУ — обсуждаем пайку учеником: DIP на панельке для v1), генерация перечня элементов (BOM) с артикулами реального магазина и ценами — смета проекта, ещё один лист пакета.
K3. Плата: правила высокоомного монтажа
Двухслойная плата 30×50 мм. Правила проговариваются как «почему», не как догма: земляной полигон снизу — экран; охранное кольцо вокруг высокоомного узла, соединённое с выходом повторителя (guard driven) — токи утечки текут в низкоомную копию сигнала, а не в узел; сигнальные дорожки короткие, bias-резистор у самой ножки ОУ; блокировочный конденсатор — первым от ножки питания; крепёжные отверстия под корпус. DRC до нуля.
K4. Выпуск и сборка
Экспорт Gerber; заказ на производстве плат (2 недели ожидания перекрываются занятиями фазы C) — либо, для полноты опыта, ЛУТ/фоторезист дома с наставником. Монтаж по ТБ занятия 13, отмывка, лакировка. Финальное измерение: АЧХ и фон платы против навесного макета из занятия 13 — количественный ответ, зачем вообще нужна печатная плата (ожидаемо: фон ниже, повторяемость выше).