expEYES

expEYES
A portable
Science Laboratory
http://expeyes.in
RMLL 2013
Ajith Kumar B.P.
Inter-University Accelerator Centre
(A Particle Accelerator Centre for Universities)
New Delhi 110067
[email protected]
www.iuac.res.in
Science: Theory & Experiment
La science : c'est de la théorie et des expériences
To move forward both the wheels should be given equal
importance
Pour avancer, on doit donner la même importance aux
deux roues.
Experiments are often given lesser role
in Science Education
On donne souvent une importance mineure aux
expériences dans l'enseignement
Lack of cost effective and easily available laboratory
equipment could be one reason.
Le manque de matériel abordable peut être une raison
pour cela.
The PHOENIX (Physics with Home-made Equipment and
Innovative Experiments) project, started by IUAC in 2005,
tries to address this issue, by designing cost-effective and
open science experiments.
Le projet PHOENIX, lancé à l'IUAC en 2005, a pour but
d'y remédier
First product was a device supporting several experiments, used
PC parallel port. Software in C language, under Linux and DOS
Cost: US$ 70/La première réalisation fut un boîtier pour plusieurs expériences,
branché au port parallèle du PC. Logiciel en C, sous Linux et
DOS. Coût : US$ 70
2006: A micro-controller based version was developed. Used
Serial port and later changed to USB.
Powered by 9V DC adapter. 6” x 5” x 1” size
Code written in Python programming language
Cost: US$ 40/En 2006 : on a développé une version à base de microcontrôleur, connectée au port série, puis au port USB.
Alimentation externe 9V, Code en Python, US$40.
2011: Introduced ExpEYES, with major improvements.
En 2011 : introduction d'EXPEYES, avec des avancées
majeures.
GUI for 50 experiments
● 12 bit Analog Input/Output
● Time interval measurements
● Waveform Generation
● USB Powered
● Python Programmable
● Works as a Test Equipment
●
11 x 9 x 1.5 cm3
●
Interface graphique pour 50
expériences
●E/S analogiques 12 bit
●Mesures d'intervalles de temps
●Générateur basses fréquences
●Alimentation par port USB
●Programmable en Python
●Utilisable pour des tests
●
2012 : expEYES Junior : Smaller & cheaper
En 2012 : expEYES Junior : plus petit, moins cher
Improvements:
Sampling rate of 250,000
Supports 4 channel Oscilloscope function
Améliorations :
Échantillonage 250 k/s
Oscillo 4 voies
What is expEYES ? ExpEYES, c'est quoi ?
A low cost device that can generate/measure voltages
as a function of time and generate graphs.
Un appareil low cost qui mesure des tensions variables et tracer des
graphiques.
A tool for learning by exploring.
Un outil pour apprendre en explorant
Supports Science & Engineering experiments from High School to Post
Graduate level.
Il permet des expériences scientifiques du collège à l'université.
A test equipment for electronics hobbyists.
Il sert de matériel de test pour les bricoleurs en électronique.
All with Open Software & Hardware
Le tout, basé sur du logiciel et du matériel libres.
ExpEYES on a netbook, studying a PN junction Diode.
ExpEYES sur un netbook, pour étudier la jonction PN
d'une diode.
GUI programs available for around 50 experiments
Des programmes graphiques pour quelques 50
expériences.
Example 1: Four channel CRO, in audio range
Exemple 1 : un oscillo 4 voies, pour des signaux audio.
Interférences sonores
Interference of Sound
MIC
Buzzers
Transistor Characteristics
Caractéristiques d'un transistor
Acceleration due to Gravity, by Time of Flight
Accélération de la gravité, par la méthode du
temps de vol
import expeyes.eyesj
p= expeyes.eyesj.open()
p.set_state(10,1)
raw_input('Ready')
print p.clr2rtime(10,0)
Electromagnet releases a metal ball and the loudspeaker
generates a signal when it touches ground.
L'électroaimant laisse tomber une boule, le haut parleur
génère un signal quand elle touche le sol.
And many more ...
Et plus encore ...
Design of expEYES Junior
Real-time measurement features of Micro-controller
+
Computational and Graphics capability of Python .
Principes :
Mesure en temps
réel grâce au
microcontrôleur
+
Capacité de
calcul et
graphique de
Python
import expeyes.eyesj
p = expeyes.eyesj.open()
from pylab import *
t,v = p.capture(1, 200, 100)
plot(t,v)
show()
What is expEYES for? Pourquoi expEYES ?
Students : An affordable tool for doing experiments,
anytime anywhere. Freedom from the lab timings.
Pour les étudiants : un outil abordable pour les expériences, n'importe ou,
n'importe quand. En toute liberté par rapport aux horaires de labo.
Teachers : A tool for doing demos, experiments and to develop new
experiments.
Pour les enseignants : un outil pour les démonstrations, les expériences, et
pour le développement de nouvelles expériences.
Engineers : An open system that combines basic physics, electronics, microcontroller programming, computer interfacing, GUI programming and scientific
computation.
Pour les ingénieurs : un système ouvert combinant physique, électronique,
micro-contrôleur, interface avec un ordinateur, programmation graphique et
scientifique
Hobbyist : A nice tool to kill more time with less money.
Pour les bricoleurs : un bel outil pour tuer plus de temps avec moins d'argent !
Reducing total cost: cheaper computers.
Tested on Raspberry Pi
Réduction du coût total : ordinateurs moins
chers. Test sur un Raspberry PI.
Raspi has only 2 USB ports.
Require powered USB hub to connect expEYES, adding to the total cost.
Does not support VGA monitors.
Le Raspi n'a que deux ports USB.
Il faut ajouter un hub USB alimenté pour connecter expEYES, ce qui augmente le prix.
Pas de support des moniteurs VGA.
Low cost Tablets running GNU/Linux
Tablettes numériques fonctionnant sous GNU/Linux
Tested with Aakash2, a tablet costing under US$ 50/-.
Need to rewrite the GUI programs for the 7” touchscreen.
Testé avec Aakash2, une tablette à US$ 50. Il faut réécrire les
programmes d'interface graphique pour les adapter à l'écran
tactile de 7 pouces.
Project Status. Statut du projet
More than 1000 units are in circulation.
Plus de 1000 exemplaires sont en circulation.
●
Available from several vendors.
Disponibilité auprès de plusieurs vendeurs.
●
Included in the syllabus in some Universities.
Inclusion dans la formation de quelques universités.
● Trained around 300 physics teachers.
Quelques 300 enseignants ont été formés.
● Conducted around 40 awareness programs
at
different places.
Quelques 40 opérations de promotion ont été menées
à des endroits différents.
●
Phoenix at Lycée Jean Bart, France
Phoenix au lycée Jean Bart, Dunkerque, France
Georges Khaznadar, professeur de
physique-chimie & développeur
Debian.
Bénévole dans le projet PHOENIX
Georges Khaznadar, Science teacher &
Debian developer.
Volunteers for PHOENIX Project
20
Netholi – a computer board for expEYES
NETHOLI – une carte mère pour expEYES
Allwinner A10, 1GHz SoC
●1 GB DDR3 memory
●3 USB ports
●HDMI and VGA outputs
●Ethernet port
● LCD and GPIO options
●GNU/Linux from SD card
● US$ 30/- @ qty 1000
●
Allwinner A10, 1GHz SoC ; mémoire 1
GB DDR ; 3 ports USB ; sorties HDMI
et VGA ; port Ethernet ; options LCD
et GPIO ; GNU/Linux sur carte SD ;
coût US$ 30 par mille.
3D output of the PCB, from Kicad
Matériel libre ; Conçu à l'aide du logiciel Kicad ;
les schémas et typons du circuit imprimés sont
faits, la production est en cours.
Open hardware
Designed using Kicad EDA software
Schematic and PCB drawings are
done, presently under fabrication
Display
HDMI / VGA
Netholi
running GNU/Linux
Keyboard
& Mouse
expEYES
Sensor/Control
elements
Schematic of the stand-alone version of expEYES (to be developed)
Schéma de la version autonome d'expEYES (à développer)
Challenges ahead: Prochains défis :
Getting the Netholi prototype working
Test de la pré-série pour le prototype NETHOLI
●
Mass Production
The manufacturing cost is less than US$30 for volume of 1k,
better with 10k. Committed buyers needed to get the production
started. Production de masse : US $30 par mille, mieux avec 10k. Il
faut un engagement des acheteurs.
●
A stand-alone version of expEYES is also possible, that can also
be used as a normal GNU/Linux computer.
On peut aussi concevoir une version autonome d'expEYES, aussi
utilisable comme ordinateur
●
Integrated LCD display can eliminate the need of monitor and
further reduce total cost.
Un écran LCD intégré peut réduire le coût en supprimant le besoin
d'un moniteur.
●
8 + 1 sources, More are welcome
Schematics & PCB files are on the website
Les schémas et les typons sont sur le site web
Software Distribution:
● LiveCD
● Debian Packages (part of Debian & Ubuntu repositories)
● Python Source files (for Windows etc.)
Many of the Control/Sensor elements are made from
components used in consumer electronics.
La plupart des capteurs sont des composants électroniques
usuels
Interface + Standard Accessory Set + LiveCD
For details visit http://expeyes.in
Thank You
Dank u
Merci
French translation: G. Khaznadar <[email protected]>