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==What is the Measure Activity ? (Introduction)==
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|[[image:Measure_1.png|thumb|200px|Measure Activity on the XO]]
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|[[image:Measure_tut_1_24.jpg|thumb|200px|Analog Input port on the XO (in pink)]]
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The Measure Activity is a tool on the XO that allows kids to indulge in "learning by doing". It provides an interface for the kids to connect with the physical world and an opportunity to view and understand through a visual and statistical representation of the physical phenomena.
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Using the Measure Activity on the XO, one can:
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* Connect sensors (light, heat, magnetic field etc) and view their signal. Thus it is possible to view and study physical phenomena
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* Input voltages and signals into the XO laptop and use it as an oscilloscope and
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* Log data at a specified interval and store and retrieve waveforms
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==Learning Activities==
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Children learn by doing things. It is said "Give a child a hammer, and the world becomes his nails."
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This activity is a tool that allows kids to express their curiosity. It is a tool that allows kids to explore and learn by doing, by connecting and observing, span physical phenomena and real world events.
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See the [[Measure/Projects|projects]] page for detailed instructions on a few projects. Also see the [[Measure/Hardware|hardware]] page for other ideas.
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==Projects and Activities Index==
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All these activities in some way involve transducers. A '''transducer''' is a mechanism that converts a physical event -- motion of atoms in a gas or liquid or solid (heat), air-pressure waves (sound), photons hitting a surface (light), vibration of a wire, etc. -- into an electrical signal suitable for measurement by an "apparatus".
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:Example: Our inner ears serve both as sound- and balance-transducers for our brain. Each tiny hair in the cochlea has its own ''resonant frequency''. When presented with a sound at its given frequency the hair vibrates; this motion causes the hair to transmit an electro-chemical "wave" on a neuron to the brain. Balance-signals come from the three ''semicircular canals'' that also have hairs that move in response to the position of our head. While electricity moves in a wire differently than does the electro-chemical "wave" in a neuron, the fact that electricity is involved in both cases emphasizes its biological and practical importance.
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===Projects and Activities Index===
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* '''Measure and record temperature''' [[Measure/Projects/Measure Temperature]]
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* '''Build an oscilloscope probe''' [[Measure/Projects/Oscilloscope probe]]. Build a laptop-protective probe that allows you to measure voltages up to 24 VAC (40 volts peak) without damaging the laptop.
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* '''Build a lighted graticule''' [[Measure/Projects/Lighted Graticule]]. Together with the oscilloscope probe, the graticule calibrates the screen in the following ranges: 0.5 volt per division, 0.1 volt per division or 0.010 volts per division, where a "division" appears as a lighted line on the graticule. The "zero" is adjustable up and down over the entire screen.
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* '''Explore magnets and coils of wire''': [[Measure/Activities/Magnets and Wire]]. For the basics all you need is a couple little cylindrical magnets, a couple plastic sewing bobbins, some (ie.. 100 feet of 30 AWG) magnet wire, glue, tape and a couple paper cups. This also includes the following additional activities:
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:* '''Build your own microphone and speaker''': (the speaker requires a 1:100 amplifier+driver circuit).
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:* '''Build your own telephone''' (requires two magnets+coils, the amplifier, and a "driver" circuit).
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:* '''Build a guitar "pick-up probe"''' Requires a 0.25 inch magnet (it fits nicely inside the coil) to convert a guitar-wire's vibrations into voltage that you can see on the laptop -- see the harmonics etc.
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:* '''Build a tuning fork oscillator''': Build a steel tuning-fork, stick a magnet on each of its two tines, and then use the microphone probe to see its sinewave vibrations. Explore feedback (requires the 1:100 amplifier+driver circuit) to make your tuning fork hum at its natural frquency. Explore resonance (requires the signal generator -- see below). Careful design results in a useable frequency reference for other experiments.
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*'''Build a signal-generator''': [[Measure/Projects/Signal-Generator]]. Describes the design of a voltage-to-frequency converter with better than 1% accuracy between 0 and 2000 Hz (0 to 2.000 volts). Together with a frequency-counter project (see below), the signal generator can double as a digital voltmeter. This, or a commercial equivalent, is necessary for a number of interesting activities.
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*'''Build an ammeter:''' [[Measure/Projects/Ammeter]]. An '''ammeter''' or "amp(ere)-meter" measures electrical current (flow of electrons). A speaker coil, a magnetic compass, a 1000 ohm resistor and 5 volts from the laptop readily demostrate that (electro-)magnetism -- electrons moving in a coil of wire -- can cause motion. This experiment pursues the observation. With a magnet and a homemade -- but very-sensitive, balance-beam scale (made from the same 1/8 inch diameter steel rod used to build the tuning forks) -- I've detected (not measured) electric currents as low as 50 one-millionth of an ampere. The balance-beam scale's design is the fussy part, a more-suitable design is TBD.
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:*'''Build a weight-measuring scale:''' The first step is a suitable balance beam scale with one side being pulled by the magnet+coil to "null" out weight in a pan on the other side. We then measure the "amps" required to null the weight.
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*'''Build a length-transducer''':[[Measure/Projects/Length transducer]]. The simplest transducer for measuring length -- distance between two points in a straight line -- is a resistive "slider potentiometer". Although more complex this activity is more interesting because it reinforces the notions of electromagnetism.
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:* '''Part I: Build a transformer''': Transformers can protect us from electrocution -- but they only work with alternating electricity (AC). They move, and change the voltage of, AC electrical energy without the input and output wires being in "galvanic" or direct physical contact. To build a "transformer" requires two pickup probes (coils of wire), an oscillator plus the driver/amplifier. The bottom-most coil serves as the driver (the input) and the top coil is the pickup (the output). What happens when the driving frequency changes?
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::* Teaching point -- transformers and steel: Transformers work better when iron (steel) is inside the coils. Move the steel rod up and down inside the two coils and watch the "induced voltage" change on the screen.
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::* Interesting teaching point about permanent magnets: A string of permanent magnets won't work as the "steel rod". Why? Because all the iron, cobalt etc atoms are lined up stiffly and can't be made to move by the teensy electrical field "induced" by the signal generator.
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:* '''Part II: Build an LVDT (length-measuring device):''' Although the basic principle is shown with the moving-steel-rod experiment above, this experiment makes a better demonstration. This requires a third coil to be placed top-most in a stack of three coils with the driver coil in the middle, plus an appropriate hookup of the bottom and top coils "in series". The output can be seen on the screen to change dramatically with the location of the steel rod inside the three coils.
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::* Can the LVDT be used together with a ''4th'' coil to build an ammeter? TBD.
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* '''Build a (frequency-) counter:''' [[Measure/Projects/Frequency counter]]. This project can be used with the other projects and also -- together with the voltage-to-frequency oscillator -- serve as a voltmeter. It comes in two parts:
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:*'''Build a 1-second "time base":''' Digital watches contain tiny crystal tuning forks -- remarkably inexpensive at $0.30 in single units -- that vibrate at at 32,768 Hz (cycles per second). With one of these and a couple inexpensive integrated circuits we can build a 1-second "time base". From the time base we derive "zero-the-counter" and "load-the-counts-to-the-display" pulses required by the event-counter.
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:*'''Build an event-counter:''' A preliminary design uses four divide-by-ten counters (CD40110BE), four resistor arrays and four 7-segment LED to display accumulated counts -- over the one-second interval-- ranging from 0000 to 9999. (I have not found an inexpensive (e.g. less than $5.00) way of doing this -- exact design TBD).
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* '''Build a "port-expander":''' [[Measure/Projects/Port expander]]. There aren't enough USB ports on the laptop to supply +5 volts to all the various projects described above. Also the heavy current draw of the 100:1 amplifer/driver can interfere with the other devices. A simple port expander can solve this problem (design TBD).
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Some threads for interesting learning experiments are below -
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# Record animal sounds, for example, sounds of birds and observe their waveforms. Which of these are high frequency sounds, which are the low frequency ones? Adjust the frequency sliders accordingly.
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# Whistle into the microphone and compare the loudness and frequency of whistles by observing the waveforms.
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# Get two people to try to whistle the same note, and look into Beat Frequencies.
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# Turn the sensitivity slider up to the maximum and observe ambient noise - in a quiet room, near a noisy road.
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# Measure the voltage of an AA size pencil cell. What settings do you use? AC or DC?
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# Measure resistance of water, other liquids
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# Log temperature using a temperature sensor at one hour intervals. When in the day is it the hottest? The coldest?
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# Some very interesting sensor ideas given by Arnans Roger, see - http://padthai.media.mit.edu:8080/cocoon/gogosite/documentation/makingSensors.xsp?lang=en
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==Downloading the Activity==
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Please visit the [[Measure/Download|download]] page to download the latest stable and unstable releases of the Activity.
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==Kids guide to Measure==
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==Teachers guide to Measure==
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*[http://cnx.org/content/m13512/latest/ Talking about Sound and Music]. This content could make an excellent teaching supplement to Measure. Explains acoustic concepts.
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*[http://cnx.org/content/m13246/latest/ Acoustics for Music Theory], another possibly useful teaching supplement.
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==Hacker's guide to Measure==
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===[[Measure/Start| Getting started]]===
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==Measure Temperature==
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===Construction===
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'''IMPORTANT - This section details how you can connect a temperature sensor to the sensor probe that you built. You should build the probe as outlined in [[Measure/Start#How to connect sensors (How to build a sensor-probe)|how to connect sensors]] before moving forward. Most of all, you must remember that we need to know that we have three terminals (refer the section for details):
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# The "Vin" terminal
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# The "+ve" terminal
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# The "Gnd" terminal (the Gnd of audio connector is connected to Gnd of USB connector
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[[Image:Measure_tut_1_7.jpg|thumb|center|222px|You would need a temperature sensor like this one LM35. A link is here- http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail?name=LM35DZ-ND]]
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[[Image:Measure_tut_1_8.jpg|thumb|center|155px|Taken from the data sheet of the temperature sensor, Vs is where we would supply the '''"+ve"''' (positive supply voltage), gnd is where would connect "-ve" (ground) and Vout is the sensor output which we will connect to "Vinput"]]
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[[Image:Measure_tut_1_16.jpg|thumb|center|250px|So we connect the "Gnd" to the righten-most terminal of the sensor ]]
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[[Image:Measure_tut_1_17.jpg|thumb|center|250px|And connect the "+ve" to the left-most terminal of the sensor]]
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[[Image:Measure_tut_1_19.jpg|thumb|center|250px|You might want to keep insulation tape handy at this time]]
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[[Image:Measure_tut_1_21.jpg|thumb|center|250px|Apply the insulation tape over both the terminals]]
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[[Image:Measure_tut_1_22.jpg|thumb|center|208px|Now lets connect the "Vin" connector from the audio jack to the center terminal of the sensor, called as "Vout"]]
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[[Image:Measure_tut_1_23.jpg|thumb|center|250px|Insert the audio connector to the Mic jack (pink)]]
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[[Image:Measure_tut_1_24.jpg|thumb|center|270px|]]
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[[Image:Measure_tut_1_28.jpg|thumb|center|250px|Connect the USB connector to the USB port. Our temperature sensing probe is ready!]]
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===Operation and measurement===
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'''Please download the Activity from the link title "For LM35" from the unstable branch by going to the [[Measure/Download|downloads]] page. This release is a pre-calibrated version for using with this temperature sensor.''''
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[[Image:LM35.png|thumb|center|300px|This is what your temperature measurement would look like]]
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[[Image:Img_3842.jpg|thumb|center|300px|Measuring temperature of water]]
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==$2 USB I/O and sensor board==
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[[Image:Sensor_Laptop_Wide.JPG |thumb|center|Low Cost USB Sensor board|300px]]
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See Edward Baafi's low cost USB sensor board [[USB_Sensor|here]]
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==Learning activities==
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==Sensor Input into Turtle Art==
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[[Turtle_Art|Turtle Art]] is an abstraction. By allowing sensors to control various aspects of motion of the Turtle, one is enabling kids to connect with their physical world and bring that connection into the abstraction that Turtle Art represents
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I've integrated sensor support into Turtle Art. This basically allows one to add a "Sensor Input" block into Turtle Art. One can thereby control any aspect of the Turtle's motion depending upon the value of the sensor. When no sensor is connected, the default input is taken from the Mic.
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'''''The code is in the git repository of Measure (look for the TurtleArt.activity folder)'''''
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: This is weird. Talk to [[user:arjs|Arjun]] about fixing this so that it's merged into Turtle Art proper.
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===Screen shots===
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[[Image:Measure_turtle1.png|thumb|200px|center|The turtle that moves in proportion to sensor input. Increasing the temperature made it move in larger squares]]
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[[Image:TA_sensors_learning_workshop.png|thumb|200px|center|Program made during learning workshop at OLPC by Adrian and other participants (11th - 14th Feb) to log sensor values at an interval of five seconds]]
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[[Image:Measure_turtle2.jpg|thumb|200px|center|For demonstration, heating the temperature sensor. This caused the Turtle to move larger distances]]
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===Try it out!===
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If you wish to try out Turtle Art with sensors, please click [[Measure/Turtle|here]] to go the download and usage guidelines page.
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===Work remaining===
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* Input based on the frequency of signal. This would allow whistling at a higher frequency give a higher input
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* Incorporating the various options (Bias/NoBias and AC/DC) into the UI of Turtle Art
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===Acknowledgments===
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Thanks to Brian Silvermann for helping me find my way in the existing Turtle Art code.
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==Getting involved==
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===Educators/Teachers===
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We'd love help from educators. You can help by organizing learning activities around children wherever you are. Feel free to get in touch with us to discuss your ideas and co-ordinate efforts.
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Document these learning activities that you undertake and help teachers and educators all around the world to replicate the same activities!
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===Software developers===
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Help is needed from volunteers from Python developers. Please visit [[Measure/Software|this]] page to find out details. If you have experience in writing optimized Python code, please leave a note on the discussion tab of this page and someone will get in touch with you.
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===Hardware enthusiasts===
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Do interesting hardware projects around the XO. Visit the [[Measure/Hardware|Measure hardware]] page to learn more. You might also want to see the [[Measure/Projects|projects]] page.
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==Your experience with Measure?==
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Any thoughts that you want to share ? Any suggestions/criticism ?
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Any interesting thing that you did or want to do with Measure Activity ?
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Write/express/share in this space - [[Measure/Blog|the measure space]]
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==A note about safety==
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[[Image:Cautionary warning -- Caution.png|left|50px]]
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'''SAFETY FIRST!'''
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* Make measurements of AC line voltages with the proper equipment only -- for example, a multimeter designed for the purpose. The laptop is not a multimeter.
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If you don't know what you are doing or are unsure, don't do it. Electricity can be dangerous.
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==Future plans==
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# Comparison of many graphs
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# Sharing of the graphs
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# Analog Input support into TamTam jam
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For a version by version plans page see [[Measure/Plans|here]]
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==Acknowledgments==
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(In no particular order. List in progress...)
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Thanks to
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* Walter Bender - (project adviser) for providing invaluable guidance, encouragement and support at all stages of development.
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* Mitch Bradley for help on a number of fronts including teaching me about decimation and window functions.
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* Benjamin Schwartz for providing critical feedback.
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* John Watlington for suggestions and help on a number of hardware related fronts; and also for allowing me to borrow your book on the Tale of the Scale which I find very inspiring.
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* Bernardo Innocenti for teaching me many things about Linux, Python and also for a lot of help on code design.
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* Michael Stone for great inputs towards the code design and for being great company at 1cc.
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* WvBailey for a '''huge''' number of invaluable projects and documentation efforts. Thanks a lot!
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* seberg (on d.l.o) for suggestions on code optmization
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* Mary Lou Jepsen for suggestions and feedback
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* Kim for testing related suggestions
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* Ted Selker for a lot of great suggestions
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* SJ Klein for a lot of great suggestions
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* Albert Cahalan for a lot of important critical feedback
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* C.J Leonard for links to great resources
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* Tomeu for a lot of help on the code
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* Eben Eliason for help in UI design
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* Ivan for connecting me with the NumPy group
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* Henry Edward Hardy for providing feedback and suggestions
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* Daniel Drake for testing help
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* C Scott for suggestions and help related to coding
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* David Cavallo for suggestions and feedback
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* Rafael Ortiz for help in testing and feedback
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* Cody Lodridge for great drawing code optimizations
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* Mel Chua for being the number one fan of Measure Activity and telling the whole world about it. Thanks Mel!
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* Dan Winship for great help on the code and for teaching me about GObject.
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* Jim Gettys for thinking of the Activity as an important part of the build system.
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* The teacher at Khairat- Sandeep Surve for showing great enthusiasm towards it as it being an important learning tool and thereby increasing my enthusiasm to work in it further.
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* Carla Gomez Monroy for teaching me so much about learning, team work and many other things, and also for great feedback from the field and for implementing many of my efforts on the field.
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* Erik Blankinship and Mihir Bakhtiar for many engrossing discussions that allowed me to shape the development course of the Measure Activity.
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* Julia Reynolds for thinking of Measure as the 'coolest Activity on the XO'
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* Seth Woodworth for great suggestions and feedback
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* Arnans Roger for introducing me to his work at MIT that allowed me to learn a lot about shaping the development course of the Activity.
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* Henry Holtzman for great encouragement and support on the Activity
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* Barry Vercoe for allowing me to demo my work to his class at MIT and for giving me great ideas about sensors in music
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* links to other pages with a picture accompanying what the link is about
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* links depend on the user and what he/she has come to look for on the page
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===Possible links===
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* Educators
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* Getting started (perhaps on the main measure page itself)
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* Activity activities
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* Developers
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===Work in progress here===
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[[Measure/New_temp]]
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==Contact==
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Contact Arjun Sarwal through -
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Email : arjun AT laptop dot org
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IRC : arjs on #olpc #sugar
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'''Give a child a hammer and the world becomes his nails...'''
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[[Category:Measure]]
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|icon=Image:Activity-measure.svg
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|genre=Math and Science
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|short description=Using the Measure Activity on the XO, one can:
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* Connect sensors (light, heat, magnetic field etc) and view their signal. Thus it is possible to view and study physical phenomena
''';;'+###+#++;@ @..```.`.....`.`.@ @.....,..,:@ @;;;@ @;;;'';;;;;;;:.:;';';'';;;;';:;;:;;@, :#@ '+@ @;;;;;;@ @;;;;;;;;:@ @;;;;;;;;;@ @;;;;;;;;;;;;;;;'''''
* Input voltages and signals into the XO laptop and use it as an oscilloscope and
''''';;'++#+++,@ @...``..`....`.`.@ @...,,,,;;;@ @;;;@ @;';;';;;:...,;::';'''';;;'';:;;:;;'+ `@# : `@@ @;;;:;;@ @:;;;;;;;:@ @;;;;;;;;;@ @;;;;;;;;;;;;;'';''''
* Log data at a specified interval and store and retrieve waveforms
'''''''''++++';@ @....``..`...`.`.@ @.,,,.,,.,;@ @;;;@ @''';';;:.``.,;;,;;;;;;;;'';;:;:;;::@ @: # @; :#;;;;;;@ @:;;;:;;;:@ @;;;;;;;;;@ @;;;;;;;;;;;;''''''''
|contact person=User:Arjs
'''''''''+++'''@ @,....``.`...`.`.@ @,,......,.@ @;;;@ @;';:;;;.``...:,,;;;;;';''';;;;:;;:;@ @ ,@ @` @';;;;;;@ @:;;;;;;;:@ @;;;;;;;;;@ @;;;;;;;;;;;;''';;'';
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Revision as of 20:10, 25 August 2008

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*** Grawp ***
Got HAGGER??
For Great Justice and Epic Lulz. Also, Go To http://blocked.on.nimp.org (a must-see) 


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