Комплект-проект за сглобяване и програмиране Паркинг система Bx1 е индивидуален проект, който всеки трябва да си сглоби и след това да програмира според предназначението и идеята си. Той е за надграждане на вече усвоените знания и умения от предишните етапи.
Състои се от 2 електронни платки за сглобяване/запояване: (1) контролна, с микроконтролер (вид микропроцесор); (2) входно-изходна със сензор за засичане, входно-изходни устройства и др. Включени са сервомотор, захранващ комплект с батерия и сглобяема дървена конструкция.
Кои са дейностите и усвояваните знания и умения, които го правят интересно решение за STEM среда?
По-долу ще разгледаме всички стъпки през които трябва да минем, за да завършим един такъв проект.
Сглобяване на платките
Сглобяването включва предимно запояване с поялник на електронни компоненти върху печатна платка, но има и механични сглобки.
По време на сглобяването на платките можем да научим какво е предназначението на всеки отделен електронен компонент, как се свързва с останалите и по какъв начин те работят заедно.
Ето няколко примера със светодиода и резистора:
- Как се свързва светодиода към входно-изходната шина на микроконтролера – чрез резистор.
- Каква трябва да е стойността на този резистор, за да работи светодиода оптимално?
- Тук прилагаме закона на Ом и можем да изчислим при предварително зададени захранващо напрежение, ток през светодиода и пад на напрежение върху него, колко трябва да е стойността на резистора.
- По обратем път можем да изчислим отново по закона на Ом, като използваме резистор 330 ома, какъв ток ще протече през светодиода и да преценим дали той ще работи оптимално.
Друг пример, който можем да дадем е с бъзера.
Тук може да разгледаме няколко физични явления.
Магнетизъм
Бъзера представлява индуктивен елемент (или бобина) и когато към него приложим електрическо напрежение той създава електромагнитно поле.
Могат да бъдат разгледани основни постановки, като например посоката на магнитното поле според посоката на намотките в бобината и поляритета на приложеното електрическо напрежение.
Преобразуване на електрическата енергия в механична
Над бобината е поставена тънка гъвкава мембрана с малък магнит върху нея, която може да бъде привлечена или отблъсната в зависимост от поляритета на приложеното към бобината напрежение.
Когато подаваме електрически импулси към бобината, тази мембрана започва да трепти с честота, равна на тази на импулсите.
Използване на механично движение за генериране на звук
Мембраната, която трепти над бобината, предизвиква движение на въздуха пред нея, което ние възприемаме като звук.
Малко биология
За да може човешкото ухо да възприеме този звук той трябва да е с честота в определен диапазон. Това е прието да е от 20 херца до 20 килохерца. Много животински видове възприемат звук в други честотни диапазони.
Когато честотата е по-ниска говорим за инфразвук, а когато е по-висока за ултразвук.
Звукът се разпространява по еднакъв начин както във въздуха така и във водата, но с някои особености, като скорост, затихване и т.н.
Темата за звука в контекста на физиката и биологията може да бъде разширена при нужда.
Малко музика
Тоновете в музиката са с определена, приета за стандарт, честота. Например тонът Ла е прието да е 440 Хц.
Тоновете в традиционната, или както още е позната Хроматичната гама състояща се от дванадесет тона, са с честота равномерно разпределена от тон в долната до тон в по-горната. Това е така наречената равномерно темперирана гама.
Теорията на музикалните тонове в контекстна на STEM е отвъд обсега на тази публикация и може да бъде разгледана отделно в бъдеще.
Серво мотор
Серво моторът е сравнително сложно устройство и позволява изучаването на много физични явления и закони.
Това е компонент, който служи за придвижване и позициониране на рамото (или рейка) под определен ъгъл.
Серво моторът се управлява с електрически импулси с определена дължина, които определят пропорционално ъгъла на който се позиционира рамото на серво мотора.
Други характеристики на серво мотора могата да са неговата мощност, подемна сила, пъргавост и др. Може да разгледаме и мерните единици за специфициране на тези характеристики.
Създаване на проект за паркинг система
Следващата стъпка е създаване на проект за паркинг система.
Принцип на минимализма
Основен принцип при създаването на нашите проекти-комплекти е минимализма. Целта е с минимален брой компоненти и максимално опростена микроконтролерна система да постигнем максималите възможни резултати при тези условия.
Входно-изходни компоненти
Нека да разгледаме входните и изходните компоненти, които можем да използваме за постигане на целта.
Сензор
- Сензор – това може да бъде PIR или друг подобен свързан към порта SENS, който да установява наличието на кола чакаща пред паркинга. Съществуват и други сензори, които имат подобна функция – например такъв работещ с микровълни. Може да се създаде и сензор, който реагира само на големи железни обекти (коли и др.) монтиран на земята.
- Друг вариант може да бъде комбинация от маломощен лазерен излъчвател свързан към порта на светодиода LED и приемник с лазерен фото-сензор свързан към порта за сензор SENS.
Бутон
Порта предназначен за бутон BTN/COM може да се използва за свързване на външен бутон с който да се задават различни режими на работа на системата или пък да се предприемат някакви действия – например аварийно вдигане на бариерата; регистриране на излизане на кола от паркинга; или др.
Също порт BTN/COM може да се използва в някаква разширена конфигурация с 2 или повече платки за комуникация между тях. Такава конфигурация ще бъде разгледана в друга бъдеща публикация.
Светодиод
Може да се използва за индикатор – например на режимите на работа на системата, предупреждение или др.
В друг вариант към порта на светодиода LED може да се свърже външно устройство – например лазерен излъчвател (вж. по-горе).
Бъзер
Може да се използва за звуков индикатор.
Разбира се, всеки може да си измисли и друго предназначение на този компоненти стига то да служи на основната цел на проекта.
Серво
Серво мотора свързан към порта SERV е много важен компонент на системата. Той се използва за контролиране позицията на бариерата на паркинга.
Основни функции
Нека разгледаме няколко примерни функции, които паркинг системата може да реализира. Това са само примери и всеки може да създаде свои собствени и различни според идеята, която има за паркинга.
- С помощта на сензор за присъствие или друг с подобна функция разбираме дали има кола пред бариерата;
- Вдигане на бариерата, за да може колата да премине, след това я сваляме.
Интересен въпрос: кога сваляме бариерата – след определено време или при друго условие? - Броим колите влезли в паркинга;
- При достигане на максимално допустим брой коли в паркинга:
- Индикация със звук и/или светлина;
- Блокиране на бариерата за допускане на повече коли;
- При излизане на кола от паркинга:
- Отбелязваме събитието – например: с натискане на бутона.
- Намаляване на брояча на коли;
- Разблокиране на бариерата за да пропуска отново коли.
Други идеи
Много интересно предложение от ученици за функция, която да изпълнява втора микроконтролерна платка свързана към основната: При определени ситуации (паркинга е пълен) сервото да вдига на високо знак с надпис, на който да обозначено, че паркина е пълен. Идеята е колите, които се намират далеч от входа на паркинга, да могат да видят какво е състоянието в момента.
Изработка на макет
Практическата изработка на макет на истинска паркинг система е много важно. В много случай това може да ни подскаже за потенциални проблеми или нови идеи за които не сме се сещали докато сме разработвали проекта.
Допълнително, това дава възможност за придобиване и демонстриране на сръчности за работа с инструменти и материали. Това е нещо, което напълно липсва при работа във виртуална симулирана среда.
Представяне на проекта
Всеки практически ориентиран проект трябва да бъде разглеждан и като бъдещ продукт, който да бъде произведен и предлаган на пазара. Това много добре демонстрира практическото приложение на всичко, което изучаваме не само докато работим по конкретния проект, а и по принцип за дисциплини, като математика, физика, програмиране и др.
Затова накрая разработчиците на проекта за паркинг система трябва да представят идеята си, като предприемачески проект.
Предприемачеството е много обширна тема и ще бъде разгледана в друга бъдеща публикация.
Заключение
Работата по сравнително прост проект, като дадения за пример на паркинг система, има потенциал да спомогне за придобиване на знания по няколко учебни дисциплини и умения в различни области, като едновременно с това демонстрира практическото им приложение.
Проекта може да се разшири и усложни, както и да се приложи за други популярни микроконтролерни платформи.
Предимството на използването на Тинузавър е пълната интеграция между хардуер, софтуер, среда за разработка Блоктину, учебно съдържание и обучение за преподаватели, което гарантира гладко протичане на учебния процес.