Στο 1ο μάθημα θα έρθετε σε μια πρώτη επαφή με το υλικό του σετ ρομποτικής S1. Θα γνωρίσετε το υλικό το οποίο περιλαμβάνει (επεξεργαστή και περιφερειακές συσκευές) και θα διακρίνετε τους όρους ψηφιακό, αναλογικό, συσκευή εισόδου και συσκευή εξόδου.
Το σετ ρομποτικής S1 περιλαμβάνει:
- έναν μικροελεγκτή βασισμένο σε Arduino, ειδικά σχεδιασμένος από την Polytech για απλή χρήση «plug and play» από μαθητές.
- σετ ηλεκτρονικών συσκευών εισόδου και εξόδου (αισθητήρες και ενεργοποιητές) οι οποίες συνδέονται εύκολα στον ελεγκτή με RJ11 θύρες.
- Καλώδια UTP για τη διασύνδεση του ελεγκτή με τις ηλεκτρονικές συσκευές εισόδου και εξόδου και καλώδιο USB για τη διασύνδεση του ελεγκτή με τον υπολογιστή.
- Βάση στήριξης LEGO και αντίστοιχα τουβλάκια LEGO καθώς και βάσεις στήριξης LEGO για να προσαρτώνται οι συσκευές εισόδου και εξόδου.
Ο μικροελεγκτής είναι τοποθετημένος σε πλαστικό κουτί στο οποίο αναγράφονται οι θύρες για τη λειτουργία του. Επίσης, διαθέτει ενδείξεις φώτων λειτουργίας για διάφορες καταστάσεις (Λήψη, Εκτέλεση και Μεταγλώττιση προγράμματος).
Τα επιμέρους στοιχεία του μικροελεγκτή είναι:
- Ψηφιακές είσοδοι/έξοδοι
- SPI θύρα (σειριακή θύρα σύγχρονης επικοινωνίας)
- COM θύρα (σειριακή επικοινωνία)
- I2C θύρα (θύρα επικοινωνίας για διασύνδεση πινάκων ARD:icon)
- Αναλογικές είσοδοι/έξοδοι
- τροφοδοσία
- USB θύρα
Ο μικροελεγκτής ανήκει στην οικογένεια ελεγκτών Arduino. Η συσκευή λειτουργεί με μπαταρία 6V ή από την τροφοδοσία USB του υπολογιστή ή της ταμπλέτας.
Οι θύρες εισόδου και εξόδου είναι τύπου RJ11 και διακρίνονται σε ψηφιακές και αναλογικές.
- 5 ψηφιακές είσοδοι/έξοδοι: D5, D6, D7, D8, D9 (έχουν επίσης τη δυνατότητα παραγωγής σήματος αναλογικής εξόδου με διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM)
- 1 διπλή ψηφιακή είσοδος/έξοδος: D3/4
- 4 αναλογικές είσοδοι: A0, A1, A2, A3
Συσκευές εισόδου και συσκευές εξόδου
Γνωρίζουμε ήδη ότι σε ένα υπολογιστικό σύστημα, οι περιφερειακές συσκευές διακρίνονται σε συσκευές εισόδου και συσκευές εξόδου. Οι συσκευές με τις οποίες εισάγονται δεδομένα στον υπολογιστή ονομάζονται συσκευές εισόδου, π.χ. μικρόφωνο (εισάγεται ήχος), κάμερα (εισάγεται εικόνα). Οι συσκευές με τις οποίες εξάγονται δεδομένα από τον υπολογιστή ονομάζονται συσκευές εξόδου, π.χ. ηχεία (εξάγεται ήχος), ακουστικά (εξάγεται ήχος), οθόνη (εξάγεται εικόνα).
Αντίστοιχα, ένα σετ ρομποτικής διαθέτει συσκευές εισόδου και εξόδου που μπορούν να συνδεθούν στον αντίστοιχο μικροελεγκτή.
Συσκευές εισόδου – αισθητήρες
Οι συσκευές εισόδου σε ένα ρομποτικό σύστημα είναι οι αισθητήρες οι οποίοι λαμβάνουν δεδομένα από το περιβάλλον.
Αισθητήρας ονομάζεται μία συσκευή που ανιχνεύει ένα φυσικό μέγεθος και παράγει από αυτό μία μετρήσιμη έξοδο. Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας μπορεί να μετράει την απόσταση που έχει το ρομπότ από ένα άλλο αντικείμενο ή την ποσότητα του φωτός του περιβάλλοντος χώρου του ρομπότ.
Οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται σε καθημερινά αντικείμενα, όπως κουμπιά ανελκυστήρων ευαίσθητα στην αφή, λάμπες φωτισμού που εκπέμπουν λαμπρότερα ή απαλότερα αγγίζοντας τη βάση τους και βρύσες που ξεκινούν τη ροή νερού όταν πλησιάσουμε το χέρι μας. Υπάρχουν αναρίθμητες ακόμη χρήσεις που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν αντιλαμβάνονται. Εφαρμογές τους συναντούμε στα αυτοκίνητα, σε μηχανές, στην αεροναυπηγική, την ιατρική, τη βιομηχανία και τη ρομποτική.
Παραδείγματα συσκευών εισόδου – αισθητήρων
- Η συσκευή εισόδου AJS02 είναι ένας αισθητήρας ήχου. Ανιχνεύει την ένταση του ήχου στο περιβάλλον και την εισάγει ως δεδομένο στο σύστημα.
- Η συσκευή εισόδου DJS10 είναι ένας αισθητήρας αφής. Ανιχνεύει την αφή όταν κάποιος ακουμπήσει επάνω του.
- Η συσκευή εισόδου MJS22 είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας. Ανιχνεύει τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος.
Συσκευές εξόδου – ενεργοποιητές
Οι συσκευές εξόδου σε ένα ρομποτικό σύστημα είναι οι ενεργοποιητές οι οποίοι «αναλαμβάνουν» να εκτελέσουν μια εργασία. Για παράδειγμα, ένας ενεργοποιητής μπορεί να είναι ένα τμήμα (άρθρωση0 ενός ρομποτικού βραχίονα που κινείται.
Παραδείγματα συσκευών εξόδου – ενεργοποιητών
- Η συσκευή εξόδου AJS02 είναι ένας ενεργοποιητής κόκκινου LED. Εκπέμπει κόκκινο φως.
- Η συσκευή εξόδου DJX09 είναι ένας ενεργοποιητής κίνησης. Ενεργοποιείται ένας κινητήρας (με προσαρμοσμένη “φτερωτή”).
- Η συσκευή εξόδου AJX03 είναι ένας ενεργοποιητής ήχου. Παράγει ήχο.
Αναλογικές και Ψηφιακές συσκευές
- Αναλογικό είναι ένα σύστημα που παίρνει συνεχείς τιμές.
- Ψηφιακό είναι ένα σύστημα που παίρνει διακριτές τιμές.
Μια αναλογική συσκευή που συνήθως χρησιμοποιούμε για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του σώματος μας είναι το υδραργυρικό θερμόμετρο. Η στάθμη του υδραργύρου που βρίσκεται μέσα στο θερμόμετρο, παίρνει όλες τις ενδιάμεσες τιμές, για να απεικονίσει τελικά την τρέχουσα θερμοκρασία μας. Αντίθετα το ψηφιακό θερμόμετρο δείχνει κάθε φορά ξεχωριστά (διακριτά) ψηφία αριθμών και όχι όλες τις ενδιάμεσες τιμές.
Στη συσκευή με τον μικροελεγκτή Arduino είναι διαθέσιμες θύρες τύπου RJ11 και διακρίνονται σε ψηφιακές και αναλογικές. Ανάλογα και οι περιφερειακές συσκευές που διασυνδέονται σε αυτές τις θύρες διακρίνονται σε ψηφιακές και αναλογικές.
Παραδείγματα αναλογικών και ψηφιακών συσκευών
- Ο αισθητήρας ήχου AJS02 ανιχνεύει συνεχείς τιμές ήχου. Είναι μία αναλογική συσκευή εισόδου.
- Ο αισθητήρας αφής DJS10 ανιχνεύει διακριτή τιμή για την πίεση – είτε ανιχνεύει πίεση είτε όχι. Είναι μια ψηφιακή συσκευή εισόδου.
- Ο ενεργοποιητής AJX03 παράγει ήχο – είτε παράγει ήχο είτε όχι. Είναι μια ψηφιακή συσκευή εξόδου.
Μελετήστε τον παρακάτω πίνακα με τις περιφερειακές μονάδες εισόδου και εξόδου, ώστε να έχετε μία συνολική εικόνα και να μπορείτε να ανατρέχετε σε αυτόν κατά τη διάρκεια των μαθημάτων.
Ο προγραμματισμός του ρομπότ S1 θα γίνει, αρχικά, με το Mind+ και στη συνέχεια με το ARD:icon.
Στον παρακάτω πίνακα περιλαμβάνεται και η απεικόνιση των συσκευών στο ARD:icon (θα είναι εξαιρετικά χρήσιμη, όταν θα χρησιμοποιήσουμε το προγραμματιστικό περιβάλλον ARD:icon).
Παρακολουθήστε παρακάτω ένα σύντομο βίντεο για μία γενική περιγραφή του ρομποτικού κιτ S1 καθώς και της εφαρμογήςArd:icon.
[Πηγές]
Οδηγός Εγκατάστασης και Χρήσης Ard:icon
SMART:Blox S1 Σετ Προγραμματισμού Πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης
Χρήσιμοι Όροι για τα Ρομποτικά Κιτ
Σενάρια χρήσης ρομποτικών συστημάτων
