Робототехника Ардуино, 14-16

Основной акцент в освоении данной программы делается на использование проектной деятельности и самостоятельность в создании проектов и роботов, что позволяет получить полноценные и конкурентоспособные продукты. Проектная деятельность, используемая в процессе обучения, способствует развитию основных компетентностей учащегося, а также обеспечивает связь процесса обучения с практической деятельности за рамками образовательного процесса. При изготовлении моделей обучающиеся сталкиваются с решением вопросов построения радиотехнических и электронных схем, у них вырабатывается инженерный подход к решению встречающихся проблем.

преподаватели

Мартышова Виктория Геннадьевна

Содержание программы

1.               Вводное занятие. Scratch. Знакомство со средой. Навигация. Управление спрайтами.
Теория: знакомство с детьми. О программе и прогнозируемых результатах. Правила ТБ и внутреннего распорядка. Знакомство со средой Скретч. Понятие спрайта и объекта.

Практика: создание и редактирование спрайтов и фонов для сцены.

2.               Scratch. Навигация в среде Scratch. Управление. Скрипты. Костюмы. Звуки.
Теория: координатная плоскость. Блоки скриптов Движение, Внешность, Звук, Перо. Костюмы спрайтов. Звуки.

Практика: программирование из блоков Движение, Внешность, Звук, Перов. Смена костюмов. Первые проекты: догонялки, путешествие.

3.               Scratch. Основные приемы программирования. Мультипликация. Теория: понятие Цикл. Блоки скриптов События, Управление, Сенсоры.

Практика: программирование из блоков События, Управление, Сенсоры. Первые анимированные истории: осень, берегись автомобиля, путешествие бабочки.

4.               Scratch. Проектная деятельность. Создание игр.
Практика: проекты часы с кукушкой, как я хожу в школу, моя дача, зима. Создание игр космические захватчики, арканойд.

5.               Arduino. Знакомство с микроконтроллером. Возможности платформы. Основные электронные компоненты. Среда программирования для Ардуино (Arduino IDE).
Теория: роль микроэлектроники на современном этапе развития общества. Основные понятия микроэлектроники. Правила техники безопасности при работе с электронными компонентами. Структура и состав Ардуино. Среды для программирования Scratch for Arduino и Arduino IDE. Напряжение. Сила тока. Сопротивление. Единицы измерения.

6.               Arduino. Основные принципы программирования микроконтроллеров. Аналоговые и цифровые входы и выходы.
Теория: основы проектирования и моделирования электронного устройства на базе Ардуино Управление электричеством. Законы электричества. Чтение электрических схем.

Практика: управление светодиодом на макетной доске, светофор, мигающие светодиоды.

7.               Arduino. Широтно-импульсная модуляция.
Теория: аналоговый и цифровой сигналы. Широтно-импульсная модуляция.

Практика: управление яркостью светодиода, нарастающая яркость, трехцветный светодиод.

8.               Arduino. Сенсоры и датчики.
Теория: понятие сенсора. Цифровые сенсоры. Датчик расстояния. Аналоговые сенсоры. Датчик звука. Датчики температуры.

Практика: создание модели пожарной сигнализации, пианино, бьющееся сердце, ночь/день.

9.               Arduino. Кнопка - датчик касания. Потенциометры. Фоторезисторы.
Теория: кнопка как датчик нажатия. Кнопочный выключатель. Преобразование сигнала. Делитель напряжения. Потенциометр. Использование потенциометра для регулирования времени мигания светодиода. Фоторезистор.

Практика: модель системы управления автоматическим включением / выключением освещения, игра кнопочные ковбои, ночь/день.

10.            Arduino. Управление двигателями.
Теория:   Движение    объектов.    Постоянные    двигатели.    Шаговые    двигатели.

Серводвигатели. Основы управления сервоприводом. Драйвер мотора.

Практика: скорость вращения мотора, изменение направления вращения, угол поворота сервомоторов.

11.            Arduino. Проектная деятельность и разработка своей модели.
Практика: сборка, программирование, настройка и тестирование моделей: электронные часы с будильником; таймер; метеостанция; управляемый светильник; ростомер; гирлянда, зажигающаяся от хлопка; управление освещением от пульта; мобильные роботы. Разработка, сборка, программирование своей модели на тему домашний или веселый помощник.

Цели программы

обучение учащихся принципам и методам разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы Arduino (Ардуино), основам программирования в визуальной среде программирования Scratch (Скретч) и Arduino IDE, развитие научно–технических творческих способностей и формирование устойчивой мотивации к техническому творчеству.

Результат программы

Требования к уровню обученности
Обучающиеся должны обладать теоретическими знаниями: по окончании первого учебного года

-                правила техники безопасности;

правила    безопасной    работы    с    микроконтроллером    Arduino,                             радиодеталями, датчиками, сенсорами;

-                           правила работы с ПК;

-                           правила и порядок чтения схемы сборки и наглядного изображения;

-                           основные приемы конструирования;

-                           принципы программирования Arduino;

-                           способы и приемы соединения деталей (комбинированные соединения, рациональную последовательность операций по сборке деталей);

-                           интерфейс и основные команды среды программирования Scratch;

по окончании второго учебного года
-                основные принципы конструирования и программирования; принципы работы беспроводных датчиков;

-                           принципы движения вдоль линии;

-                           предназначение   пропорциональной,   интегральной   и                        дифференциальной составляющей в ПИД-регуляторе;

-                           принципы поиска выхода из лабиринта. Обучающиеся должны обладать практическими навыками: по окончании первого учебного года

-                           собрать и подключить к микроконтроллеру проект по предложенной схеме;

-                           подключать сенсоры, двигатели и прочие элементы, необходимые для сборки проекта;

-                           самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей (выбор материала, планирование предстоящих действий, самоконтроль, умение применять полученные знания, приемы и опыт конструирования модели и других объектов и т.д.);

по окончании второго учебного года
-                           осуществлять     программирование     моделей     по                        заданной             схеме,                          по поставленной задаче;

-                           создавать конкурентоспособный продукт;

-                           поиск    нужной    информации        и    усвоения                        необходимых        знаний                  из информационного пространства;

-                           устанавливать причинно-следственные связи;

-                осуществлять выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий;

-                устанавливать и сравнивать разные точки зрения, прежде чем принимать решения и делать выбор;

-                осуществлять взаимный контроль и оказывать необходимую взаимопомощь;

-                создавать и преобразовывать модели и схемы для решения задач;

-                понимать заданные схемы («принципиальная схема» и «схема намакетке») электронных устройств и воспроизводить их на макетной плате;

-                понимать назначение элементов, их функцию;

-                понимать правила соединения деталей в единую электрическую цепь;

-                понимать    написанный    программный    код    управления                        устройством                       и модифицировать его для измененных условий задачи ;

-                самостоятельно отлаживать программный код, используя, в частности,такие средства как мониторинг показаний датчиков, значений переменных и т. п.;

-                записывать отлаженный программный код на плату Ардуино;

-                наблюдать и анализировать результат работы, самостоятельно находить ошибки и исправлять их цепи.

Результаты уровня воспитанности
У обучающихся получат развитие такие личностные качества как умение организовывать и содержать в порядке своё рабочее место, трудолюбие, ответственность, самостоятельность, самоконтроль.

Результаты уровня развития
Обучающиеся будут иметь развитые технические способности.

Особые условия проведения

Возраст 14-16 лет

Материально-техническая база

Для эффективной реализации программы необходимы персональные компьютеры или ноутбуки с тактовой частотой процессора более 2 ГГц, оперативной памятью не менее 2 Гб, 2 Гб свободного места на жестком диске, монитор XGA (1024 x 768). Необходимо наличие минимум 2ух портов USB2.0 или выше. Установленная операционная система Windows 7 (32/64-битная) и выше.

Рабочее место каждого обучающегося должно быть укомплектовано клавиатурой и позиционным манипулятором («мышью»), и следующими техническими средствами и инструментами (конструкторами):

 


Наименование
Кол-во
1
Набор Arduino Матрёшка Z
1
2
Плата расширения Troyka Shield
1
3
Макетная плата
1
4
Модуль беспроводной связи
1
5
Беспроводной приёмник на 433 МГц
1
6
Беспроводной передатчик на 433 МГц
1
7
Герметичный датчик температуры DS18B20
1
8
Датчик линии аналоговый
1
9
Датчик шума
1
10
ИК-приёмник
1
11
Кнопка тактовая с колпачком
4
12
Потенциометр
1
13
Ультразвуковой дальномер HC-SR04
1
14
Цифровой датчик температуры и влажности
1
15
Батарейный отсек 4 AA
1
16
Микросервопривод
2
17
Сервопривод
1
18
Микромотор 12 мм.
1
19
Блок питания
1
20
Платформа для робота
1