Разработка факультативного курса для учащихся 10-11 классов на тему "Основы робототехники"

Першин В.Л.

Разработка факультативного курса для учащихся 10-11 классов на тему "Основы робототехники"

44.03.05 Педагогическое образование, профили Физика и математика

Народное образование. Педагогика

Дипломы

Вуз: Белгородский государственный университет - национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»)

ID: 5c1a68337966e104f6f85898

UUID: 65044420-e5d3-0136-02e0-525400005860

Язык: Русский

Опубликовано: почти 6 лет назад

Просмотры: 30

Першин В.Л.

Источник: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 1,6 МБ

Поделиться работой

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (НИУ «БелГУ») ФАКУЛЬТЕТ МАТЕМАТИКИ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ, ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН И МЕТОДИК ПРЕПОДАВАНИЯ РАЗРАБОТКА ФАКУЛЬТАТИВНОГО КУРСА ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10-11 КЛАССОВ НА ТЕМУ «ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ» Выпускная квалификационная работа обучающегося по направлению подготовки 44.03.05 Педагогическое образование профили Физика и математика очной формы обучения, группы 02041301 Першина Вадима Леонидовича Научный руководитель к.ф.-м.н., доцент Величко М. А. БЕЛГОРОД 2018

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ФАКУЛЬТАТИВОГО КУРСА............................................................................... 6 1.1 Основные понятия о факультативном курсе .................................................. 6 1.2 Основные данные о пате Arduino UNO ........................................................ 13 1.2.1 Плата Аrduino Uno ....................................................................................... 13 1.2.2 Распиновка и их значение ........................................................................... 15 1.2.3 Подключение контроллера Arduino к ПК, и работа с платой ................. 18 1.2.4 Память и её параметры на плате Arduino Uno .......................................... 19 1.3 Методы обучения, используемые в процессе преподавания робототехники ……………………………………………………………………………………13 1.4 Робототехника как средство формирования ключевых компетенций учащихся ................................................................................................................ 25 2 ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО РОБОТОТЕХНИКЕ …………………………………………………………………………………….30 2.1 Методы и формы организации проектной деятельности по робототехнике ………………………………………………...…………………………………..30 2.2 Факультативный курс «основы робототехники» ......................................... 32 2.3 Анализ педагогического эксперимента ........................................................ 52 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 57 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 60 ПРИЛОЖЕНИЕ А ................................................................................................. 63 Лабораторная работа №5 ...................................................................................... 63 Лабораторная работа №6 ...................................................................................... 65 Лабораторная работа №7 ...................................................................................... 66 Лабораторная работа №8 ...................................................................................... 69 Лабораторная работа № 9 ..................................................................................... 73 2

ВВЕДЕНИЕ Человек – самое развитое существо на нашей планете. И достичь таких успехов человеку помог интеллект. Именно благодаря интеллекту человечество научилось использовать орудия труда для облегчения своей работы. Сейчас на дворе XXI век, а человечество продолжает искать способы облегчить свою жизнь. И на данный момент этими «орудиями труда» являются информационные технологии. Уже сейчас мы используем: высокомощные компьютеры, многофункциональные телефоны, беспроводные сети и много что ещё. Ко всему многообразию добавились ещё и роботы. Эти роботы являются прямыми помощниками в таких опасных местах как: вулканы; глубоководные океанические впадины; космос; промышленность, где человек не в силах находиться и самостоятельно выполнять некоторые ответственные работы (ядерные реакторы, химические заводы, металлургические заводы и т.д.); медицина, где точность важнейший из параметров без которых невозможно успешно завершить операцию или диагностировать заболевание; в армии; роботов так-же используют; в быту роботы тоже нашли свою нишу (пылесосы, мойщики стёкол и т.д.) и это далеко не полный список. В общем сфера деятельности роботов весьма и весьма обширна. «Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций» [12]. Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся технической основой интенсификации производства [10]. 3 важнейшей

Робототехника - это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов – роботов. Роботами управляют процессоры, которых в наше время великое множество: от миниатюрных микропроцессоров, до гигантских компьютеров, которые управляют множеством действий одновременно. В случае с данным факультативным курсом в роли процессора будет выступать платформа Arduino[23]. Но есть и проблема. Роботами необходимо качественно управлять. Ведь развитие не стоит на месте. Каждый день выходят новые и новые гаджеты, датчики и всевозможные устройства, которые не каждый поймёт, как их использовать? И робототехника не исключение. Она объединяет множество естественных наук, от физики и информатики до биологии. Одним из вариантов решения данной проблемы является включение в образовательный процесс курсов робототехники. Введение в школу подобных курсов бы возможность для более качественно подготавливать молодое поколение к быстро меняющемуся миру информационных технологий. Также это способствовало лучшему изучению в школе дисциплин, непосредственно связанных с робототехникой. Как показывает время миру нужны специалисты, обладающие знаниями в этой очень обширной области современной цивилизации. И начинать их подготовку необходимо как можно раньше. Но каким образом этого достичь? Ответ будет как донельзя простым. Именно со школы необходимо закладывать начальные знания о робототехнике, конструированию и программированию. Именно она должна прививать молодому поколению интерес к этой перспективной в наше время области развития. Отсюда выявляется проблема исследования: разработка факультативного курса на тему: «Основы робототехники» Объект исследования: учащиеся 10-11 классов. Предмет исследования: плата Arduino Uno и наборы датчиков. 4

Цель исследования: разработать и апробировать факультативный курс в 10-11 классы средней общеобразовательной школы. Задачи исследования: 1) Проанализировать актуальность подобного литературу, обосновать факультативного курса возможность в и современной образовательной среде; 2) Подобрать материал для курса в соответствии с требованиями образовательных учреждений и современных образовательных технологий. 3) Разработать факультативный курс на тему: «Основы робототехники»; 4) Апробировать часть разработанного факультативного курса и проанализировать его результаты. 5) По результатам апробирования произвести соответствующие выводы. Структура дипломной работы. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы, приложения. 5

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ФАКУЛЬТАТИВОГО КУРСА 1.1 Основные понятия о факультативном курсе Факультативный курс (факультатив) (франц. facultatif - от лат. facultas возможность) - необязательный учебный курс или предмет, изучаемый студентами вузов и учащимися средних учебных заведений по их желанию для углубления и расширения научно-теоретических знаний [29]. Еще на рубеже XIX и XX вв. некоторые педагоги поняли, что преподавание в общеобразовательной школе какого-либо предмета по обязательной единой общегосударственной программе становится более успешным, если его дополнить циклом необязательных для учащихся внепрограммных групповых занятий. Такие занятия должны были, прежде всего, учитывать «местные условия», а именно: реальные и потенциальные запросы и интересы конкретного коллектива учащихся данного класса, реальные возможности учителя вызвать и развить интерес учащихся к важным аспектам данного предмета, не охваченного обязательной программой. Так возникла идея факультативных занятий в школе [24]. Назначение коммуникативных факультативных курсов способностей, развивает состоит навыки в развитии их взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают [1]. Факультативные курсы являются одной из форм дифференцированного обучения. Главной целью факультативных курсов по робототехнике является организованность занятости школьников во внеурочное время с учетом всестороннего развития личности (развитие навыков конструирования, развитие логического мышления). 6

Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного мышления, через техническое творчество. Основная задача факультативных курсов: учитывая интересы и склонности учащихся, расширить и углубить знания по робототехнике, обеспечить усвоение ими данного материала, ознакомить школьников с некоторыми общими идеями современной техники, раскрыть техническое творчество. Факультативные курсы играют большую роль в наше время, бурное развитие технологий накладывает свой отпечаток и на образовательный процесс. Они позволяют прививать интерес учащихся к робототехнике и автоматизированным системам, расширяют знания по школьным дисциплинам непосредственно связанных с факультативным курсом. Программа факультативных занятий по робототехнике составлена так, что все вопросы ее могут изучаться синхронно с изучением курсов математики, физики, информатике в школе. Факультативные следовательно, курсы школьники педагогу необходимо посещают создать по условия, при желанию, которых способные ученики смогут реализовать свои возможности, а остальные учащиеся смогут решать посильные для них задачи или, пользуясь помощью учителя, более трудные задания [19]. Для того чтобы факультативные занятия по робототехнике были эффективными, необходимо их организовать там, где есть: 1) Высококвалифицированные учителя или другие специалисты, способные вести занятия на высоком научно-методическом уровне; 2) Не менее 15 учащихся, факультативный курс. 7 желающих изучать данный

Если школа имеет классы с небольшой наполняемостью (что особенно характерно для некоторых сельских школ), то группы учащихся для факультативных занятий можно комплектовать по параллелям или из учащихся смежных классов (10 «А» -10 «Б» классы, 10-11классы и т. п.) [11]. Запись учащихся на факультативные курсы производится на добровольных началах в соответствии с их интересами. Не следует принуждать учащихся обязательно изучать факультативные предметы. Особенно внимательно следует относиться к тем учащимся, которые встречают трудности в изучении информатики или совмещают обучение в школе с другими видами занятий (спорт, музыка и т. д.). По окончании факультативного курса учащиеся сдают зачет (с оценкой), о чем делается отметка в аттестате. Учитель несет полную ответственность за качество факультативных занятий; факультативные курсы вносятся в расписание и оплачиваются учителю. Примечательной особенностью факультативного курса является то, что программа курса для каждого класса составлена из ряда основных тем (независимых друг от друга). Однако содержание учебной работы учащихся на факультативных занятиях определяется не только знаниями по информатике, физики и математики, но и другими дисциплинами, а также 1) Различными методическими факторами: 2) Характером объяснения учителя; 3) Соотношением теории и учебных упражнений; 4) Содержанием познавательных вопросов и задач; 5) Сочетанием самостоятельной работы и коллективного обсуждения полученных каждым учащимся результатов. Данный курс направлен на то, чтобы положить начало формированию у обучающихся целостного представления о мире техники, устройстве конструкций, механизмов и машин, их месте в окружающем мире. Реализация данного курса позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способности к решению проблемных ситуаций 8

умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их, расширить технический и математический словари воспитанника. Проведение факультативных курсов по робототехнике не означает отказа от других форм внеклассной работы (математические кружки, вечера, олимпиады и т. д.). Они должны дополнять эти формы работы с учащимися, которые интересуются робототехникой. Требования к проведению факультативных курсов: 1) Преемственность в содержании, методах и формах организации занятий по робототехнике должна определяться целями всестороннего развития и воспитания учащихся. 2) Должно быть взаимосвязанное построение уроков и факультативных занятий по робототехнике. 3) Школа должно предоставить компьютерный класс для проведения факультативных курсов по робототехнике. 4) Не должно быть несогласованности с нормами организации работы общеобразовательной школы. 5) Главным критерием эффективности взаимосвязанного построения факультативных занятий по робототехнике должна быть результативность неразрывно связанных друг с другом процессов обучения, развития и воспитания школьников. 6) Факультативный курс носит практический характер; курсы по робототехнике целесообразно проводить, учитывая их функции – развивающую, воспитывающую и учебную. Методические рекомендации по организации факультативных курсов: а) Взаимосвязь в содержании, формах и методах организации учебной работы и факультативных курсов. б) Обеспечение взаимосвязи (по содержанию) факультативных занятий. в) Активизация самостоятельной работы учащихся. 9 уроков и

г) Построение учебного процесса как совместной практической деятельности учащихся. д) Использование наглядных пособий, применение конспект-таблиц на лекциях. е) Использование практических заданий по темам на факультативных занятиях. ж) Использование научно-исследовательских и опытно- конструкторских и технологических работ на факультативных курсах. и) Принципы занимательности занятий. к) Построение занятий проблемного изучения материала. л) Прежде всего, факультативные курсы должны быть интересными, увлекательными для школьников. Хорошо известно, что занимательность изложений помогает раскрытию содержания сложных научных понятий и проблем. Заинтересованность поможет школьникам освоить факультативный курс, содержащиеся в нем идеи робототехники, науки, логику, и приемы творческой деятельности. В этом отношении цель учителя - добиться понимания учениками того, что они подготовлены к работе над сложными техническими разработками, однако для этого необходима заинтересованность, трудолюбие, усидчивость в организации своей работы [15]. Возможность работать со школьниками во внеурочное время, проявляющими повышенный интерес и способности к робототехнике, представляет собой одно из проявлений новой формы обучения дифференцированного обучения. В какой бы форме не проходились факультативные курсы по робототехнике, они должны быть для учащихся интересными, увлекательными, занимательными и дающими новые знания. Необходимо использовать естественную любознательность школьника для формирования устойчивого интереса к данному курсу. 10

Известный французский физик Луи де Бройль писал, что современная наука – «дочь удивления и любопытства, которые всегда являются ее скрытыми движущими силами, обеспечивающими ее непрерывное развитие». Основными формами проведения факультативных курсов по робототехнике являются в настоящее время изложение узловых вопросов данного факультативного курса учителем (лекционным методом), семинары, собеседования (дискуссии), рефераты учащихся (как по теоретическим вопросам, так и по практическим частям), доклады учащихся и т. д. Однако учителю не следует отдавать предпочтение какой-либо одной форме или методу изложения. Факультативный курс по робототехнике предусматривает отведение большего времени на практическую часть работы учащихся, следует все же чаще применять рефераты, доклады, семинарыдискуссии, чтение учебной и научно-популярной литературы и т. п. Одной из возможных форм ведения факультативных курсов по робототехнике является разделение каждого занятия на две части. Первая часть посвящается изучению нового материала и самостоятельной работе учащихся по заданиям теоретического характера. Вторая часть каждого занятия включает в себя практическую работу, где учащиеся 10-11 классов могут проявить себя и свои творческие способности. Введение факультативных курсов может способствовать успешному переходу от форм и методов обучения в школе к формам и методам обучения в высших учебных заведениях [13]. Если представить изучаемый факультативный курс в виде серии последовательно расположенных задач. Решая последовательно все задачи самостоятельно или при незначительной помощи преподавателя, школьники постепенно изучают курс при большом личном участии, проявляя активность и самостоятельность, овладевая техникой логического мышления. 11

Определения либо включаются преподавателем в текст задачи, либо сообщаются особо. В необходимых случаях преподаватель проводит предварительную беседу или делает обобщения. В настоящее время факультативные курсы по робототехнике внедряются в школьную программу как урок. На самих занятиях качество усвоения теории проверяется в процессе решения задач, практических и лабораторных работ. На курсах совершенно недопустимы такие формы работы, которые сковывали бы инициативу учащихся на занятиях. Занятие начинается с постановки упражнения для всех учащихся. За время, которое отводится на выполнение задачи или примера, учитель успевает проследить, кто и как справляется с заданием, при этом не торопит учащихся. Обычно, если не все, то некоторые из них выполняют задание в запланированное учителем время, а затем начинается разбор и теоретическое обоснование решений. Инициатива в оценке способов решения, в исправлении ошибок, в постановке вопросов представляется самим учащимся. В процессе этой работы достигается логическая точность в формулировках определений понятия или их свойств. В заключительном слове учитель дает мотивированную оценку знаний учащихся [5]. На курсах разрешается практиковать постановку докладов учащихся, где при написании докладов использовалась различная дополнительная литература, указанная учителем. Не следует увлекаться большим количеством докладов, в противном случае, у учителя просто не хватит времени для хорошей подготовки докладчиков. Среднее общее образование призвано помочь учителю реализовать способности каждого ученика и создать условия для индивидуального развития школьников. Чем разнообразнее образовательная среда, тем легче раскрыть индивидуальность личности ученика, а затем направить и скорректировать развитие школьника с учетом выявленных интересов, опираясь на его природную активность. 12

Личностно-ориентированное обучение строится на принципе вариативности, т.е. признания разнообразия содержания и форм обучения, выбор которых осуществляется с учетом развития ребенка и его педагогической поддержки. Пытаясь создать условия для личностно ориентированного обучения, школа предоставляет учащимся право выбора предметов и внеурочных курсов по интересам и склонностям. 1.2 Основные данные о пате Arduino UNO 1.2.1 Плата Аrduino Uno Плата Arduino Uno (см рисунок 1) — центр большой империи Arduino, самое популярное и самое доступное устройство Arduino. Средняя её цена 2000 рублей в интернет магазинах [17]. Рисунок 1 - Плата Arduino Uno. Вид сверху Данная плата построена на итальянском микроконтроллере ATmega328, однако последнее поколение этих плат использует для связи с компьютером по USB микроконтроллер ATmega8U2. Платформа имеет 14 13

цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки (см рисунок 2). Рисунок 2 - Описание элементов платы Arduino Uno Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи [22]. Ниже указаны официальные характеристики, представленные на сайте производителя (см. таблицу 1). Таблица 1 Технические характеристики Arduino Uno Микроконтроллер Рабочее напряжение Входное напряжение питания Максимальное входное напряжение питания Цифровые входы/выходы Аналоговые входы Постоянный ток через входы/выходы Постоянный ток для вывода 3,3 Вольт Флеш-память ОЗУ Энергозависимая память данных Тактовая частота ATmega328 5В 7-12В 6-20В 14 (из них 6 могут использоваться в качестве ШИМ-выходов) 6 40 мА 50 мА 32 Кбайта, но в тоже время 0.5 КБ используются загрузчиком 2 КБ (ATmega328) 1 КБ (ATmega328) 16 МГц 14

1.2.2 Распиновка и их значение Пины – это ножки которые используются для того чтобы к плате можно было подключать внешние устройства (датчики, динамики и т.д.). работать они могут в двух режимах: Вход и Выход [25]. Каждый пин имеет встроенный резистор (20000-50000 Ом). Рекомендуемый ток – 20 милиAмпер, максимальный ток 40 милиAмпер на 1 пико секунду (см. рисунок 3) Рисунок 3 - Распиновка Платы Arduino Uno . Для комфортного использования и не загромождения платы разработчики на каждый пин установили несколько дополнительных функций (см. таблицу 2). Таблица 2 Пины и их дополнительные функции Пины 0;1 10; 11; 12; 13 А4; А5 Контакты RX; TX SS; MOSI; MISO; SCK SDA;SCL 15

Пины от 0 до 13 - цифровые. Это означает, что эти пины управляться только двумя видами сигналов: высокий (high) и низкий (low). Также некоторые из пинав имеют возможность широко-импульсной модуляции, следовательно, эти пины могут управлять мощностью подаваемое на внешнее устройство [7]. Данные по всем цифровым пинам приведены ниже (см. таблицу 3). Таблица 3 Цифровые пины на плате Arduino Uno № цифрового Специальное пина пина, и их назначение обозначение в скетче 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 RX TX Вход для прерываний Вход для прерываний SPI (SS) SPI (MOSI) SPI (MISO) SPI (SCK) Широкоимпульсной модуляции Есть Есть Есть Есть Есть Есть Все цифровые пины, а их 14, могут быть настроены на два режима: вход и выход. Все они работают под напряжением 5 Вольт, также они имеют встроенные резисторы от 20000 до 50000 Ом, но эти резисторы необходимо включать в программной среде. На платформе Arduino Uno установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX). Установленная на плате микросхема ATmega8U2 направляет данный 16

интерфейс через USB, программы на стороне компьютера "общаются" с платой через виртуальный COM порт. Прошивка ATmega8U2 использует стандартные драйвера USB COM. Мониторинг последовательной шины, программы Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. Некоторыми библиотеками можно создать последовательную передачу данных через любой из цифровых выводов Uno. Пины с номерами от А0 до А5 – аналоговые. Подключенные к этим пинам устройства передают данные в аналого-цифровой преобразователь. На нашей плате этот аналого-цифровой преобразователь с разрешением на 10 бит, что даёт на выходе число от 0 до 1023. Подключение внешних устройств к плате. Как понятно из сказанного выше пины используются для подключения к ним внешних устройств. Самый простой способ проверить это, подсоединить светодиод (см. рисунок 4). Для этого использовуем два контакта: зазаемление или GND, и сигнальный [26]. Рисунок 4 - подключение светодиода к плате. Однако, необходимо чётко представлять, сколько энергии потребляет ваш датчик, поскольку использовать плату как источник питания следует только в том случае, если устройство не потребляет энергии больше чем 17

предельное напряжение контроллера. В противном случае у вас сгорят внутренние конденсаторы платы, и она перестанет функционировать. 1.2.3 Подключение контроллера Arduino к ПК, и работа с платой На данный момент для того чтобы подключить Arduino к компьютеру необходимо использовать соответствующий плате разъём некоторые из них представлены ниже (см. рисунок 5). Соответственно: первый кабель «Принтер-USB» для плат Arduino Uno и Arduino Mega; второй кабель «miniUSB – USB» для платы Arduino Nano; третий кабель «micro-USB – USB» для платы Arduino Micro. Рисунок 5 - Варианты кабелей для подключения платы к компьютеру При подключении платы к компьютеру, программная среда автоматически воспринимает подключенные платы, подключённые к компьютеру. Для того чтобы программа смогла работать с платой необходимо задать номер порта, к которому подключен контроллер (см. Рисунок 6). После подключения необходимо выбрать нужный порт — для этого нужно установить нужный флажок [18]. 18

Рисунок 6 - Выбор нужного порта Затем учащиеся выбирают тип контроллера Arduino. Если контроллер выбран системой автоматически, необходимо проверить правильность этого выбора [20]. 1.2.4 Память и её параметры на плате Arduino Uno Плата Arduino Uno в стандартной комплектации имеет три типа памяти:  Flesh–память - Основная память. Сюда после компиляции записывается скетч. В Arduino Uno её 32 Кб.  Оперативная память. При работе с платой, в этой памяти хранятся переменные данные, и созданные во время работы предметы. Как и в компьютере при выключении все данные хранящиеся в оперативной памяти пропадут.  Энергонезависимая память.  Энергонезависимая память объемом 1 Кб. В этой памяти храниться данные даже если контроллер отключить от питания. Однако, чтобы пользоваться этой памятью, необходимо устанавливать дополнительные библиотеки, которые кстати в стоке стоят в среде программирования. 19

Следует помнить, что имеются модификации платы Arduino Uno, которые имеют большую память чем базовая модификация. Однако они тоже требуют для работы с такими платами необходимо скачивать библиотеки. Программирование для платы Uno. Начиная работать с платформой Ардуино помимо самой платы, нам также понадобиться и среда программирования. Для обучения программированию и созданию скетчей (программ, написанных в данной среде программирования) подойдёт бесплатная среда Arduino IDE. Скачать её может абсолютно любой, перейдя на официальный сайт платформы [14]. Далее по списку идёт установка данной среды программирования на наш персональный компьютер. Ну тут всё просто, запускаем устанавливающий файл, указываем путь и идём пить чай. Пока мы пили чай программа уже установилась, и мы переходим на главный экран показанный (см. рисунок 7). Рисунок 7 - Главный экран программной среды Arduino IDE Дальше, нам необходимо понять на какой плате мы будем программировать. Узнать это просто: посмотрите на плату, и вы узнаете, как она называется. Далее необходимо выбрать нашу плату в среде разработки. 20

Чтобы это сделать кликните мышью в следующем порядке: инструменты – плата – выбираем из всего списка нужную нам плату. Теперь программная среда автоматически компилировать программный код, в такой вид, который поддерживает выбранная нами плата. Всё! Теперь любая написанная нами программа будет загружена в плату в одно касание по команде «загрузить» конечно если в ней нет ошибок, о чём при проверке нам сообщит программная среда. Скетч – представляет собой цикл чаще всего бесконечный) в котором постоянно посылаться команды на пины, к которым подсоединены всякого рода датчики и благодаря всевозможным командам, которые вбиты в скетч формируется управление этими самыми датчиками. Данные скетчи могут находиться в библиотеках. Они либо встроены в среду, либо скачиваются в интернете. Написанный скетч закачивается в плату через USB предварительно скомпилированы, для того чтобы плата поняла что в неё загружено. Автоматическая перезагрузка При роботе с платой Arduino Uno, старый скетч, который хранился в флэш-памяти автоматически стирается, поскольку плата сама перезагружается. Необязательно нажимать на кнопку перезагрузки. Это происходи из-за того, что одна из линий микроконтроллера, которая перезагружает плату, подключена к микросхеме управляющей потоком данных. Однако эту линию можно заблокировать, установив резистор между источником питания и данной линией. Токовая защита разъема USB. В плату установлен предохранитель, защищающий USB порт и саму плату в частности от короткого замыкания и сверхвысокого тока. Хотя сейчас компьютеры уже имеют такие предохранители, на плате он лишним не будет. Он просто даёт дополнительную защиту от всякого рода неожиданностей. Предохранитель настроен на ток больше чем 500 мA. Плюсы платы Arduino Uno. 21

Первый и самый очевидный плюс: то, что плата сразу готова к работе. У вас нет необходимости собирать плату с нуля, разбираться в схемах, интерфейсе, заниматься программированием отдельных блоков. Нет необходимости часами сидеть и изучать инструкции для каждого из элементов. Мы просто берём, подключаем плату к компьютеру загружаем разработанный скетч и наслаждаемся с произведением искусства созданного вашими собственными руками [20]. Лёгкость при работе, простота программирования, делают Arduino отличным средством обучения. Благодаря библиотекам, идущим в комплекте с платой. А если такой библиотеки нет, то её можно с лёгкостью скачать в сети интернет. Это значительно упрощает программирование скетча. Размеры. Некоторые считают, что размеры в семействе Ардуино – это недостатки. Но это не совсем правильно. В семействе Ардуино имеются и весьма маленькие платы (Mini; Однако Nano). для обучения программированию и конструированию это далеко не критичный фактор. Наоборот, обучающимся намного проще будет работать с довольно большими и увесистыми платами такими как Uno и Mega [27]. Все мы пользователи компьютеров. Но далеко не каждый знает, как он работает: мы просто запускаем нужную нам программу вы выполняем все необходимые нам действия. С Arduino – точностью тоже самое: мы просто выполняем все необходимые нам действия (программирование, сборка схем) а плата всё уже делает сама. У нас нет необходимости забивать себе голову и изучать, как работает тот или иной блок платы. Всё время работы с платой пользователь концентрирует внимание на разработку проектов. Наличие готовых библиотек, а также модулей, включающих в себя датчики сразу же готовы к работе, профессиональным что существенно программистам, облегчает но и жизнь обычным не только любителям- экспериментаторам, которые просто хотят что-то сделать интересно, и собственными руками. 22

1.3 Методы обучения, используемые в процессе преподавания робототехники Далее нам необходимо нам необходимо выбрать наилучшие мотоды обучения, с помощью которых учащиеся будут эффективно осваиваться данный курс. Проанализировав множествоозд ствиметодов обучения,ф ей акторвмы выяснили,и е скан зы что дляэлем тфакультативного курсаоб н щ ваю и ч есп наилучшими будутляю тп савследующие методы: ред Методд сипроектов: Е. С. Полатторгвы о еятльн хвидит в этомэтомметоде наилучшийтом эспособ достиженияэтап мдидактической цели. Проведястеп о иполную, детальнуюп н ервойразработку проблемы,п ставляюмы должным ед р естаполучить реальный,п опрактический результат,аю ставлн ред еоб и щ вкоторый ч сп оформленп ес необходимым ц о р факультативном намозд ствую образом. ей курсезави т данный о см И действительно методп и даст оставлн ред в нашемтакж е возможностьп л учащимся ы б ри самостоятельноу и работать надтовар их проектами,торгвы авлен р п х тем самымосб ти развивать ихтовар ен творческие, познавательныезаы и ески умственные способности. А этоотн н сясамые важныеи е ац орм ф н факторы пристеп и изучении такогорасп н и курса какразви лн ед ся основы робототехники. Такжекон ей щ ю у м еч самостоятельная работау слг способствует укреплениюрасп и лн ед дисциплины, самоопределениюко йкак каждоголен ы еч н и устаовучащегося, такф акторви свей команды. Посколькуси тем проект в робототехникесп асостоит изляю о р тп савдвух частей,п ред есто каждыйувязатьучащийся сможетсп роц роа выбрать направлениесвязан есобственной деятельности. Однии ы епрограммирует платуп скан зы л ы б ри на компьютере,заклю идругие составляетш ен ч рокги собирает схемуож и тсяп аю д рвустановки [3]. Методб лепортфолио. Данный методуп о идостаточно хорошотакж равлен еописан в книгетовар «Медиаобразование: теоретическиеп еносновы и опытлен ж ви род и оставреализации. По мнениюм рд п ятй и ероп авторов, прир азд и создании своегозакуп елн й портфолио каждыйп н оч о учащийся полостьюсвязан ставлн ред ы анализирует своистеп идостижения, представляютуслгсвои собственныеосб н тивозможности, ен и самиуп акн оч зйоценивают своиу ерезультаты [28]. и ящ д о х Методко у портфолио предполагаетп м еч н ен формирование структурированнойц ж ви род елом папки, в которуювн ейпомещают ужесоп тр у тязавершенные и специальнокон аю д рвж йоформленные ы еч работы. Ониво юпозволяют отразитьод сту ей зд тельп и рзв образовательную биографиюэлем тыи уровень н достиженийэлем в ученика илин то н ей вшгруппы учащихся. Этотвн утрей метод помогаети е при скан зы формированиизаклю и докладов нааю ен ч еоб и щ в конференции школьников,н ч сп й еш в при разработкеп л ы б ри 23

модели роботар идля выступлениясп лн ед асп роана соревнованияхторгвразличного уровня,услгпри разработкер иплана нап елн азд ятучебный периоди и ед р еи т.д. ац орм ф н Метод взаимообученияявлсь своими истокамиотн ся уходит в коллективныйтольк способ обучения. Поко у мнению В. К. Дьяченко,озд м еч н стви обучение естьторгв общение ей обучающихсп а и обучаемых. Вид общенияп о р ес определяет и организационнуюразд роц и елн форму обучения. Историческийы хторгванализ показывает,элем тычто развитиеявлсьспособов н обучениям еста основывалось науход е применении различныхявлсь видов общения. Науслг и ящ занятиях элективногото льк курса пом ятй конструированию и программированиюторгвы и ероп х роботов методр и взаимообучения реализуетсяой елн азд ерв учениками самостоятельно,ком п сая ерч иногда дажеп ставк без участияб о ле учителя. Разобравшись в решениизаклю о и какой-либо ен ч конструкторскойр зн о й задачи, учащиесям ч и еста с удовольствием делятсяосб ти своими ен знаниямисо тяс теми, ктоп аю д вж р п ставляюиспытывает затруднениян ед р й еш впри решениитакж еподобных задач. Такимви оезд ст образом, можетто й варсложиться ситуация,вн утрейв которой учащиесяой ервобучают п самогой развеиучителя, чтоц щ сяю мположительно влияетлен ело оп ставкак након рд йсамооценку учеников,осб ы еч титак и ен нарозн йотношения с учителемр ч и и[8]. лн ед асп П. А. Юцявичене отмечает,п лчто сущностьи ы б ри еметода модульногоосб ац орм ф н тиобучения ен состоиту ствм в том, чтосвязан б о д е обучающийся самостоятельнорасп ы и может работатьуход лн ед е с и ящ предложенной емуб ле индивидуальной программой,язан о есв включающей в себяувязать ы целевой планц мдействий, банкуход ело ящ еинформации и методическоеуслг руководство поэтап и ом достижению поставленныхкотль дидактических целей. В основед осиинвариантных еятльн программ,р азд иявляющихся важнымразд елн икомпонентом модульногоп елн ятобучения, лежатуход и ред е и ящ модули, представляющиезави т собой профессиональнотольк значимые действияоб о см щ ваю и ч есп (учебные элементы). Достоинствомэлем товмодульной системырасп н мявляется гибкость,уп и лн ед и равлен вариативность, возможностьсп роаее адаптацииой ервк изменяющимся условиямуход п ящ е[30]. и Целесообразно содержаниеуход ящ е и факультативного курсад ри сп елн а по конструированиюко й и программированию роботовувязать разбить насп ы еч н роа следующие модули: 1) основыэлем вконструирования; то н 2) программирование; 3) решение прикладныхуход ящ езадач. и 24

Формирование структурыуход емодулей можетом и ящ ствиметь циклическийстеп б уд ихарактер: н тематикато хмодулей повторяетсяуп гвы р ичерез короткиеп равлен о(от неделиод ставлн ред тельп и рзвдо двухэлем тмесяцев) н илии е длинные (вц ац орм ф н мпределах учебногом ело еста года) промежуткип ят времени. В темах и ред конструированияу вязатьи программирования одногоом стввременного периодаш б уд рокг удобно и рассматриватьто лькзадачи единыхэкон есаяпроектов, чтобытольку учащихся сформировалосьп ч и м л ы б ри целостное представлението варо реализации тойш рокгили инойкап и оствмодели робота. Подм ятйпроблемным обучениемувязатьВ. Оконь понимаетц и п о ер еломсовокупность такихразд и елн действий, каки еорганизация проблемныхогтрвситуаций, формулированием ац м р о ф н ятйпроблем, и ероп оказаниесп а ученикам необходимойозд о р ствуюпомощи в решениизакуп ей й проблем, проверкавн н оч й еш правильности решенийц ми ело руководство процессомм еста систематизации и закреплениято лькприобретенных знанийустан овлеи[16]. Метод проблемногоп вж о р саю д тя обучения основанвн утрей на созданиитовар проблемной мотивациио щи требует особогоп ваю и ч есп б оставкконструирования дидактическогоувязатьсодержания материала,степ и который долженрозн н й быть представленотли ч и м как цепьрозн ы еьн ч й проблемных ч и ситуаций. Этотво зд сти метод ей позволяетэлем ты активизировать н самостоятельнуюуп и равлен деятельность учащихся,о сянаправленную нан тн й еш вразрешение проблемнойм ятйситуации, и ероп в результатеко йчего происходитэлем ы еч н тытворческое овладениеразд н изнаниями, навыками,расп елн и лн ед умениями и развитиеэко есая мыслительных способностей. Практическиц ч и м н еломкаждую задачу,и трешаемую в процессем ен осб ятйконструирования и программированиятолькроботов, и ероп можнож екат представить в качестверазд и проблемной елн ситуации. Активизируяуд ствм об творческое и критическоед симышление, учащиесякап о еятльн оствспособны оптимизироватьэкон есая ч и м собственное решениер мзадачи [9]. и лн ед асп Наи зы е практике скан в процессеэкон есая реализации ч и м элективногооб щ курса ваю и ч есп потакж е конструированию и программированиютольк роботов наиболееп ен продуктивным ж ви род являетсяр м применение совокупностисвязан и лн ед асп е нескольких методоврозн ы й обучения изкон ч и й ы еч вышеописанных [14]. 1.4 Робототехника как средство компетенций учащихся 25 формирования ключевых

Современнаяу ствмобразовательная школап б о д ендолжна формироватькап ж ви род оствцелостную системувн ей универсальных тр у знаний,экон есая умений, ч и м навыков,услг а также опытэлем т н самостоятельной деятельностиогтрви личной ответственностиком саяобучающихся, тоэлем ерч т н есть ключевыеу вязать компетенции, определяющиеязатьув современное качествоп ес роц содержания образования. Дляр мучителя этостеп и лн ед асп ипереход отм н естапередачи знанийш рокгк созданию условийп и тельдля звд рои активногоэлем тыпознания и получениясп н роадетьми практическогорасп иопыта. Для учащихсяуп лн ед и равлен - переход отш кг пассивного усвоениян о р и утрей в информации к активномулен и остав ее поиску,разд рд п и елн критическому осмыслению,уд ствм использованию об проблемойэлем т учителя н являетсяэтап ом поиск нап ставляю практике. ред средствтакж е и методов Основной развитияотли м ы еьн ч образовательных компетенцийотн ся учащихся, какзакуп й условие, обеспечивающееэлем н оч тов н качественное усвоением естапрограммы. Главными целевымир ф н м аои е установками дляторгвы ц х учителя сегодняком сая являются ерч компетенциир и как результатэтом образования, какуп лн ед асп и интегрирующие началаэтап равлен ом «модели» выпускникаэто мшколы. В настоящее времяр ивозросла рольэкон елн азд есаянекоторых качествм ч и м есталичности, ранееш рокг и необязательных дляц мжизни в обществе,ой ело ерв таких как:степ п и способность быстроторгвы н х ориентироваться в меняющемсяси ымире, осваиватьотн тем сяновые профессииязан есви области ы знаний,этап мумение находитьр о иобщий языкотли лн ед асп мс людьми самыхтакж ы еьн ч еразных профессий,п о ставлн ред культур и др. Этиб лекачества получилиразд о иназвание ключевыхуслгкомпетенций. елн Под ключевымико й компетентностями применительном ы еч н ятй к школьному и ероп образованиюп еспонимается способностьп ц о р тельучащихся самостоятельноп звд рои оставкдействовать в ситуации. Компетенцияси тем- это: 1) круг полномочийп ли прав, предоставляемыхозд ы б ри ствуюзаконом, уставомзакуп ей йили н оч договоромо тиконкретному лицуп ен сб лили организациистеп ы б ри ив решении соответствующихтольк н вопросов; 26

2) совокупность определенныхустан овлеи знаний, уменийэлем т и навыков, в н которыхр мчеловек долженп и лн ед асп тель быть осведомленоб звд и о р щи иметь практическийш ваю и ч есп рокг опыт и работы. Компетентностьр и - это умениесвязан лн ед асп ы активно использоватьотли м полученные ы еьн ч личныеэлем т и профессиональные знания,степ н и умения и навыкиакти н уюв практической вн деятельности. Компетентностныйр й подход ч и зн о выдвигаетэтап ом на первоетольк место нец елом информированность ученика,н утрей в а способность организовыватьуд ствмсвою работу. об Запомнитьр ии ответить - этоп елн азд еснакопление знаний;этома применить своиувязатьзнания и ц о р умениято хво вневн гвы р йучебной практическойп еш тельситуации - этоэкон звд рои есаякомпетентность. ч и м Смысл компетентностногоосб ти подхода в том,п ен тель что ученикаю звд рои еоб и щ в должен ч сп осознаватьр ипостановку самойразви лн ед асп сязадачи, оцениватькон ей щ ю уновый опыт,ож м еч тсяп аю д рвконтролировать эффективностьу е собственных и ящ д о х действий. Прии е таком скан зы подходеси ы учебная тем деятельностьто хпериодически приобретаетм гвы р еста исследовательский илизаклю ипрактикоен ч преобразовательный характер [11]. Современныезаклю иобразовательные технологииэтап ен ч омобеспечивают включением ятйв и ероп образовательный процессэлем т специально н организованнойотн ся деятельности учащихся. Этоту имеханизм компетентностногоод авлен р п тельп и рзвподхода хорошоом ствмоделируется б уд внедрениемсо тякурса робототехникитоварв образовательный процесс. аю д вж р п Робототехникако у м еч н прикладная наука,д оси занимающаяся разработкойразви еятльн ся ей щ ю автоматизированных техническихэкон есаясистем. Активная вовлеченностькон ч и м удетей в м еч конструированието хфизических объектов,возд гвы р стиспособствует развитиюи ей епонятийного ац орм ф н и речевогор азд иаппарата, чтоявлсь в свою очередь,лен елн и оставпри правильнойси рд п темподдержке совозд стую ей стороны учителя,п йпомогает детямторгвы во ер хлучше вникатьп тельв суть вещейод звд рои тельп и рзви продолжать развиватьсяп ят[9]. и ед р Робототехнику можнотольк широко использоватьуслг при организациид оси как еятльн учебногозаклю и процесса, таку ен ч слг и внеурочной деятельности. Образовательнуюсп роа робототехнику можноп отакже применятьразд ставлн ед р ина урокахторгвы елн хинформатики, биологии,уход е и ящ физики, технологип ен и других предметахм ж ви д о р ятй как ограниченноэтом(демонстрации, и ероп наблюдения),заклю итак и присо ен ч тяизучении отдельныхувязатьтем повозд аю д вж р п стипредмету. ей 27

При работеп енс платами поэтомробототехнике используютсяотли ж ви д о р ммежпредметные ы еьн ч связи:п ж ви род енфизика и математика,засти вм оинформатика. Меж предметныево юсвязи естьод сту ей зд тельп и рзвпедагогическая категориям естадля обозначениям еста синтезирующих, интегративныхувязатьотношений междуразд иобъектами, явлениямиш елн рокги и процессами реальнойш кг действительности, нашедшихи о р и е свое отражениеф ац орм ф н акторв в содержании, формахп ставк и методах учебно-воспитательногод о оси процесса и еятльн выполняющихво зд стиобразовательную, развивающуюустан ей овлеии воспитывающую функции. Конструированиеси темповышает мотивациюозд стви обучающихся к овладениюосб ей ти ен новыми знаниями. Необходимолен и устаовпривлекать понятияразд ииз другихтакж елн епредметов дляэтом расширения областим ятйпрактического примененияторгвтеории, изучаемойоб и п о ер щв данном ваю и ч есп предмете. Использоватьакти юпрактические умениям у вн еста и навыки, полученныеэлем тына н урокахясн от родственных предметов,аю еоб и щ в для полученияотн ч сп ся новых экспериментальныхп тель звд рои данных. У обучающихся появляетсяи е возможность повторятьэлем скан зы товнеобходимые н сведенияси темпо соответствующимогтрвпредметам. При изученииож тсяп аю д рвнового учебногош рокг и материала используютсяр йфакты и понятияэкон ч и зн о есая из разныхф ч и м акторв учебных предметов. Обучающиесяси тем самостоятельно воспроизводятф акторв отдельные знаниястеп и н фактического илир й теоретического характераш ч и зн о рокг из смежнойэкон и есая дисциплины и ч и м привлекаютво стифакты и понятия,устан ей зд овлеиусвоенные имии ена урокахявлсьодного предмета,и скан зы едля скан зы подтвержденияи е вновь скан зы усваиваемыхуд ствм знаний об наогтрв уроках другого. Самостоятельнозаклю ипривлекают теориюуход ен ч едля объяснениятоваризучаемых явленийэтап и ящ омна урокахи ят другого учебногор ероп м й ипредмета. Все эторозн елн азд йпозволяет повыситьсвязан ч и е уровень ы сформированноеси ыключевых компетенцийуход тем епо следующимп и ящ ставляюпараметрам: ред Информационная компетенция:ком сая ерч поиск информациин еакзы и с по роботам-андроидамп тельв сети Интернет,д звд и о р осиизучение найденныхэлем еятльн тыобразцов моделейком н сая ерч и анализ ихто лькконструкций. Коммуникативная компетенция:элем тов подготовка сообщения,сп н роа но темевозд стую ей возможной реализациизаклю инайденных конструкций,розн ен ч йвнедрения новыхи ч и еэлементов, ац орм ф н подготовкап ят сообщений и ед р отдельныхи отзав учеников см иликом сая групп ерч учеников,заклю и ен ч коллективное обсуждениеи еобщего порядкааю скан зы еоб и щ вработы прии ч сп ереализации проекта,отли скан зы м ы еьн ч групповая проектнаяп ятработа, оценкакон и ед р удеятельности каждогои м еч сярзученика. ей щ ваю 28

Учебно-познавательная компетенция:ш рокг создание моделиэлем и тов андроида поэлем н т н известным схемам;п й программирование действийлен во ер оп став робота поотли рд м образцу; ы еьн ч исследовательскаявн ей тр у работа покон й ы еч моделированию конструкции;устан овлеи исследовательская работаи зы е по корректированиютольк программ; оформлениеторгвы скан хи защита работы,связан ысамостоятельное построениеогтрвконструкции роботакон убез схемуслги м еч инструкций; программированиеод тельп и рзв действий роботакон й в ы еч зависимости отзаклю и ен ч поставленной цели;сп адемонстрация готовыхэтоммоделей; проведениеотли о р мсостязания ы еьн ч междурасп ироботами и определениесвязан лн ед ыпобедителей; выявлениезакуп йудачных решенийп н оч ервойи недостатков конструкций. Робототехника,п ен представляя собойп ж ви д о р л межпредметный курс,лен ы б ри и остав позволяет рд п повыситьто варуровень сформированноезави оту обучающихся ключевыхлен см и равкомпетенций. уп Кроме того,элем ты работа н экспериментовб ле по о с компьютерами,этап ом сборка роботов,кон у проведение м еч исследованиюоб щ окружающей ваю и ч есп средып о способствуют ставлн ред достижениюр м результатов освоениякап и лн ед асп оств образовательной программын й еш в общего образования,эко есая указанных в федеральныхогтрв государственных образовательныхб ч и м н оле стандартах, какстеп и н владение навыкамилен и остав рд п познавательной, учебно-исследовательскойсвязан ыи проектной деятельности,лен оп ставнавыками разрешенияэлем рд ты н проблем. Такая деятельностьп тель способствует достижениюаровт значительных звд рои результатовво юпо учебнымм сту ей зд естапредметам [6]. 29

2 ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО РОБОТОТЕХНИКЕ 2.1 Методы и формы организации проектной деятельности по робототехнике В связи с быстрымко сая развитием технологийозд ч ер м ствив наше время,ц ей еломобществу нужным ы еси тлюди, которыеф вбудут находить,заклю р акто иисследовать, и решатьн ен ч утрей впроблемы, а неэкон есая ч и м только исполнятьу и указания. Таким образомси авлен р п ы школе необходиморасп тем и дать лн ед учащимсяко саяне толькор ч ер м мзнания, новозд и лн ед асп стии умения. Умения самостоятельнотакж ей енаходить, всестороннеу ствмисследовать, и решатьси б о д ыпроблемы, поставленныед тем осиими самими,расп еятльн м и лн ед либо педагогом. Дляр итого чтобыэлем елн азд трешить этотуд н ствмвопрос, намторгвнеобходимо вводитьй об ш евкурсы, н созданныеп звд и о р тельспециально дляч м о н экясрешения этихявлсьзадач. Но длявн аеи йтого чтобырозн еш ч и йввести курсп л в образовательное пространствоп ы б ри ес школы необходимоси роц тембыло решить,си ы тем какую оптимальнуюэлем тыформу организацииком н саяучебного процессаи ерч сярзвыбрать. ей щ ваю Начнём с тогор ся что курсп ей щ ю азви л «Основы робототехники»н ы б ри й еш в построен какси ы тем факультативный, следовательно,этап ом эффективность обученияторгвы х зависит и отрасп м и лн ед организации занятий,элем тыпроводимых с применениемф н акторвследующих методовуд ствмпо об способуэко есаяполучения знаний,со ч и м н вж р п аю д тяпредложенных В.П. Беспалько: 1) Объяснительно-иллюстративныйп о - предъявление информациип ставлн ред ес роц различными способамиэлем т (объяснение, н рассказ,п ставляю беседа, ред инструктаж,вн утрей демонстрация, работац мс технологическими картамилен ело оп стави др); рд 2) Проектно-ориентированное обучениеляю тп сав - это систематическийп ред ервой учебный метод,у влеивовлекающий учащихсяи о стан ев процесс приобретенияэлем ац орм ф н тызнаний и н уменийзаклю и с ен ч базирующейся помощью широкойн й еш в исследовательской нап ят комплексных, и ед р реальныхи е вопросах ац орм ф н деятельности,п и оставлн ред и тщательноэлем тов н проработанных заданиях. 3) Эвристическийр й - метод творческойсвязан ч и зн о ы деятельности (созданиеф акторв творческих моделейко уи т.д.) м еч н 30

4) Проблемный - постановкаотн сяпроблемы и самостоятельныйкон упоиск еёвн м еч утрей решения обучающимися; 5) Программированныйэлем тов - набор операций,розн н й которые необходимои ч и е ац орм ф н выполнить в ходем ятйвыполнения практическихувязатьработ (форма:ком и п о ер саякомпьютерный ерч практикум,такж епроектная деятельность); 6) Репродуктивныйлясьв - воспроизводство знанийп и и оставлн ред способов деятельностиси ы(форма: собираниед тем осимоделей и конструкцийразд еятльн ипо образцу,и елн етвй создбеседа, упражненияр зн о йпо аналогу); ч и 7) Поисковыйто х- самостоятельное решениерасп гвы р мпроблем; и лн ед 8) Частично-поисковый - решениеом ств проблемных задачи б уд е с помощью скан зы педагога; 9) Методсо тя проблемного аю д вж р п изложениям еста - постановка проблемывозд стую ей педагогам, решениер и ее самимэлем елн азд тов педагогом, соучастиеп н о обучающихся прии ставлн ред е ац орм ф н решении [2]. Каку имы видим,элем авлен р п т для болеекон н йкачественного обучения,отн ы еч ся метод проектовуд ствм об подходит какко унельзя лучше. Поди м еч н еметодом проектоваровтпонимают технологиюп скан зы и оставлн ред организации образовательныхи отзав ситуаций, в которыхп см ервой учащихся ставиткон йи ы еч решает собственныеко саязадачи, и технологиюрозн ч ер м йсопровождения самостоятельнойсп ч и роа деятельности учащегося. Основныер сяэтапы разработкиэлем ей щ ю азви тыпроекта Arduino: н 1) Обозначениеу вязатьтемы проекта. 2) Постановкап оцелей и задачоб ставлн ед р щ ваю и ч есп проекта. 3) Разработка и построенияц еломмонтажной схемыи отзавна Arduino. см 4) Составлениеп ят программного скетчауслг для необходимоговн и ед р утрей нам результата. 5) Компиляцияво юскетча в плату,н сту ей зд утрей впроверка правильностисп роа работы. В противном случаеэлем тыпоиск и устранениеэтап н омнеполадок. При такомп енподходе учащиесяси ж ви д о р ыучатся творческиом тем ствподходить к постановкевозд б уд сти ей целей, ставитьэто ми решать задачи,об щсообща решатьп ваю и ч есп ес возможные проблемы,такж роц е возникшие прир йрешении конкретнойи ч и зн о ен ж взадачи (будьэлем род п товто проблемылен н и равв составлении уп 31

схемыроватили программированиии ен ж вскетча). Данный подходп род п лблаготворно влияетп ы б ри оставкна развитиесвязан ытворческих способностей,связан ыумственное развитие. Ноявлсьсамое главноеувязать– учащиеся вместезаклю ирешают поставленныеогтрв ими задачирасп ен ч ми решают возникшиезаклю и лн ед и ен ч проблемы, а этоо мне чтотакж ы еьн ч тли еиное какрасп иработа в команде. лн ед Такимп ставляюобразом мыо ед р щвидим, чтотоварданный курс,и ваю и ч есп б еоснованный наразд скан зы иArduino елн положительното хсказывается нап гвы р овсём учебномтакж ставлн ред епроцессе. С помощью данноготовар факультативного курсап ен у учащихся повышаетсязаклю ж ви д о р и интерес к изучениюсвязан ен ч е ы дисциплин, непосредственнолен оп ставсвязанных с изучениемб рд олекуса, такихосб тикак физикакон ен у м еч информатика, иностранныйэтап мязык (вп о ервойнашем случаед осианглийский). еятльн 2.2 Факультативный курс «основы робототехники» Пояснительнаяэл взаписка то н ем Актуальность факультативноголен оп став курса заключаетсятовар в том, чторазви рд ся она ей щ ю направленап звд и о р тель на формированиестеп и творческой личности,ком н сая умеющей креативно,уход ерч е и ящ нестандартно мыслить. Технологическиетовар наборы Arduinoозд ствую UNO ей ориентированысп а на изучениеувязать основных физическихотли о р мпринципов и базовыхторгв ы еьн ч технических решений,во стилежащих в основеп ей зд ставляювсех современныхц ред еломконструкций и устройств. Даннаяо ти ен сб программа предполагаетп ен решение ж ви род инженерныхвн утрей и конструкторских задач,о ся а также обучениеувязать объектно-ориентированному тн программированиюто льк и моделированию с использованиеэкон есая Arduino UNO. ч и м Использованиеп есArduino UNOб ц о р олепозволяют решатьси темне толькоязатьувтиповые задачи,уход ено и ящ и нестандартныер и ситуации, исследоватьязан лн ед асп есв датчики, вестилен ы и рав собственные уп наблюдения. Кромеко у того, работааю м еч н еоб и щ в в команде способствуетязан ч сп ы св формированию уменияакти ювзаимодействовать с соучениками,розн у вн йформулировать, анализировать,кон ч и й ы еч критически оценивать,то вар отстаивать своиустан овлеи идеи. При дальнейшемрозн й освоении ч и Arduinoр м UNO становитсяо и лн ед асп м этап возможным выполнениеси ы серьезных проектов,уд тем ствм об 32

развитие самостоятельноголен и остав технического рд п творчества,осб ти участие ен в соревнованияхсп апо робототехнике. о р Цельэл в курса - научитьф то н ем акторв использовать средстваой ерв информационных п технологийтакж е для решениягои кш конструкторских и р межпредметныхн утрей в задач, способствоватьзави т успешной адаптацииком о см сая при переходестеп ерч и от пропедевтическогоуслг н курса информатикиб лек базовому. о Задачи:  Знакомство соп енсредой программированияозд ж ви д о р ствиArduino UNO,п ей лбазовым ы б ри и ресурснымиэто мнаборами;  Усвоение основм екор ч аясобъектно-ориентированного программирования;  Составлениер ипростых и сложныхуход елн азд ящ еалгоритмов; и  Использование и программированиерозн йдатчиков длян ч и й еш висследования окружающейзаклю исреды и выполненияозд ен ч ствипоставленных задач; ей  Проектированиех еу и разработка собственныхсоп и ящ д о тя программ длясвязан аю д рвж е ы решения стандартныхси ыи нестандартных задач; тем  Созданиер азви сясобственных проектов,увязатькоторые могутуд ей щ ю ствмбыть полезнымизави об от см в реальной жизни;  Формированиезави тумения работатьи о см отзавв группе. см Планируемые результатытор гвосвоения программы Личностныеэл ты н ем результаты: 1) Формирование способностей,услг обучающихся к саморазвитию,этом самообразованию и самоконтролюкон уна основеш м еч рокгмотивации к робототехническойэкон и есая ч и м и учебной деятельности; 2) Формированиеи зы е современного мировоззрения,и скан е соответствующего скан зы современномуп лразвитию обществаой ы б и р ерви науки; п 3) Формирование коммуникативнойторгвы х и ИКТ-компетентности длякон у м еч успешной социализации,о щ ваю и ч есп б и самореализации в обществе. Метапредметныеу тьрезультаты: за я в а) Умение ставитьо зн ч п й уаки реализовывать поставленныерозн йцели; ч и б) Умение самостоятельнолен и равпланировать своюи уп отзавдеятельность; см 33

в) Умение выполнятьэлем тов и н правильно оцениватьуслг результаты собственнойо щ ваю и ч есп б деятельности; г) Умение создавать,расп иразрабатывать и реализовыватьц лн ед еломсхемы, планыб оле и модели длятакж ерешения поставленныхи отзавзадач; см д) Умение устанавливатьоб щпричинно-следственные связирозн ваю и ч есп йи логически ч и мыслить. Предметныеп крезультаты: в ста о 1) Овладение простымип ометодами и формамирозн ставлн ред йобработки и анализатовар ч и данных; 2) Формирование ИКТ-экон есая компетентности ч и м и информационнойтовар культуры; 3) Формирование уменияи отзававтоматизировать и решатьси см темпоставленные задачи,акти юиспользуя компьютерэтоми технические устройстваси у вн темкак инструмент. Рабочаяэл в то н ем программа факультативногоп о н л став ед р курса «Основыф в тор ак робототехники» (см. таблицутол к4). ь Таблица 4 рабочаяторгвпрограмма факультативногод осикурса. еятльн № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Наименование темы Вводное занятие. Правилан осяттехники безопасности Лабораторнаяф акторвработа № 1 «Введениеавкп оств Arduino» Лабораторная работакон у№ 2 «Знакомство с м еч ArduinoявлсьUno. Управление светодиодом» Лабораторнаяэтомработа № 3 «Программированиеи ев Arduino» ац орм ф н Лабораторная работаотли м№ 4 ы еьн ч «Подключение RGB-светодиода» Лабораторнаяп есработа № 5 «Модельп роц л ы б ри свеча» Лабораторная работаэлем тов№ 6 «Работа с н жидкокристаллическимап ом этэкраном» Лабораторная работаразд и№ 7 «Передача елн данныхуд ствмв инфракрасном и об ультразвуковомсоп тядиапазонах» аю д рвж Лабораторная работасвязан ы№ 8 «Работа сервопривода» 34 Количествоп енчасов ж и в од р Всего Теория Практика 1 1 1 1 - 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 3 1 2 3 1 2 3 1 2

Продолжениеуслгтаблицы 4 10 Лабораторнаявн й работа еш «Создаемувязатьробота» № 9 11 Разработка и представлениеви еозд ст й итогового проектан льи м ы отечучащимися. Итого 3 1 2 3 - 3 25 10 15 Ниже представленыр йпервые трисп ч и зн о роалабораторные работы,разд ивходящие в курсрасп елн м и лн ед «Основы робототехники» Лабораторнаяу гработа №1 сл Введениер ив Arduino. н ел зд а Цель: Ознакомитьсяявлсьс микроконтроллерами Arduino,п ла также соен ы б ри олд ставп рсредой программированияу слгArduino IDE Краткаяза йтеория. н ч о п у к Появление первыхэлем тмикроконтроллеров ознаменовалом н ятйначало новойуп и ероп иэры равлен в развитиип л микропроцессорной техники. Наличиекон ы б и р й в одном корпусезакуп ы еч й н оч большинства системныхп о устройств сделалосвязан ставлн ед р е микроконтроллер подобнымрасп ы и лн ед обычному компьютеру. В отечественнойси ылитературе оним тем еста даже называлисьтакж е однокристальными микро-ЭВМ. Соответственностеп и и желание использоватьвн н й еш микроконтроллеры какп есобычные компьютерылен ц о р и устаовпоявилось практическиотли мс их ы еьн ч появлением. Ноу ижелание этон авлен р п утрей всдерживалось многимитакж ефакторами. Например, чтобып ом этасобрать устройствовн йна микроконтроллере,закуп еш йнеобходимо знатьы н оч хторгвосновы схемотехники,ко у устройство м еч н и работулен и устаов конкретного процессора,сп роа уметь программироватько саяна ассемблереи ч ер м сярзи изготавливать электроннуюи ей щ ваю етехнику. ац орм ф н Потребуются такжец елом программаторы, отладчикивозд стую и ей другие вспомогательныеси тем устройства. В итоге безуп и огромного объеман равлен утрей в знаний и дорогостоящегоо щ оборудования неэтом обойтись. Такая ситуациякон ваю и ч есп б й долго неп ы еч о ставлн ред позволяла многимстеп и любителям использоватьси н ы микроконтроллеры в своихком тем сая ерч проектах. Сейчас, с появлениемрасп иустройств, дающихстеп лн ед ивозможность работатьотн н сяс микроконтроллерами безэтап мналичия серьезнойуход о ящ е материальной базыразд и ии знания елн многихп ставкпредметов, всестеп о иизменилось. н 35

Примером такогото вар устройства можетси ы служить тем проектп оставк Arduino итальянскихзаклю иразработчиков. ен ч Обзор контроллеровен ои ц аф м рсемейства Arduino. Основныеш кгверсии плато о р и сти н еяльArduino представленын д утрей вследующими моделями: Dueко й- плата нап ы еч н обазе 32-битногоразд ставлн ед р иARM микропроцессоракон елн йCortex-M3 ARMд ы еч оси еятльн SAM3U4E; Leonardo - платап ставкна микроконтроллереы о хторгвATmega32U4; Uno - самаяи епопулярная версиявозд ац м р о ф н стуюбазовой платформыц ей еломArduino; Duemilanove - платаэто мна микроконтроллерекон уATmegal68 илиуход м еч ящ еATmega328; и Diecimila - версияво зд стибазовой платформып ей ставляюArduino USB; ред Nanoп ят - компактная платформа,озд и ед р стви используемая какувязать макет. Nano ей подключаетсяр азд ик компьютеру прип елн еспомощи кабеляи роц ен ж вUSB Mini-B; род п Megaко й ADK - версияэтап ы еч н мплаты Megaзаклю о и 2560 с поддержкойуход ен ч ящ е интерфейса и USB-hostу слг для связип ес с телефонами нам ц о р еста Android и другимиторгв устройствами с интерфейсомп есUSB; ц о р Mega2560 - платаси ы на тем базеи е микроконтроллера скан зы ATmega2560и е с ац орм ф н использованием чипаэлем в ATMega8U2 дняакти то н уюпоследовательного соединенияявлсь по вн USB-порту; Megaи е- версия сериип ац м р о ф н лMega назави ы б и р отбазе микроконтроллераком см саяATmega1280; ерч Arduino ВТэлем т- платформа с модулемзакуп н йBluetooth дляш н оч рокгбеспроводной связиэтоми и программирования; LilyPad - платформа,р иразработанная длязакуп лн ед асп йпереноски, можетустан н оч овлеизашиваться в ткань; Fioсо тя - платформа разработанакон аю д вж р п й для беспроводныхэлем ы еч ты применений. Fio н содержитво стиразъем дляп ей зд ставляюрадио ХВее,лен ед р оп ставразъем дляси рд ыбатареи LiPoси тем теми встроенную схемуявлсьподзарядки; Mini - самаяп лмаленькая платформален ы б и р и оставArduino; рд п Pro - платформа,п иразработанная дляосб ставлн о ед р тиопытных пользователей,ло ен ц е может м являтьсяр ичастью большегоп елн азд енпроекта: ж ви д о р 36

Pro Miniси тем - как и платформам еста Pro, разработанаустан овлеи для опытныхвн й еш пользователей, которымэко есая требуется низкаявозд ч и м н сти цена, меньшиеп ей ставляю размеры и ред дополнительнаяко уфункциональность. м еч н Платы расширениясо тяArduino. аю д вж р п Большую популярностьстеп и плата Arduinoп н ервой приобрела нерасп м только из-заотли и лн ед м ы еьн ч низкой стоимости,п ставклегкости разработкилясьви программирования, но,язан о ы свглавным образом,то льк благодаря наличиюэтомплат расширенияустан овлеи(так называемыхб олешилдов), добавляющих Arduinoу ствм дополнительную б о д функциональность. Шилдып ставляю ред (кроме маленькихко ймодулей и платыом ы еч н ствLily Pad)расп б уд мподключаются к Arduinoой и лн ед ервс помощью п имеющихсяб лена нихсвязан о ештыревых разъемов. ы Существуету слг множество различныхвн утрейпо функциональностиустан овлеишилдов, ототли м ы еьн ч простейших, предназначенныхп л для ы б ри макетирования,тольк до сложных,осб ти ен представляющих собойто лькотдельные многофункциональныетоварустройства. Среда программированиязав отArduino IDE. см и Разработкаэлем т собственных приложенийсвязан н е на базеуслг плат, совместимыхторгвы ы хс архитектурой Arduino,п л осуществляется в официальнойторгв бесплатной средевозд ы б и р сти ей программирования Arduinoозд ствую IDE. Среда предназначенаотн ей ся для написания,сп роа компиляции и загрузкип лсобственных программувязатьв память микроконтроллера,сп ы б и р роа установленного нао мплате Arduino-совместимогон ы еьн ч тли утрей вустройства. Основой средыразви ся ей щ ю разработки являетсясп аязык о р Processing/Wiring - этокон у фактически обычныйн м еч утрей в C++, дополненныйвн утрей простыми и понятнымип ес функциями длясвязан ц о р е управления вводом/выводомвн ы утрей на контактах. Существуюту влеиверсии средыляю о стан тп савдля операционныхязан ред ы свсистем Windows,уход ящ еMac OSб и оле и Linux. Настройка средызави тArduino IDE. о см Средасвязан е разработки Arduinoн ы утрей в состоит изоб щследующих частей:ш ваю и ч есп рокг редактора и программногосвязан ы кода; областин утрей в сообщений; окнам еста вывода текста;кон й панели ы еч инструментовб лес кнопками частоэтомиспользуемых команд;п о еснескольких меню. роц 37

Программа,то варнаписанная в средеп есArduino, носитб роц оленазвание скетч. Скетчп оставк пишется в текстовоми зы е редакторе, которыйвн скан й имеет цветовуюляю еш тп сав подсветку ред создаваемогор азд ипрограммного кода. Вом елн еставремя сохраненияэлем тови экспорта проектавн н утрейв области сообщенийво юпоявляются пояснениятакж сту ей зд еи информация обсп роаошибках. Окно выводасо тятекста показываетп аю д вж р п ставксообщения Arduino,разд о ивключающие полныеэтап елн омотчеты обп иошибках и другуюу оставлн ред влеиинформацию. Кнопки панелиш о стан рокгинструментов позволяютвн и утрей проверить и записатьэтап м программу, создать,торгв открыть и сохранитьтем о и с скетч, открытьзаку ймониторинг последовательнойц н ч о п еломшины. Разрабатываемым скетчамвн утрейдополнительная функциональностьм еста может бытьуп идобавлена с помощьюваю равлен чбиблиотек, представляющихож сп б ео и щ тсяп аю д рвсобой специальнымкон й ы еч образом оформленныйр й программный ч и зн о функционал, которыйр й можно ч и зн о код,п оставк реализующий подключитьаровт к создаваемому некоторыйакти ую вн проекту. Специализированныхстеп ибиблиотек существуетлен н и оставмножество. Обычно библиотекикон рд п у м еч пишутся так,п йчтобы упроститьом во ер стврешение тойи б уд еили инойрасп ац орм ф н изадачи и скрытьэтап лн ед омот разработчикасвязан ыдетали программно-м ятйаппаратной реализации. Средаэлем и ероп тыArduino н IDEтоварпоставляется с наборомогтрвстандартных библиотек:м ятйSerial, EEPROM,степ и ероп иSPI, н Wireи еи др. Выбор библиотекисвязан скан зы ев меню приведетстеп ы ик добавлению в исходныйразд н икод елн следующейо тистрочки строчки: ен сб #includeто х<имя библиотеки.h> гвы р Этаб ледиректива подключаети о езаголовочный файлп скан зы оставкс описанием объектов,осб ти ен функций и константп звд и о р тельбиблиотеки, которыестеп итеперь могутп н ставляюбыть использованыф ред акторвв проекте. Среда Arduinoзави тбудет компилироватьотн о см сясоздаваемый проектсоп тявместе с аю д рвж указаннойу ствм библиотекой. б о д Перед загрузкойуслг скетча требуетсяотли м задать ы еьн ч необходимыеэто мпараметры в менюси ыСервис | Платасвязан тем е(Tools Board)об ы щ- и Сервис | ваю и ч есп Последовательныйу и порт (Toolsкон авлен р п у | Serial Port). Современныеси м еч ы платформы тем Arduinoр м перезагружаются автоматическисоп и лн ед асп тя перед загрузкой. Над аю д рвж оси старых еятльн платформахр мнеобходимо нажатьозд и лн ед асп ствикнопку перезагрузки. Нан ей й еш вбольшинстве платэтап ом во времяво зд стипроцесса загрузкиэто ей мбудут мигатьстеп исветодиоды RXразд н ии ТХ. При загрузкеосб елн ти ен скетча используетсяэлем тызагрузчик (bootloader)сп н роаArduino – небольшаякон упрограмма, м еч загружаемаяу е в микроконтроллер нан и ящ д о х утрей в плате. Она позволяетотн ся загружать 38

программныйр азд икод беззаклю елн ииспользования дополнительныхзави ен ч отаппаратных средств. см Работай щ сяю еаи врззагрузчика распознаетсяэлем товпо миганиюп н ервойсветодиода наэлем тцифровом выводеэлем н т н D13. Монитор последовательногоэлем товпорта (Serialтакж н еMonitor) отображаетрасп иданные, лн ед посылаемыеакти юв платформу Arduinoп у вн ставляю(плату USBаровтили платувозд ред стуюпоследовательной ей шины). Длязави тотправки данныхп о см еснеобходимо ввестиразд роц ив соответствующее полем елн еста текст и нажатьто гвкнопку Послатьлен р оп став(Send) илиож рд тсяп аю д рвклавишу <Enter>. Затеми ен ж вследует изуслг род п выпадающего списказаклю ивыбрать скоростьси ен ч ыпередачи, соответствующеезакуп тем йзначению н оч serial.beqin в скетче. Такимр иобразом мыф елн азд вразобрали: чтосп р акто роатакое Arduino;ом ствкакие бываютом б уд ствуб дплаты; какрасп ивыглядит и какэлем лн ед тыпользоваться средойотли н мпрограммирования. ы еьн ч Лабораторная работав стую ей озд №2 Знакомство с Arduinoр иUno. Управление светодиодом н ел азд Целив ю сту ей зд о работы: Цель 1:то варПознакомиться с платформойувязатьArduino Uno 1) изучитьси ы состав платы,закуп тем й выучить назначениед н оч оси отдельных ееосб еятльн ти ен элементов 2) изучить способрасп и (способы) лн ед подключенияэтом платформы к компьютеру 3) освоитьо типрограммный интерфейслен ен сб и равкомпьютер - Arduino,ком уп саянаучиться ерч загружатьу епрограммный кодм и ящ д о х еор каяс(скетчи) натакж ч еплатформу Arduino Цельсв ы2: Познакомитьсяотн н за я ся со структуройэлем т и основными командамиф н акторв программного кодастеп и(скетча) дляотли н мArduino нален ы еьн ч и оставпримере программыотли рд п м«Мигающий ы еьн ч светодиод» 4) выучитько саяназначение и синтаксисп ч ер м лкоманд pinMode(),озд ы б ри ствиdigitalWrite(), ей delay() 5) выучитьо тиназначение и правилаш ен сб рокг оформления функцийторгвы и хsetup() и 6) выучитьр азви сяправила объявленияод ей щ ю тельп и рзвпеременных в скетчеп ставляюArduino ред 7) выучить правилан ую воформления комментария акти loop() 39

1 шаг. Начнёмсвязан ыс беседы: вотлен оп ставвопросы которыеуслгмы должныразви рд сяобсудить (взави ей щ ю от см парах каждыйм естазадает 7 вопросоврасп миз 14и и лн ед еи отвечает наосб скан зы ти7 вопросов): ен 1. Где назаку йплатформе находитсялен н ч о п и оставпроцессор? рд п 2. Какой объемп ставкпамяти микроконтроллера? о 3. Гдео сянаходится гнездоб тн оледля подключенияп ес USB-кабеля? Для чегозави роц от см применяется соединениеко саямикроконтроллера с компьютером? ч ер м 4. Гдеко унаходится гнездоб м еч н оледля подключенияп енвнешнего питания? Дляп ж ви род ставляю ред чего применяетсяко йвнешнее питание? ы еч н 5. Сколькото льк цифровых контактовляю тп сав (входов / выходов)связан ред ы есть након у м еч платформе? Где онид сирасположены? о еятльн 6. Почему некоторыеуслг цифровые контактылен оп став отмечены знакомуд рд ствм ~ об (тильда)? 7. Объясните, чторазд и такое елн “широтно-импульснаялен и устаов модуляция сигналов” 8. Сколькоп ят контактов аналоговогоком и ед р сая входа естьм ерч еста на платформе? Гдеуп и равлен они находятся? Обясните,ц елом что такоеи отзав аналоговый сигнал. Длякон см у чего м еч используютсястеп иконтакты аналоговогоотли н мвхода? ы еьн ч 9. Где находятсяазд релн и контакты дляб оле доступа к питанию? Какоекон й ы еч напряжение используетэлем вArduino? то н 10. Где находятсяи еу ящконтакты “земля”? Cколькод д о х оси таких контактоввн еятльн й еш размещено нау влеиплатформе? о стан 11. Где находитсяу ствмкнопка сброса? Длярозн б о д йчего онаосб ч и тислужит? ен 12. Где находитсяп ы б и р л встроенный светодиод? Какэтап омон обозначен? К какомуязан всцифровому выходуп ы ятон подключён? и ед р 13. Гдестеп инаходятся светодиоды,ляю н тп савкоторые могутш ред рокгслужить индикаторамиэкон и есая ч и м загрузки программы? Каки еони обозначены? ац м р о ф н 14. Какойто гвязык используетсяувязатьдля программированияразд р иплатформы? елн 2 шаг. Объединитесь в группусоп тя и отметьте цифрамирасп аю д рвж и на рисункеэтап лн ед ом составляющие платформызаклю и(см. таблицу 5): ен ч 40

Таблицау вязать5 Задание к второйсп роалабораторной 1. процессор 2. гнездо длям ятй и ероп подключения USBкабеля 3. гнездовозд стую ей для подключенияб олевнешнего питания 4. цифровыеп оставк контакты (входызакуп й/ выходы) н оч 5. контакты аналоговогош рокгвхода и 6. контакты длякон у м еч доступа к питанию 7. контактыразд и“земля” елн 8. кнопка сброса 9. встроенныйп ес роц светодиод 10. светодиоды-индикаторы загрузкиторгвы хпрограммы 3 шаг: Перваязави т программа длян о см утрей в микроконтроллера “Мигающийэтом светодиод”. Программа дляси темвстроенного светодиода. Задача:ко йнаписать программу,кон ы еч н йпри выполнениилен ы еч оп став которой светодиодп рд ставляю5 ред секунд горит,связан ы1 секунду нец мгорит. ело Пошаговая инструкция. 1. Запуститезаклю исреду программирования. ен ч 2. В окноп ес редактора введитекон ц о р й программу и прокомментируйтеотли ы еч м ы еьн ч каждую строкур азд и написанного нижерозн елн й кода. Запомните программуторгвы ч и х на своемразд и елн диске с именемр йarduino1 ч и зн о /* Опишите здесь,п вляючто выполняетцеломваша программа а ст ед р */ intэтап мledPin = 13;о о щ ваю и ч есп б // вашиизы сканекомментарии void setupр м() { и лн ед асп // pinModeр азви ся(ledPin, OUTPUT);об ей щ ю щ// ваю и ч есп 41

} void loopво зд ю() { сту ей // digitalWriteу влеи(ledPin, HIGH);товар// о стан delay (5000);и е ац м р о ф н // digitalWrite (ledPin,и зы еLOW); // скан delayэлем в(1000); то н // } 3. Подключитезаку йArduino к компьютеру. Проверьте,услгчто задействованзаклю н ч о п и ен ч нужный COMто хпорт (Сервисзаы гвы р и еск- Последовательный порт). Светящаясяосб н тикрасным ен светоми ы рб п л лампочка означает,закуп й что платформарозн н оч й находится подрасп ч и мнапряжением. и лн ед Возможно, наш кгплатформе работаетрасп о р и ивстроенная программа,язатьувкоторая заставляетф лн ед акторв встроенный светодиодто лькритмично мигать. Мыуход еизменим частотуязан и ящ есвмигания. ы 4. Загрузите кодзаку йна платформу. Добейтесь,степ н ч о п ичтобы схемаэлем н товработала н так,вн утрейкак былоц мзадумано. ело 5. Измените частотузакуп ймигания. Убедитесь, чтоуд н оч ствмвы умеетелен об и устаовуправлять этимивозд стивременными параметрами. ей 6. Предложитьто гв учащимся р поэкспериментироватьэлем ты и н изменяя параметрыо сяскетча изменитьсвязан тн еработу светодиода. ы Такимш кг образом мыто о р и вар выяснили расположениеэтап ом элементов платырасп ии лн ед распиновку платыво сти Arduino Uno,разви ей зд ся и выполнили простейшееп ей щ ю о упражнение с ставлн ред использованиему исреды разработкисвязан авлен р п ыArduino IDE. Лабораторнаям тйработа №3 я и п о ер Тема:и еПрограммирование в Arduino. н а ск зы 2. Цель:о щ ю а в и ч есп б Изучить основныеп ервойправила программированияи ен ж вArduino IDE,п род п оа ставлн ред также ознакомитьсясо тяс функциями программирования аю д вж р п Краткаяу мтеория. ств б о д Цифровые выводы. 42

Выводыси ыплатформы Arduinoрасп тем ммогут работатьм и лн ед ятйкак входым и ероп ятйили какрозн и ероп йвыходы. ч и Также аналоговыер азд и входы Arduinoкон елн й (ATmega) могутш ы еч рокг конфигурироваться и и работатьо титак же. Какстеп ен сб ии цифровые портып н оставк ввода/вывода. Выводы Arduinoэлем тов н настроены какд сипорты ввода,розн о еятльн йпоэтому неод ч и тельп и рзвтребуется декларациилен и устаовв функции pinModeэтап м ( о ). Сконфигурированные портысп роа ввода находятсяком сая в ерч высокоимпедансном состоянии. Эторозн йозначает, чтом ч и ятйпорт вводаом и ероп ствдает слишкомм б уд ятй и ероп малую нагрузкуп тельна схему,у звд и о р ствмв которую онрасп б о д ивключен. Для переводаи лн ед ен ж впорта вводауд род п ствм об из одногоу ствмсостояния в другоерасп б о д мтребуется маленькоеаровт значение тока. Еслип и лн ед ок ставлн ред выводу ничегоко сая не подключено,аю ч ер м еоб и щ в то значенияд ч сп оси на немп еятльн ставляюбудут приниматьвозд ред стую ей случайные величины,п ставкнаводимые электрическимиотн о сяпомехами. Если након упорт м еч вводаторгвы х не поступаетсо тя сигнал, толен аю д вж р п и рав рекомендуется задатьуслг порту известноевн уп утрей состояние. Это делаетсяф вдобавлением подтягивающихразд р акто ирезисторов 10степ елн икОм, н подключающихтакж евход либоп енк питанию +5кап ж ви д о р оствВ. Либо к земле. Микроконтроллеруд ствм об ATmega имеетко упрограммируемые встроенныеозд м еч н ствуюподтягивающие резисторырасп ей м20 и лн ед кОм. Программированиеу еданных резисторовотн и ящ д о х сяосуществляется так: pinModeу ствм(pin, INPUT);р б о д звп и о тель// назначитьвн д йвыводу портн еш утрей вввода digitalWrite (pin,п енHIGH); //д ж ви д о р осивключить подтягивающийтолькрезистор еятльн Выводы, сконфигурированныеэтап ом как портыэлем ты вывода находятсяторгвы н х в низкоимпедансном состоянии. Данныелен и устаоввыводы могутп еспропускать черезвн роц утрейсебя достаточното х большой ток. Выводыси гвы р ы микросхемы ATmegaой тем ерв могут бытэтом п источником токау и до 40связан авлен р п ы мА. Такого значениялясьв тока недостаточноп л для ы б ри большинствап ставляюреле, соленоидовэлем ед р ти двигателей. Короткие замыканиян н й еш ввыводов Arduinoу вязатьили попыткид сиподключить энергоемкиекап о еятльн оствустройства могуткон уповредить м еч выходныеэлем ттранзисторы выводаком н саяили весьзави ерч отмикроконтроллер ATmega. см Аналоговыето квходы. ь л Микроконтроллеры ATmega,м естаиспользуемые в Arduino. Содержатзави отшести см канальныйо м аналого-цифровой ы еьн ч тли преобразовательш рокг (АЦП). и Разрешение преобразователяо мсоставляет 10и ы еьн ч тли е битов, чтоой скан зы ерв позволяет нарасп п мвыходе получатьвозд и лн ед сти ей значения оту е 0 до 1023. Аналоговыед и ящ д о х оси входы могутзаклю еятльн и использоваться какстеп ен ч и н 43

цифровые выводыко йпортов ввода/вывода,сп ы еч н роапри этомтакж еони имеюттолькномера отп ен14 докон ж ви род й ы еч 19: pinMode (14,о тиOUTPUT); ен сб digitalWrite (14,этап мHIGH); о Для вывода,ф вработавшего ранеец р акто еломкак цифровойп ятпорт вывода,расп и ред мкоманда и лн ед anaiogReadявлсь будет работатьосб ти некорректно. В этом случаекап ен оств рекомендуется сконфигурироватьу вязатьего какр ианалоговый вход. лн ед асп Структурав ейпрограммы. тр у н Arduino программируетсяувязатьна языкеож тсяп аю д рвWiring, которогозави отна самомкон см уделе неэлем м еч тов н существует, какп звд и о р тельне существуетторгвы хи компилятора Wiringн утрей внаписанные наен таи овлусWiring программып ес преобразуются в программувн ц о р утрей на языкеэлем т C/C++ и затемсвязан н ы компилируются компиляторомой ерв AVR-GCC. п Фактически используетсяуп и равлен специализированный дляп имикроконтроллеров AVRрозн ставлн о ед р йвариант C/C++. ч и Функциип енsetup( ) и 1оор(соп ж и в д о р тя) аю д ж в р Базовая структурар азви сяпрограммы дляи ей щ ю сярзArduino состоит,элем ей щ ваю тыпо меньшейустан н овлеимере, изторгвы хдвух обязательныхп очастей: функцийкон ставлн ед р йsetup ( ) и loopэлем ы еч т( ). Перед функциейп н оставк setup о идето мобъявление переменных,ц ы еьн ч тли еломподключение библиотек. Функцияэтомsetup ( ) запускаетсяу ствмодин разр б о д мпосле каждоголен и лн ед асп и раввключения питанияотн уп сяили сбросаразви сяплаты ей щ ю Arduino. Онар й используется длян ч и зн о ую в инициализации переменных,товар установки акти режимам ятйработы портовэтап и п о ер ми прочих подготовительныхлен о оп став для основногояю рд тлд савп рецикла программыу слгдействий. Она обязательноэлем тдолжна бытьэлем н твключена в программу,отли н м ы еьн ч даже есливн ейне выполняетто тр у хникаких действий. гвы р Функциясо тя loop ( ) в бесконечномтольк цикле последовательнош аю д вж р п рокг исполняет и команды,зави ткоторые описанывн о см ейв ее теле. Этарозн тр у йфункция выполняетсяуслгциклически, ч и онауслгвыполняет основнуюп иработу. ставлн о ед р Оператор ifу г(условие) и операторытол сл ксравнения ==,р ь и!=, <, >. н л ед асп Операторп ставляюif используетсяы ед р хторгв в сочетании с операторамиэлем тысравнения, онразви н ся ей щ ю проверяет, достигнутао щли истинностьп ваю и ч есп б о условия например,лен ставлн ред и рав превышает лиакти уп ую вн входное значениео сязаданное число. Форматлен тн и равоператора ifрозн уп йследующий: ч и If (someVariableто гв> 50) { р 44

//п ставляювыполнять действия ед р } Программар азд ипроверяет, значениед елн осиsomeVariable большерозн еятльн йчем 50б ч и олеили нет. Еслиустан овлеи да, топ ес выполняются определенныеэлем ц о р тов действия. Говоря иначе,ц н елом если выражениесвязан ыв круглых скобкахсп роа истинно, выполняютсязакуп й операторы внутрид н оч оси еятльн фигурных скобок. Еслистеп инет, программаразд н ипропускает этотм елн ятйкод. и ероп Выражения, которыеазд релн и вычисляются внутристеп и круглых скобок,ч н н еу ом к могут состоятько саяиз одногоэто ч ер м мили несколькихтовароператоров. Операторы сравнения: х ==р зн о йу (х равносо ч и тяу); аю д вж р п х != у (х неп енравно у); ж ви д о р х < у (хп йменьше чемсп во ер ау); о р х > у (х большер мчем у); и лн ед асп х <=р азд иу (х меньшевн елн ейчем илии тр у ен ж вравно у); род п х >=у еу (х большеи и ящ д о х ечем илии ац м р о ф н еравно у). скан зы ; (точкато варс запятой) semicolon. ; (точкар мс запятой) используетсяп и лн ед асп есдля обозначениям роц естаконца оператора. intу ствма = 13; б о д {} (фигурныер искобки) {}п лн ед асп оставк(curly braces) Фигурныеу ствмскобки {}степ б о д и- важный элементуслгязыка программированияти н еян д осльС. Открывающая скобкаслу г { должна всегдап осопровождаться закрывающейсвязан ставлн ред ы скобкой }. Этош кгусловие, известноерозн о р и йкак парностьразд ч и и(симметричность) фигурныхсоп елн тя аю д рвж скобок. Функции: void Названиесвязан ыфункции (типлен и оставданных аргумента)ы рд п хторгв{оператор(ы)}; Циклы: while (логическоето варвыражение) {оператор(ы)}; doэлем в{оператор(ы)} whileп то н тель(логическое выражение); звд рои forзави т (инициализация; условиетоварокончания цикла;и о см еприращения цикла)элем ац орм ф н т{ н оператор(ы)}; 45

Условные операторы: Ifп ен(логическое выражение)лен ж ви д о р и устаов{оператор(ы)}. Комментарии //(singleзаы и ескline comment),услг/**/ (multi-lineэтап н омcomment). Комментарии - этото вэлем н строки в программе,этап ом которые используютсяэлем ты н дляинформирования васу ствмсамих илим б о д естадругих о том,ш рокгкак работаетстеп и ипрограмма. н Они игнорируютсяу е компилятором и некон и ящ д о х у занимают местон м еч й еш в в памяти микроконтроллера. Естьто хдва способар гвы р мпометить строкусоп и лн ед асп тякак комментарий: аю д рвж Однострочныйэлем вкомментарий - //возд то н сти; ей Многострочный комментарийсп роа- /* ... */элем тов. н = (assignment) = операторрасп мприсваивания. и лн ед Присваивает переменнойуп ислева отм равлен естаоператора значениеуп ипеременной илип равлен ставляю ред выражения, Переменнаяакти юслева отси у вн темоператора присваиванияб оле(=) должназакуп йбыть н оч способнад сисохранить присваиваемоекап о еятльн оствзначение. Если оноп лвыходит зап ы б ри оставкдиапазон допустимыху езначений, тосп и ящ д о х асохраненное значениеосб о р тибудет нелен ен и устаовверно. Необходимо различатьп тельоператор присваиванияси звд и о р ы(=) и операторэлем тем товсравнения (==ом н ствдвойной знакм б уд еста равенства), которыйто хосуществляет проверкуэлем гвы р тна равенство. н Функцияр иpinMode. н ел зд а Устанавливает режимо зн ч и й рработы заданногостеп ивхода/выхода (pin)и н екак входаэкон ац орм ф н есая ч и м или какр азви сявыхода. ей щ ю Синтаксис: pinMode(pin, mode); Параметры: pinу вязать- номер входа/выходазави от(pin), которыйаю см еоб и щ ввы хотитеразд ч сп иустановить; елн mode - режим. Одноо тииз двухлен ен сб и оставзначений: inputрозн рд п йили outputи ч и еустанавливает ац орм ф н нарасп ивход илиэлем лн ед тывыход соответственно. н Пример: Intп ставкledPin =13;у о вязать// Светодиод,заклю иподключенный к входу/выходулен ен ч и рав13 уп void setup(п й) во ер { 46

pinMode(ledpin, OUTPUT);п л// устанавливаетуход ы б ри ережим работыком и ящ сая- выход ерч } Функция analogRead(д оси). н ь тл ея Функция считываетм еста значение с указанногоуп и аналогового входа. равлен Большинствоп есплат Arduinoп ц о р енимеют 6 каналовтольк(8 каналови ж ви д о р еу платы Miniотн скан зы сяи Nano, 16вн утрей- у Mega) с 10-п йбитным аналого-цифровымосб во ер типреобразователем (АЦП). ен Напряжение,у еподанное нап и ящ д о х йаналоговый входи во ер ен ж в(обычно отд род п оси0 до 5 вольт),сп еятльн роабудет преобразованоо сяв значение отм тн ятй0 до 1023и и ероп е- это 1024уход скан зы ящ ешага с разрешениемрозн и ч и й0,0049 вольт. Разбросо м напряжения и шагтольк может бытьсп ы еьн ч тли роа изменен функциейэлем т н analogReference( ). Считываниестеп и значения с аналоговогосвязан н ывхода занимаетб оле примерно 100заклю и микросекунд (0,0001элем ен ч ты сек), т.е. максимальнаяязан н есв частота ы считыванияд сиприблизительно 10000толькраз в секунду. о еятльн Синтаксис: analogRead(pin); Параметр:р ся pin - номервозд ей щ ю азви стуюпорта аналоговогосп ей роа входа, с которогож етак будет производитьсяо мсчитывание: 0..5 длястеп ы еьн ч тли ибольшинства плат,расп н м0..7 для Miniкап и лн ед остви Nano и 0..15 дляэтап мMega.. о Функция millisп й( ). о в ер Возвращает количеством ятймиллисекунд с моменташ и ероп рокг начала выполнениятакж и е текущей программыси ына платеэлем тем тArduino. Это количествостеп н исбрасывается нап н есноль роц вследствиер сяпереполнения значенияд ей щ ю азви осиприблизительно черезосб еятльн ти50 дней. ен Параметровакти юнет. у вн Возвращаемое значениеси ы- количество миллисекундуслг с момента началарасп тем и лн ед выполнения программызаку й(тип unsignedрасп н ч о п мlong). и лн ед Функция min(x,у ствмyx). б о д Возвращает наименьшеезакуп йиз двухзакуп н оч йзначений. н оч Параметры: х - первое число,ко саялюбой тип; ч ер м у - второед сичисло, любойторгвы о еятльн хтип. 47

Возвращаемое значениеком сая возвращает меньшеезаклю ерч ииз двухуход ен ч ящ е сравниваемых и значений. Примерп ставкиспользования функции: о senseValп ен= min(sensVal, 100); ж ви д о р //этап мпроверяем, есливн о йsensVal большесвязан еш е100, тоси ы темsenseVal будетразд иприсвоено 100 елн Функциясв ы н за я max(х, у). Возвращаетэтап мбольшее изразви о сядвух значений. ей щ ю Параметры: х - первоеу вязатьчисло, любойм ятйтип; и ероп у - второе число,вн йлюбой тип. еш Возвращаемоестеп изначение - возвращаеткап н оствбольшее изсоп тядвух сравниваемыхп аю д рвж ес роц значений. Пример использованияразви сяфункции: ей щ ю senseVal = max{sensVal,услг20); // проверяем,то варесли sensValф акторв.меньше 20, тооб щ ваю и ч есп senseVal будети отзавприсвоено 20. см Функцияр мmax ( ) зачастуюы и лн ед асп хторгв используется дляш рокг ограничения нижнейп и ставляю ред границы значенийко упеременной. Функцией minом м еч н ств( ) ограничивают верхнююм б уд ятй и ероп границу переменной. В силуразви сяспецифики реализацииаровтфункции maxрозн ей щ ю й( ) следует ч и избегатьу ствмиспользования другихрозн б о д йфункций в качествекон ч и йпараметров. Например: ы еч max (а--,р и0); //п елн азд тельможет привестиразд звд и о р ик некорректным результатам елн а--; max(а,степ и0); //р н итак корректно елн азд Функцияб еsin(rad). л о Возвращает синусу е угла, заданноговн и ящ д о х утрей в радианах в передаваемомп ят и ред параметре. Результат функциип йвсегда в диапазонеогтрв-1 … 1. во ер Параметр:п есrad - уголу ц о р ив радианах (типрасп авлен р п мfloat). и лн ед Возвращаемое значение:си темсинус углам еста(тип double). Функцияп тcos(rad). я и ед р Возвращает косинуср лп угла, заданногоэтом в радианах в передаваемомвозд ы б и стую ей параметре. 48

Результат функциип йвсегда находитсяп во ер лв диапазоне -1осб ы б ри ти… 1. ен Параметр: radтакж е- угол в радианахкон у(тип float). м еч Возвращаемоео мзначение: косинусуслгугла (типогтрвdouble). ы еьн ч тли Функция tan(rad). Возвращаетявлсь тангенс угла,озд ствуюзаданного в радианахстеп ей и в передаваемом н параметре. Результатм естафункции в диапазонезави отот минуси см отзавбесконечности дозакуп см йплюс н оч бесконечности. Параметр:б леrad - уголэтап о мв радианах (типзакуп о йfloat). н оч Возвращаемое значение:кон утангенс углауход м еч е(тип double). и ящ Функцияп енrandomSeed(seed). ж и в д о р Функция randomSeedво зд сти( ) инициализирует генератори ей епсевдослучайных ац орм ф н чисел. Генерируемаяп лпоследовательность случайныхи ы б и р ечисел оченьэлем скан зы товдлинная, и н всегдаяю тлвап содна и там ред естаже. Точка в этойси ыпоследовательности, с которойм тем ятйначинается и ероп генерацияо ся чисел, зависитзаку тн йот параметрауп н ч о п иseed. Параметр: seedразви равлен ся - параметр, ей щ ю задающийш кгначало выдачиво о р и зд юпсевдослучайных значенийи сту ей ена последовательностиуход ац орм ф н е и ящ (тип int,п есlong). ц о р Синтаксис: random(mах); random(min, max); Параметры: minко й ы еч н нижняя границакон у случайных м еч значений,зави от включительно см (опционально); maxвн ей- верхняя границаы тр у м н ч тельи ослучайных значений,сп роавключительно. Возвращаемое значение:разви сяслучайное числолен ей щ ю и оставмежду minтакж рд п еи max - 1 (типп о ставлн ред long). Если присвязан ыкаждом запускеосб типрограммы необходимом ен ятйполучать разныекон и ероп й ы еч последовательности значений,закуп й генерируемых функциейож н оч тсяп аю д рв random ( ),об щто ваю и ч есп необходимом еста инициализировать генераторф акторв псевдослучайных случайнымо щ ваю и ч есп б параметром. 49 чиселрасп и со лн ед

Например, можнош кг использовать значение,розн о р и й отдаваемое функциейзави ч и от см anaiogRead( ) с неподключенногоувязатьпорта входа/выхода. В некоторыхы хторгвслучаях необходимор иполучать одинаковуюод лн ед асп тельп и рзвпоследовательность приси ыкаждом запускекон тем й ы еч программы наво зд стиArduino. Тогда инициализироватьуход ей егенератор псевдослучайныхзаклю и ящ и ен ч чисел следуетстеп и вызовом функцииэтом randcmSeed ( ) с фиксированнымси н ы тем параметром. Практические занятия. Цель:п йСоздать модель,акти во ер уюимитирующую игруц вн еломпламени свечи. Дляу вязать имитации пламенистеп и свечи мысвязан н е будем использоватьтольк три яркихуход ы е и ящ светодиода. Яркость свечениян й еш вбудет случайнойэлем тови случайным будетвозд н стуюмомент ей измененияэлем тяркости. Случайное значениесп н роаяркости будетуход ящ еменяться в некоторомси и ы тем числовом диапазоне,у влеито естьо о стан сяможет приниматьотн тн сяне толькокон узначение 0 илип м еч ервой1. Поэтому длясо тя подключения светодиодовакти аю д вж р п уюнужно использоватьосб вн тиШИМен пины. (ШИМ – широтно-р мимпульсная модуляция). Вспомним,заклю и лн ед асп ичто навн ен ч йплате еш Ардуиното гвнесколько контактовп р ес(пинов) могутп роц ервойиспользоваться какторгваналоговые выходыи зы е или ШИМ-пины,о скан зн напряжение нам р ч и й ятй которых можетразд и ероп и меняться в елн диапазонео сяот 0 доо тн щ255. Эти пинылен ваю и ч есп б оп ставна платед рд осиобозначены знакомуход еятльн ящ е~. На нашейтакж и е плате этои епины с номерамито ац м р о ф н льк3, 5,возд стую6, 9,лен ей и устаов10, 11. В случае,степ икогда пинси н темиспользуется в режимеу и ШИМ, нужноу авлен р п ствм вместо функциисвязан б о д ыdigitalWrite (pin,м ятй HIGH) илирасп и ероп м и лн ед digitalWrite (pin,у слг LOW) использоватьп ес функцию analogWriteсп роц роа (pin, value)гдеэтом значение valueп йможет приниматьтолькзначения отп во ер ервой0 до 255. Микроконтроллерси ыпереводит числосоп тем тяот 0 до 255 к напряжению от 0 до 5 аю д рвж В., Например, 85 — это 1 / 3 от 255, т.е. 1 / 3 от 5 В или 1,66 В. А для напряжения 2.5 В нужно задать значение value = 127. Случайное число, как и в программе на языке Pascal, можно задать функцией random (n). При этом случайным образом генерируется число в интервале от 0 до n–1 включительно. Листинг скетча // Объявляем переменные — три пина, к которым подключены светодиоды 50

int led1 = 9; int led2 = 10; int led3 = 11; void setup() // Инициализация пинов { pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); } void loop() // Бесконечный цикл выполнения программы { analogWrite(led1, 56+random(200)); // Случайное значение яркости от 56 до 255 analogWrite(led2, 56+random(200)); analogWrite(led3, 56+random(200)); delay(random(100)); // Случайное время задержки от 0 до 99 } Возможное развитие проекта Создать модель, имитирующую северное сияние. Создать модель, имитирующую «мигалку» скорой помощ Что нового? Использование ШИМ-пинов При использовании пинов в режиме ШИМ следует применять функцию analogWrite() вместо digitalWrite(). В качестве параметров указываются имя пина и значение на выходе, которое может меняться в интервале от 0 до 255 Использование генератора случайных чисел random для получения случайных значений яркости свечения и времени задержки random (200) генерирует случайное число от 0 до 199; 56 + random (200) — случайное число от 56 до 255 51

Дальнейшие лабораторные работы будут находиться в разделе Приложение 2.3 Анализ педагогического эксперимента База проведения апробирования. Некоторая часть данного факультативного курса была опробована на 6 учащихся 10 класса в «Гостищевской СОШ» Яковлевского района село Гостищево. Список детей указан ниже. Ушакова Татьяна Захаренко Наталья Забаровский Вячеслав Коровяковский Дмитрий Рябчун Ирина Клёнов Игорь Пояснительная записка. На сегодняшний день, когда автоматизация всех отраслей жизни человека лежит на плечах компьютеров и роботов, неудивительно что тенденция в Российских школах проводить всевозможные кружки, курсы и отдельные уроки по робототехнике приобретают всё большую популярность. Ведь не каждый курс может так серьёзно завлечь учащихся, привить им умение самостоятельно ставить цели, задачи, искать необходимую информацию для их решения, и в конечном счёте добиваться положительных результатов. Ведь курс «Основы робототехники» создан не только для того чтобы учащиеся могли самостоятельно строить и программировать собственных роботов, но и создаёт мотивацию для изучения таких дисциплин как: физика, информатика, английский. При изучении данного курса учащиеся учаться аналитически мыслить, творчески подходить к решению той или иной проблемы, а также укрепляет умение командной 52

работы. Ведь некоторые проблемы, с которыми сталкиваться учащиеся во время учебного процесса, они не в силах решить в одиночку. Задачи, поставленные перед экспериментом: Познавательные: Установление и укрепление связей, а также мотивации изучения таких дисциплин как физика, информатика, английский. Образовательные: познакомить учащихся с платформой Arduino и средой программирования Arduino IDE, научить пользоваться и самостоятельно разрабатывать, и собирать различные устройства и роботов. Развивающая самостоятельности ситуациях, в развитие задача: развитие принятии оптимальных внимания, творческой оперативной решений активности, в памяти, различных воображения, мышления (логического, комбинаторного, творческого). Воспитывающая задача: воспитание ответственности, высокой культуры, дисциплины, коммуникативных способностей. Ожидаемые результаты: 1) Приобретённые знания и умения: 2) Правила техники безопасности при работе с платой Arduino Uno 3) Знания основных элементов и возможностей платы, а также всех и ПК компонентов, которые можно использовать с её помощью. 4) Возможности и принцип действия большинства электронных приборов в доме и возможность их замены или дистанционного управления с помощью сделанного своими руками прибора на плате Arduino. 5) Получение первичных знаний и опыта программирования платы в программной среде Arduino IDE. Данный факультативный курс имеет исключительно практическую ценность, и создан лишь для увлечения учащихся к возможностям платы. Метапредметные связи имеют только второстепенную важность. Каждый урок имеет под собой практическую ценность, и служит лишь для закрепления знаний, полученных в ходе изучения данного курса. 53

Самоанализ факультативного курса. Данный курс рассчитан на изучение в течении одного учебного года, при условии, что занятия будут проводиться один раз в неделю. Поэтому весь курс опробовать в учебном заведении не представлялось возможным. По этой причине были выбраны самые интересные и простые лабораторные работы исключительно для изучения результатов, которые были получены на протяжении одного месяца. После проведения лабораторной работы № 1 «Введение в Arduino» учащиеся изъявили желание в продолжении курса, поскольку отмечалось что возможности плат и того что с их помощью можно сделать были весьма и весьма обширны. К примеру, один из учащихся интересовался возможностью с помощью данной платы сделать полностью автоматическую систему освещения в доме. Поскольку в комплект вместе с платой Arduino идёт и всевозможные датчики (температуры, движения, инфракрасные приёмники и так далее), данный проект вполне возможно сделать самостоятельно. Этот и другие проекты осуществимы если иметь представление о возможностях, и умение программировать данные платы. Следующая проведённая лабораторная работа ещё более укрепило увлечение учащихся в изучении данного курса. На этот раз они самостоятельно выполняли работу и программировали платы на выполнение простейших действий (в данном случае учащиеся самостоятельно устанавливали по своему усмотрению время свечения и затухания встроенного в плату светодиода). Также отмечается усиленная мотивация учащихся при изучении естественнонаучных дисциплин, о чём говорят учителя, с которыми проводилась беседа о актуальности данного курса. Каждое занятие проходило в несколько этапов: 1) Приветствие; 2) Беседа с учащимися по постановке целей и задач; 3) Объяснение возможностей решения той или иной проблемы; 54

4) Самостоятельная работа учащихся по программированию и конструированию схемы для достижения поставленной темы; 5) Рефлексия. В конце каждого занятия проводилась рефлексия: они делились впечатлениями друг с другом и педагогом своими достижениями, опытом, и объясняли то что узнали за пройденное занятие. Из данного курса следует что: По результатам опроса учащиеся всерьёз увлеклись изучением данного факультативного курса. Их привлекли почти «безграничные» возможности плат, простота их программирования и относительная дешевизна данной платформы; Данные учащиеся улучшили свои знания по физике и информатике, о чём говорят проведённые тестирования, проводимые учителями- предметниками; Лабораторные работы, учащиеся выполняли командой, поскольку все возникшие вопросы они решали, находясь за одним столом вместе. При невозможности самостоятельно решить проблему они обращались за помощью к педагогу. Также вне занятий учащиеся приносили самостоятельно разработанные скетчи и тестировали их, после чего, с под присмотром педагога, самостоятельно собирали и запускали разработанный ими проект. Однако были и трудности, особенно при работе с монтажной платой. Учащиеся долго не могли понять по какому принципу они должны были соединять датчики и что к каким ножкам на плате подключать. Но по прошествии некоторого времени они научились решать эту проблему. По результатам проведённого эксперимента можно сделать следующие выводы: Данный курс полностью соответствует требованиям, которые ставят современные учебные заведения перед подобными курсами; 55

Актуальность данного курса была подтверждена, при проведении занятий учащиеся творчески подходили к выбору проектов, их разработке и планированию выполнения их реализации в реальной жизни; За сравнительно небольшой промежуток времени учащиеся научились программировать и собирать схемы, чему способствует простота освоения программной среды Arduino IDE и аппаратной части Arduino Uno; Возможность собирать почти любые конструкции и приборы на базе Arduino даёт полную свободу воображения, чем и воспользовались учащиеся составляя собственные схемы и разрабатывая проекты. 56

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Факультативные курсы - прекрасная возможность научить школьников размышлять и находить нужную информацию, решать сложные задачи, принимать решения, организовывать сотрудничество с одноклассниками и учителем. Ребёнок учится создавать идеи и воплощать их в жизнь, презентовать результаты своей работы. Введение учителем факультативных курсов по робототехнике в 10-11 классы на этапе обучения будет способствовать знакомству учеников с первыми шагами научной деятельности, их творческому и интеллектуальному развитию, научит организовывать и контролировать проект, тем самым развивая их гармонично и в ногу со временем. Для того, чтобы внедрить факультативные курсы по робототехнике во внеурочную деятельность в школе нужно набрать группу учеников, которые будут увлечены и заинтересованы в данном элективном курсе. Основные понятия о факультативном курсе полностью описаны в параграфе 1.1. Для того, чтобы что-то сконструировать нам необходимо знать основные данные о пате Arduino Uno. Информация о плате ней представлена в параграфе 1.2. В параграфе 1.3 описываются и раскрываются методы обучения используемые в процессе преподавания робототехнике. Всего насчитывается пять методик (метод проектов, метод портфолио, метод взаимообучения, модульный метод и метод проблемного обучения.), которые раскрываются в данном параграфе. Эти методики раскрывают такие ученые как: Полат Е.С.; Фатеев И.А.; Дьяченко В.К.; Юцявичене П.А.; Оконь В. Параграф 1.4 «Робототехника как средство формирования ключевых компетенций учащихся» выдвигает на первое место не информированность ученика, а способность организовывать свою работу. Запомнить и ответить это накопление знаний; а применить свои знания и умения во вне учебной практической ситуации - это компетентность. 57

Особое место отведено практической деятельности, лабораторным и самостоятельным работам, применению приобретенных знаний и умений в реальных жизненных ситуациях. Все это можно воплотить на факультативных курсах по робототехнике, так как ученики могут проявить себя не только на курсах, но также и учувствовать во всевозможных конкурсах по робототехнике, как на школьном уровне, так и в регионе. Робототехника в школе представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал, навыки конструирования и развивает логическое мышление. Учащиеся лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. Внедрение факультативных курсов по робототехнике во внеурочное время школы помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности. Чем разнообразнее образовательная среда, тем легче раскрыть индивидуальность личности ученика. 1) Робототехника всесторонне развивает личность учащегося: 2) развитие навыков конструирования, моделирования, элементарного программирования; 3) развитие логического мышления и мотивации к изучению наук; 4) формирование у учащихся целостного представления об конструирования и окружающем мире; 5) ознакомление учащихся с основами моделирования; 6) развитие способности творчески подходить к проблемным ситуациям; 7) развитие познавательного интереса и мышления учащихся; 8) овладение навыками начального технического конструирования и программирования. 58

Таким образом отмечаем следующие основные выводы: Первое - анализ педагогической литературы показал, что метод проектов позволяет решить, мотивировать учащихся самостоятельно добывать, обрабатывать информацию, обмениваться ею, а также быстро и свободно ориентироваться в окружающем информационном пространстве. Метод проектов рассматривают как одну из личностно ориентированных технологий обучения, интегрирующую в себе проблемный подход, групповые методы, рефлексивные, презентативные, исследовательские, поисковые и прочие методики. Для того чтобы успешно организовать проектную деятельность учителю необходимо в полной мере изучить сущность метода проектов, этапы работы над ним, принципы, знать критерии оценки проектной деятельности и то, какие знания, умения и навыки формируются у участников такой деятельности. Второе - эффективность обучения основам робототехники зависит от организации занятий, проводимых объяснительно-иллюстративный, с применением эвристический, следующих: проблемный, программированный, репродуктивный, поисковый, а также метод проектов. Обучение робототехнике - это отличный способ для подготовки детей к современной жизни, наполненной высокими технологиями, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях. Третье - в дипломной работе определено место и роль робототехники в образовательном пространстве, обоснованы технологии, формы и методы обучения основам робототехники. Таким образом, все задачи выполнены, цель достигнута. 59

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. по Бандурист В.Ю. Методический подход к разработке требований созданию информатизации информационных образования: средств обучения региональный // аспект: // Проблемы Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. – Чебоксары, 2007. 2. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем — Воронеж.: Изд-во ВГУ, 1997. - 304 с. 3. Бухаркина М.Ю., Полат Е.С., Моисеева М.В. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования/под ред. Е. С. Полат. М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 272 с. 4. Васильева З.И. История образования и педагогической мысли за рубежом и в России: учебное пособие для педагогических учебных заведений. Саратов: Издательский центр «Наука», 2009. – 143 с. 5. Гуляков, Е. Н. Новые педагогические технологии. М. Дрофа, 2006. – 328 с. 6. Дадонова А. В. Абушкин, Х. Х., Меж предметные связи в робототехнике как средство формирования ключевых компетенций учащихся //Учебный эксперимент в образовании. 2014. - 32-35 с. 7. Джереми Блум Год. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства. БХВ-Петербург: 2015. – 334 с. 8. Дьяченко В.К. Организационная структура учебного процесса и ее развитие. М.: Просвещение, 1991. 192 с. 9. Злыгостев А.С. Информационно вспомогательный материал. Режим доступа: http://etika-estetika.ru/sitemap/informat.shtml. 10. Интернет энциклопедия. Определение «робототехника». Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Робототехника 11. Кравцова, Е.Е. Психология и педагогика. Краткий курс / Е.Е. Кравцова. - М.: Проспект, 2016. - 320 c. 60

12. Макаров И.М. Робототехника: история и перспективы / И.М.Макаров, Ю.И.Топчеев; Рос. акад. наук. – Москва.: МАИ, 2003. - 349 с. 13. Максимова В. Н. Межпредметные связи и совершенствование процесса обучения: книга для учителя. М.: Просвещение, 1984. - 143 с. 14. Нетесова О. С. Информатика и образование. – 2013. - 71-73 с. 15. Новый стандарт общего образования. Режим доступа: http://www.standart.edu.ru 16. Оконь В. Основы проблемного обучения М.: Просвещение, 1968. — 208 с. 17. Онлайн-магазин специализирующийся на микроконтроллерах. Режим доступа: https://www.sunfounder.com/ 18. Официальный сайт платформы Arduino в России. Режим доступа http://arduino.ru/ 19. Перельман Я. И. Занимательные задачи и опыты. - Хабаровск.: ВАП, 1994. – 452 с. 20. Петин В. Электроника. Проекты с использованием контроллера Arduino. СП.: БХВ-Петербург, 2015. — 448 с. 21. Петин В. А., Биняковский А. А. Практическая энциклопедия Arduino. ДМК Пресс: 2017. – 152 с. 22. Ревич Ю. Занимательная электроника. Санкт-Петербург: БХВ- Петербург, 2007. – 576 с. 23. Рекомендации для пользователей Arduino. Режим доступа: https://arduinomaster.ru/ 24. Сластенин, В.А. Педагогика: Учебник для студентов учреждений высш. проф. образования / В.А. Сластенин, И.Ф. Исаев, Е.Н. Шиянов. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 608 c. 25. Старосельский В.И. Физика полупроводниковых. приборов микроэлектроники. Юрайт 2009. — 463 с. 26. Улли Соммер Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2012. – 256 с. 61

27. Теро Карвинен, Киммо Карвинен, Вилле Валтокари Делаем сенсоры. Проекты сенсорных устройств на базе Arduino и Raspberry Pi. М.: Вильямс 2015. – 445 с. 28. Фатеева И. А. Медиаобразование: теоретические основы и опыт реализации. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 2007. 270 с. 29. Факультативный курс //Большая советская энциклопедия /Сост. В. А. Юдин. - М.: Советская энциклопедия, 1985. – с. 573. 30. Юцявичене П. Теория и практика модульного обучения. Каунас, 1989. - 272с. 62

ПРИЛОЖЕНИЕ А Лабораторная работа №5 Цель: Создать модель, имитирующую игру пламени свечи. Краткая теория: Для имитации пламени свечи мы будем использовать три ярких светодиода. Яркость свечения будет случайной и случайным будет момент изменения яркости. Случайное значение яркости будет меняться в некотором числовом диапазоне, то есть может принимать не только значение 0 или 1. Поэтому для подключения светодиодов нужно использовать ШИМ-пины. (ШИМ – широтно- импульсная модуляция). Вспомним, что на плате Ардуино несколько контактов (пинов) могут использоваться как аналоговые выходы или ШИМ-пины, напряжение на которых может меняться в диапазоне от 0 до 255. Эти пины на плате обозначены знаком ~. На нашей плате это пины с номерами 3, 5, 6, 9, 10, 11. В случае, когда пин используется в режиме ШИМ, нужно вместо функции digitalWrite (pin, HIGH) или digitalWrite (pin, LOW) использовать функцию analogWrite (pin, value)где значение value может принимать значения от 0 до 255. Микроконтроллер переводит число от 0 до 255 к напряжению от 0 до 5 В. Например, 85 — это 1 / 3 от значение value = 127. Случайное число, как и в программе на языке Pascal, можно задать функцией random (n). При этом случайным образом генерируется число в интервале от 0 до n–1 включительно. Соберите схему по указанному образцу (см. рисунок 7). 63

Рисунок 7 - схема подключения // Объявляем переменные — три пина, к которым подключены светодиоды int led1 = 9; int led2 = 10; int led3 = 11; void setup() // Инициализация пинов { pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); } void loop() // Бесконечный цикл выполнения программы { analogWrite(led1, 56+random(200)); // Случайное значение яркости от 56 до 255 analogWrite(led2, 56+random(200)); analogWrite(led3, 56+random(200)); delay(random(100)); // Случайное время задержки от 0 до 99 } Задание для самостоятельного изучения: Создать модель, имитирующую северное сияние. Создать модель, имитирующую «мигалку» скорой помощи 64

Лабораторная работа №6 Работа с жидкокристаллическим экраном Цель: ознакомиться с жидкокристаллическим экраном и научиться подключать к плате. Краткая теория: Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ, англ. LCD) являются удобным и недорогим средством для отображения данных ваших проектов. Символьный индикатор WH1602 позволяет выводить на экран 2 строки по 16 символов (размером 5×7 или 5×10 и дополнительная строка под курсор). Управляет работой дисплея контроллер. В этом уроке подключим жидкокристаллический (LCD) экран к Arduino по последовательной шине данных i2c. i2с - это аббревиатура слов Inter-lntegrated-Circuit, интерфейсная шина для связи интегральных схем. Ее удобство заключается в том, что к ней можно подключать сразу несколько устройств, которые могут быть программно-адресованы по уникальному адресу. Для управления ЖК-индикатором необходимо 6 или 10 выводов Arduino, в зависимости от того, выбран 4- или 8-битный режим обмена данными. Для сокращения требуемого числа выводов микроконтроллера можно работать в 4-битном режиме. В этом случае на выводах DB4–DB7 индикатора сначала будут передаваться старшие четыре бита данных/команды, затем – младшие четыре бита. Выводы DB0–DB3 останутся незадействованными. В нашем эксперименте мы будем считывать данные с датчика температуры LM335, который мы рассмотрели в эксперименте 13, и выводить на экран ЖКИ значение температуры в Кельвинах и градусах Цельсия. Схема подключения датчика температуры и ЖКИ в 4-битном режиме к плате Arduino показана ниже (см. рисунок 8). Заметьте, что для питания ЖКИ нужен отдельный блок питания +5 В. 65

Приступим к написанию скетча. Функционал Arduino может быть расширен за счет использования библиотек. Библиотеки Arduino предоставляют дополнительную функциональность для использования в скетчах и сильно упрощают процесс написания программ. Ряд основных библиотек устанавливается вместе со средой Arduino IDE, а дополнительные, которых очень много, вы можете установить сами. При работе Arduino с ЖКИ-дисплеями на контроллере HD44780 будем использовать библиотеку LiquidCrystal. Для подключения библиотеки в начале скетча вставляем строку: #include Затем создаем переменную типа LiquidCrystal LiquidCrystal lcd(12, 11, 7, 6, 5, 4); где 12, 11, 7, 6, 5, 4 – номера контактов RS, E, D4, D5, D6, D7. В setup() запускаем функцию lcd.begin(), определяющую размерность индикатора, для установки курсора в определенную позицию – lcd.setCursor(), для вывода информации на экран дисплея – cd.print(). // Подключение библиотеки #include <LiquidCrystal.h> // инициализация с указанием контактов подключения LiquidCrystal lcd(12, 11, 7, 6, 5, 4); const int LM335=A0; // для подключения LM335 void setup() { // установить размерность дисплея lcd.begin(16, 2); } void loop() { double val = analogRead(LM335); // чтение double voltage = val*5.0/1024; // перевод в вольты // вывод значения в Кельвинах 66

lcd.setCursor(2,0); lcd.print("Tk="); lcd.print(voltage*100); lcd.print("K"); double temp = voltage*100 - 273.15; // в градусы Цельсия // вывод значения в градусах Цельсия lcd.setCursor(2,1); lcd.print("Tc="); lcd.print(temp); lcd.print(""); delay(1000); // пауза перед следующим измерением } Рисунок 8 - Подключение жидкокристаллического экрана к плате Arduino. Лабораторная работа №7 Передача данных в инфракрасном и ультразвуковом диапазонах. Цель: Познакомиться с ультразвуковыми и инфракрасными датчиками расстояния и передачи данных, а так же возможностями применения их в создании роботизированных систем. Arduino и датчики расстояния. Рассмотрим работу Arduino с датчиками расстояния, которые являются неотъемлемой частью любого робота. Обратим внимание на ультразвуковые датчики НС-SR04 и инфракрасные датчики расстояния Sharp. 67

Ультразвуковые дальномеры HC-SR04. Познакомимся с датчиками расстояния. Ультразвуковой дальномер HC-SR04 (см. рисунок 9) - это помещенные на одну плату приемник и передатчик ультразвукового сигнала. Кроме самих приемника и передатчика на плате находится еще и необходимая обвязка, чтобы сделать работу с этим датчиком простой и непринужденной. Рисунок 9 - Датчик HC-SR04 Датчик обладает низким энергопотреблением, что также является немаловажным преимуществом в случае с мобильными роботами, не привязанными к розетке. Питается датчик HC-SR04 от 5 В. что тоже удобно при подключении его к Arduino. Характеристики ультразвукового дальномера HC-SR04: измеряемый диапазон - от 2-х до 500 см; точность - 0.3 см; угол обзора - < 15°; напряжение питания - 5 В. Датчик имеет 4 вывода стандарта 2,54 мм: VCC - питание +5 В; 65 68

Trig (Т) - вывод входного сигнала; Echo (R) - вывод выходного сигнала; GND - земля. Принцип работы ультразвукового дальномера HC-SR04. В составе дальномера имеются два пьезоэлемента: один работает как излучатель сигнала, другой - как приемник. Излучатель генерирует сигнал, который, отразившись от препятствия, попадает на приемник. Измерив время, за которое сигнал проходит до объекта и обратно, можно оценить расстояние. Последовательность действий следующая: 1. Подаем импульс продолжительностью 10 мкс на вывод Trig. 2. Внутри дальномера входной импульс преобразуется в 8 импульсов частотой 40 кГц и посылается вперед через излучатель Т (см. рис. 8.1). 3. Дойдя до препятствия, посланные импульсы отражаются и принимаются приемником R (см. рис. 8.1), в результате получаем выходной сигнал на выводе Echo. 4. Непосредственно на стороне контроллера переводим полученный сиг нал в расстояние по формуле:  ширина импульса (мкс) / 58 = дистанция (см);  ширина импульса (мкс) / 148 = дистанция (дюйм). Лабораторная работа №8 Тема: Работа сервопривода. Цель: ознакомиться с сервоприводом Tower Pro и научиться подключать его к плате. Краткая теория 69

Сервопривод преобразование перемещение (см. рисунок 10) – устройство, обеспечивающее сигнала (как в строго правило, соответствующее поворот) этому исполнительного сигналу устройства. Представляет собой прямоугольную коробку с мотором, схемой и редуктором внутри и выходным валом, который может поворачиваться на строго фиксированный угол, определяемый входным сигналом. Как правило, этот угол имеет предел в 60 в 180. Кроме этого, еще бывают сервоприводы и постоянного вращения. Рисунок 10 – Сервопривод Tower Pro. Сервопривод подключается с помощью трех проводов к управляющему устройству (драйверу или контроллеру) и источнику питания. Сервопривод управляется с помощью импульсов переменной длительности. Угол поворота определяется длительностью импульса, который подается по сигнальному проводу. Это называется широтно-импульсной модуляцией. Сервопривод ожидает импульса каждые 20 мс. Длительность импульса определяет, насколько далеко должен поворачиваться мотор. Например, импульс в 1,5 мс диктует мотору поворот в положение 90° (нейтральное положение). Когда сервопривод получает команду на перемещение, его управляющий орган перемещается в это положение и удерживает его. Если внешняя сила действует на сервопривод, когда он удерживает заданное положение, 70

сервопривод будет сопротивляться перемещению из этого положения. Максимальная величина силы, которую может выдерживать сервопривод, характеризует вращающий момент сервопривода. Однако сервопривод не навсегда удерживает свое положение, импульсы позиционирования должны повторяться, информируя сервопривод о сохранении положения. В нашем эксперименте мы будем управлять положением сервопривода с помощью потенциометра. Схема подключения сервопривода и потенциометра к плате Arduino (см рисунок 9). Рисунок 9 – Подключение сервопривода к плате Arduino. Cервопривод подключается тремя проводами: питание (Vcc), «земля» (Gnd) и сигнальный (С). Питание– красный провод, он может быть подключен к +5 В внешнего источника питания, черны (или коричневый) провод – «земля» – подключается к GND-выводу Arduino GND, сигнальный (оранжевый/желтый/белый) провод подключается к цифровому выводу контроллера Arduino. Для питания сервопривода используем отдельный блок питания +5 В. Для управления сервоприводом в Arduino имеется стандартная 71

библиотека Servo. На платах, отличных от Mega, использование библиотеки отключает возможность применения analogWrite() (ШИМ) на пинах 9 и 10 (вне зависимости, подключены к этим пинам сервы или нет). На платах Mega до 12 сервоприводов могут использоваться без влияния на функциональность ШИМ, но использование от 12 до 23 сервомашинок отключит PWM ШИМ на пинах 11 и 12. Аналоговые данные потенциометра (0–1023) масштабируем функцией map() в значения угла поворота сервопривода (0–180) и с помощью библиотечной функции servo.write(angle) даем сервоприводу команду для поворота. Скетч приведен в листинге 17.1. #include <Servo.h> // подключение библиотеки Servo Servo servo1; const int pinServo=8; // Пин для подключения сервопривода const int POT=0; // Аналоговый вход A0 для подключения потенциометра int valpot = 0; // переменная для хранения значения потенциометра int angleServo = 0; // переменная для хранения угла поворота сервы void setup() { // подключить переменную servo к выводу pinServo servo1.attach(pinServo); } void loop() { valpot = analogRead(POT); // чтение данных потенциометра // масштабируем значение к интервалу 0-180 angleServo=map(valpot,0,1023,0,180); // поворот сервопривода на полученный угол servo1.write(angleServo); delay(15); // пауза для ожидания поворота сервопривода. 72

Лабораторная работа № 9 Собираем робота. Цель: Спроектировать и собрать робота на гусеничном ходу, запрограммировать его на движение с помощью ИК ПДУ. Оборудование и инструменты: набор гусениц Tamiya; перфорированная пластиковая панель с крепежом Tamiya 70098 Universal Plate Set; двойной редуктор Tamiya; МК Arduino Nano; среда программирования Arduino IDE, ПК. Приступим к созданию робота. Наш робот представляет собой движущуюся гусеничную платформу с внешним управлением через ИКпульт. Набор Tamiya 70098 Universal Plate Set (рис. 9.2) состоит из пластины со сквозными монтажными отверстиями, угловых скоб и крепежа, которые позволят смонтировать механические компоненты во множество позиций. Двухмоторный редуктор Tamiya содержит два маленьких электродвигателя постоянного тока, которые вращают независимые 3миллиметровые шестиугольные оси. Набор (рис. 9.3) позволяет собрать 4 различных варианта сдвоенных редукторов с разными передаточными числами: 12.7:1, 38:1, 115:1 и 344:1. которые могут быть легко заменены на более мощные моторы Pololu. Размеры корпуса редуктора 70x60x23 мм. Драйвер двигателей L293D. Нам необходимо реализовать следующие движения робота: движение вперед/назад два мотора крутятся в одну сторону; движение влево/вправо моторы крутятся либо в одну сторону с разной скоростью, либо в разные стороны; движение на месте по кругу - моторы крутятся в разные стороны с одной скоростью; остановка - оба мотора не крутятся. Для управления двигателями робота необходимо устройство, которое бы преобразовывало управляющие сигналы малой мощности в токи, достаточные для управления моторами. Такое устройство называют драйвером двигателей. Существует достаточно много самых различных схем для управления электродвигателями. Они различаются как мощностью, так и 73

элементной базой, на основе которой они выполнены. В нашем роботе использовался самый простой драйвер управления двигателями, выполненный на полностью готовой к работе микросхеме. Эта микросхема называется L293D и является одной из самых распространенных микросхем, предназначенных для этой цели. Микросхема L293D содержит сразу два драйвера для управления электродвигателями небольшой мощности (четыре независимых канала, объединенных в две пары). Она имеет две пары входов для управляющих сигналов и две пары выходов для подключения электромоторов. Кроме того, у L293D есть два входа для включения каждого из драйверов. Эти входы используются для управления скоростью вращения электромоторов с помощью широтно-модулированного сигнала (ШИМ). Микросхема L293D обеспечивает разделение электропитания для микросхемы и для управляемых ею двигателей, что позволяет подключить электродвигатели с большим напряжением питания, чем у самой микросхемы. Разделение электропитания микросхем и электродвигателей может быть также необходимо для уменьшения помех, вызванных бросками напряжения, связанными с работой моторов. Принцип работы каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы, идентичен, поэтому рассмотрим его на примере одного из них. К выходам OUTPUT1 и OUTPUT2 подключим электромотор MOTOR1. На вход ENABLE1. включающий драйвер, подадим сигнал (соединим с положительным полюсом источника питания +5 В). Если при этом на входы INPUT1 и INPUT2 не подаются сигналы, то мотор вращаться не будет. Если вход INPUT1 соединить с положительным полюсом источника питания, а вход INPUT2 - с отрицательным, то мотор начнет вращаться. Теперь попробуем соединить вход INPUT1 с отрицательным полюсом источника мигания, а вход INPUT2 - с положительным. Мотор начнет вращаться в другую сторону. Попробуем подать сигналы одного уровня сразу на оба управляющих входа INPUT1 и INPUT2 (соединить оба входа с 74

положительным полюсом источника питания или с отрицательным) - мотор вращаться не будет. Если мы уберем сигнал с входа ENABLE1, то при любых вариантах наличия сигналов на входах INPUT1 и INPUT2 мотор вращаться не будет. Эти входы используются для управления скоростью моторов с помощью IIIИМ. Входы ENABLE1 и ENABLE2 отвечают за включение каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы. Входы INPUT1 и INPUT2 управляют двигателем, подключенным к выходам OUTPUT1 и OUTPUT2. Входы INPUT3 и INPUT4 управляют двигателем, подключенным к выходам OUTPUT3 и OUTPUT4. Контакт Vs соединяем с положительным полюсом источника электропитания двигателей или просто с положительным полюсом питания, если питание схемы и двигателей единое. Проще говоря, этот контакт отвечает за питание электродвигателей. Контакт Vss соединяем с положительным полюсом источника питания. Этот контакт обеспечивает питание самой микросхемы. Четыре контакта GND соединяют с "землей" (общим проводом или отрицательным полюсом источника питания). Кроме того, с помощью этих контактов обычно обеспечивают теплоотвод от микросхемы, поэтому их лучше всего распаивать на достаточно широкую контактную площадку. Приступим к разработке скетча движений робота по командам (при получении кодов) с ИК-пульта. Процедура loop ( ) проверяет, получен ли код с ИК-пульта. Если получен, вызывается процедура ir_go( ). Процедура изменяет значения переменных в структуре текущего состояния моторов. На данной стадии, для отладки, будем выводить в монитор последовательного порта текущие действия робота. Рассмотрим назначение переменной directions структуры POZ. При выборе движения робота вперед или назад (клавишами ↑ и ↓) по прямой и при увеличении/уменьшении скорости значение переменной direction равно значениям poz1 и poz2. 75

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв