W temacie o Laboratoriach przyszłości MEN czyli pomyśle na budowanie kompetencji przyszłości w ramach tzw. kierunków STEAM (nauka, technologia, inżynieria, sztuka oraz matematyka) pojawiła się lista wyposażenia szkolnego laboratorium rekomendowana przez MEN.
Jedna z pozycji to mikrokontroler z czujnikami i akcesoriami.
Jakie zestawy rekomendujecie?
Moim zdaniem dobrym rozwiązaniem jest zaproponowanie środowiska Arduino i płytek z mikrokontrolerami zgodnych z tym środowiskiem oraz komputera SBC.
Dlaczego Arduino?
a) Ponieważ w tym samym środowisku można rozpocząć od podstaw np. migania LED a dojść np. do eksperymentów z rozpoznawaniem głosu czy też obrazu.
b) Środowisko jest aktywnie wspierane i rozwijane, liczne biblioteki i przykłady ułatwiają łatwe wykorzystanie różnych peryferiów np. wyświetlaczy, czujników, elementów wykonawczych, modułów komunikacji przewodowej i bezprzewodowej oraz komunikacji z internetem.
c) Jest wiele płytek różnych firm z mikrokontrolerami o różnych możliwościach, które wspierają środowisko Arduino więc mamy w czym wybierać oraz zapewniona jest dostępność z różnych źródeł.
d) Do płytek o standardowych wymiarach dostępne jest wiele nakładek z interfejsami, wyświetlaczami, sterownikami mocy, łatwo przechodzimy do eksperymentów z układami i sprzętem z wielu dziedzin.
0 Zestawy podstawowe
Uważam, że do pierwszych prób i "przesiewowego" sprawdzenia kto chce się bardziej rozwijać w tej tematyce wystarczy płytka zgodna z Arduino UNO z mikrokontrolerem Atmega328 lub innym o lepszych parametrach, komunikująca się z komputerem interfejsem USB. Warto wybrać płytkę wzbogaconą o LEDy połączone z portami np. produkty Cytron. Taki zestaw pozwoli na wprowadzenie w podstawy, wysyłanie komunikatów po UART (USB) do komputera, oraz miganie LED na płytce, generowanie dźwięków z niewielkiego głośnika, interakcję z gotowym zestawem, obserwowanie efektów zmian wykonywanych w kodzie.
Takich zestawów powinno być najwięcej, aby swobodnie prowadzić zajęcia, domyślnie tyle ile stanowisk komputerowych + kilka zestawów zapasowych.
1 Peryferia do zestawów podstawowych
a) Czujniki na przewodach np. temperatury, wilgotności oświetlenia, dźwięku pozwolą na odczytanie parametrów środowiskowych i obserwację efektów pomiaru. Zarówno czujniki analogowe (fotorezystory, termistory) jak i czujniki lub moduły czujników cyfrowych z magistralą I2C, SPI, 1wire, typu: DS18B20, DHT22, AM2320, BMP280, SHT31, MPU-6050 są proste w obsłudze i zachęcają do dalszych eksperymentów. np. DFROBOT, iduino
b) Kolejny krok to wykorzystanie nakładki na Arduino UNO np.:
- nakładka ze slotem na kartę SD i zegarem czasu rzeczywistego np. DS1307 np. iduino (ćwiczenie zapisywania danych i obsługi zegara RTC)
- sterownik silników DC lub serw lub silników krokowych (sterowanie podłączonymi silnikami, potrzebny będzie dodatkowy zasilacz dla silników) np. DFROBOT DC motor, DFROBOT STEPPER
- nakładka z wyświetlaczem graficznym LCD lub TFT lub OLED (wyświetlanie danych, pokazanie że mikrokontroler w Arduino UNO może być zbyt wolny dla pewnych zastosowań i warto sięgnąć po inne moduły pozbawione tych ograniczeń). LCD
Nakładek określonego rodzaju powinno być mniej niż zestawów Arduino UNO, grupy mogą zajmować się różnymi tematami, później następuje zmiana. Łączna ilość nakładek powinna wynosić minimum tyle ile jest zestawów Arduino UNO.
Czujników na przewodach i modułów łącznie powinno być minimum tyle co zestawów Arduino UNO.
W łatwy sposób można opanować wykorzystywanie płytki głównej do komunikacji z gotowymi nakładkami, a także komunikację z podłączonymi czujnikami.
2 Peryferia do zestawów podstawowych
Płytki stykowe i przewody połączeniowe pozwolą na podłączenie: mikrostyków, joysticków, LEDy i rezystory, moduły np. przetworników AC, CA, wyświetlaczy OLED.
Z gotowych modułów przechodzimy do realizacji połączeń, przewód za przewodem, zagłębiamy się w elektronikę otaczającą mikrokontroler.
3 Komunikacja bezprzewodowa
a) Do modułów Arduino UNO podłączamy z wykorzystaniem płytek stykowych moduły prostych nadajników i odbiorników OOK pracujących w paśmie ISM (433/868MHz). Grupy próbują przesyłać komunikaty miedzy płytkami, wpływ sposobu kodowania (np. UART vs Manchester) na efekty, problem zajętości pasma i komunikacji jednokierunkowej. TX, RX
b) Moduły komunikacji ISM 433/868MHz/2.4GHz dwukierunkowej, może być też LoRa (szczególnie LoRaWAN jeżeli szkoła byłaby w zasięgu bramki lub sama zainstalowała bramkę np. TTN), komunikacja z modułami po SPI, kanały radiowe, modulacja, sprawdzanie zajętości kanału, sumy kontrolne. Mogą to być to moduły hoperf lub moduły z mikrokontrolerem i częścią radiową i wyświetlaczem np. heltec, które ułatwią sprawdzanie zasięgu transmisji radiowej. DFROBOT RF, iduino RF
c) Można pomyśleć o nakładce z odbiornikiem GPS, próba rejestracji danych na karcie SD po odłączeniu od komputera i zasilaniu z powerbanku, wstęp do oszczędzania energii. GPS
4 Moduły z ESP32 i wyświetlaczem OLED oraz ESP32 z kamerą
a) Taki moduł pozwoli na zaobserwowanie większej wydajności mikrokontrolera, połączenie z WiFi i internetem, a także wykorzystanie BT,
MQTT, wstęp do IoT, chmura, obsługa wyświetlacza OLED, obsługa kamery.
Np. produkty TTGO / LILYGO i inne w postaci płytki zawierającej mikrokontroler, antenę WiFi, wyświetlacz graficzny OLED.
b) Druga grupa to moduły wyposażone w moduł kamery i slot karty SD, które pozwolą na eksperymenty z zapisem i przesyłaniem obrazu np. moduły typu ESP32-CAM z konwerterem UART<->USB. ESP-EYE
Tych modułów może być mniej niż Arduino UNO, można rozwijać umiejętności osób zainteresowanych tematem.
5 Nie tylko Arduino, komputer SBC RaspberryPi + karta sd
Moduły z Linux, pozwolą na pracę z system operacyjnym, połączenia WiFi, Ethernet, porównanie pracy z mikrokontrolerem a komputerem SBC. RaspberryPI 4B
Jakie moduły rozszerzeń uważacie za atrakcyjne dla RaspberryPi?
Tych modułów może być mniej niż Arduino UNO, można rozwijać umiejętności osób zainteresowanych tematem.
Takie jest moje zdanie jak mogłoby wyglądać wyposażenie szkolnej pracowni w ramach programu Laboratoria Przyszłości MEN.
Co myślicie o takiej konfiguracji wyposażenia pracowni w ramach rozwoju kierunków STEAM (nauka, technologia, inżynieria, sztuka oraz matematyka)?
Jedna z pozycji to mikrokontroler z czujnikami i akcesoriami.
Jakie zestawy rekomendujecie?
Moim zdaniem dobrym rozwiązaniem jest zaproponowanie środowiska Arduino i płytek z mikrokontrolerami zgodnych z tym środowiskiem oraz komputera SBC.
Dlaczego Arduino?
a) Ponieważ w tym samym środowisku można rozpocząć od podstaw np. migania LED a dojść np. do eksperymentów z rozpoznawaniem głosu czy też obrazu.
b) Środowisko jest aktywnie wspierane i rozwijane, liczne biblioteki i przykłady ułatwiają łatwe wykorzystanie różnych peryferiów np. wyświetlaczy, czujników, elementów wykonawczych, modułów komunikacji przewodowej i bezprzewodowej oraz komunikacji z internetem.
c) Jest wiele płytek różnych firm z mikrokontrolerami o różnych możliwościach, które wspierają środowisko Arduino więc mamy w czym wybierać oraz zapewniona jest dostępność z różnych źródeł.
d) Do płytek o standardowych wymiarach dostępne jest wiele nakładek z interfejsami, wyświetlaczami, sterownikami mocy, łatwo przechodzimy do eksperymentów z układami i sprzętem z wielu dziedzin.
0 Zestawy podstawowe
Uważam, że do pierwszych prób i "przesiewowego" sprawdzenia kto chce się bardziej rozwijać w tej tematyce wystarczy płytka zgodna z Arduino UNO z mikrokontrolerem Atmega328 lub innym o lepszych parametrach, komunikująca się z komputerem interfejsem USB. Warto wybrać płytkę wzbogaconą o LEDy połączone z portami np. produkty Cytron. Taki zestaw pozwoli na wprowadzenie w podstawy, wysyłanie komunikatów po UART (USB) do komputera, oraz miganie LED na płytce, generowanie dźwięków z niewielkiego głośnika, interakcję z gotowym zestawem, obserwowanie efektów zmian wykonywanych w kodzie.
Takich zestawów powinno być najwięcej, aby swobodnie prowadzić zajęcia, domyślnie tyle ile stanowisk komputerowych + kilka zestawów zapasowych.
1 Peryferia do zestawów podstawowych
a) Czujniki na przewodach np. temperatury, wilgotności oświetlenia, dźwięku pozwolą na odczytanie parametrów środowiskowych i obserwację efektów pomiaru. Zarówno czujniki analogowe (fotorezystory, termistory) jak i czujniki lub moduły czujników cyfrowych z magistralą I2C, SPI, 1wire, typu: DS18B20, DHT22, AM2320, BMP280, SHT31, MPU-6050 są proste w obsłudze i zachęcają do dalszych eksperymentów. np. DFROBOT, iduino
b) Kolejny krok to wykorzystanie nakładki na Arduino UNO np.:
- nakładka ze slotem na kartę SD i zegarem czasu rzeczywistego np. DS1307 np. iduino (ćwiczenie zapisywania danych i obsługi zegara RTC)
- sterownik silników DC lub serw lub silników krokowych (sterowanie podłączonymi silnikami, potrzebny będzie dodatkowy zasilacz dla silników) np. DFROBOT DC motor, DFROBOT STEPPER
- nakładka z wyświetlaczem graficznym LCD lub TFT lub OLED (wyświetlanie danych, pokazanie że mikrokontroler w Arduino UNO może być zbyt wolny dla pewnych zastosowań i warto sięgnąć po inne moduły pozbawione tych ograniczeń). LCD
Nakładek określonego rodzaju powinno być mniej niż zestawów Arduino UNO, grupy mogą zajmować się różnymi tematami, później następuje zmiana. Łączna ilość nakładek powinna wynosić minimum tyle ile jest zestawów Arduino UNO.
Czujników na przewodach i modułów łącznie powinno być minimum tyle co zestawów Arduino UNO.
W łatwy sposób można opanować wykorzystywanie płytki głównej do komunikacji z gotowymi nakładkami, a także komunikację z podłączonymi czujnikami.
2 Peryferia do zestawów podstawowych
Płytki stykowe i przewody połączeniowe pozwolą na podłączenie: mikrostyków, joysticków, LEDy i rezystory, moduły np. przetworników AC, CA, wyświetlaczy OLED.
Z gotowych modułów przechodzimy do realizacji połączeń, przewód za przewodem, zagłębiamy się w elektronikę otaczającą mikrokontroler.
3 Komunikacja bezprzewodowa
a) Do modułów Arduino UNO podłączamy z wykorzystaniem płytek stykowych moduły prostych nadajników i odbiorników OOK pracujących w paśmie ISM (433/868MHz). Grupy próbują przesyłać komunikaty miedzy płytkami, wpływ sposobu kodowania (np. UART vs Manchester) na efekty, problem zajętości pasma i komunikacji jednokierunkowej. TX, RX
b) Moduły komunikacji ISM 433/868MHz/2.4GHz dwukierunkowej, może być też LoRa (szczególnie LoRaWAN jeżeli szkoła byłaby w zasięgu bramki lub sama zainstalowała bramkę np. TTN), komunikacja z modułami po SPI, kanały radiowe, modulacja, sprawdzanie zajętości kanału, sumy kontrolne. Mogą to być to moduły hoperf lub moduły z mikrokontrolerem i częścią radiową i wyświetlaczem np. heltec, które ułatwią sprawdzanie zasięgu transmisji radiowej. DFROBOT RF, iduino RF
c) Można pomyśleć o nakładce z odbiornikiem GPS, próba rejestracji danych na karcie SD po odłączeniu od komputera i zasilaniu z powerbanku, wstęp do oszczędzania energii. GPS
4 Moduły z ESP32 i wyświetlaczem OLED oraz ESP32 z kamerą
a) Taki moduł pozwoli na zaobserwowanie większej wydajności mikrokontrolera, połączenie z WiFi i internetem, a także wykorzystanie BT,
MQTT, wstęp do IoT, chmura, obsługa wyświetlacza OLED, obsługa kamery.
Np. produkty TTGO / LILYGO i inne w postaci płytki zawierającej mikrokontroler, antenę WiFi, wyświetlacz graficzny OLED.
b) Druga grupa to moduły wyposażone w moduł kamery i slot karty SD, które pozwolą na eksperymenty z zapisem i przesyłaniem obrazu np. moduły typu ESP32-CAM z konwerterem UART<->USB. ESP-EYE
Tych modułów może być mniej niż Arduino UNO, można rozwijać umiejętności osób zainteresowanych tematem.
5 Nie tylko Arduino, komputer SBC RaspberryPi + karta sd
Moduły z Linux, pozwolą na pracę z system operacyjnym, połączenia WiFi, Ethernet, porównanie pracy z mikrokontrolerem a komputerem SBC. RaspberryPI 4B
Jakie moduły rozszerzeń uważacie za atrakcyjne dla RaspberryPi?
Tych modułów może być mniej niż Arduino UNO, można rozwijać umiejętności osób zainteresowanych tematem.
Takie jest moje zdanie jak mogłoby wyglądać wyposażenie szkolnej pracowni w ramach programu Laboratoria Przyszłości MEN.
Co myślicie o takiej konfiguracji wyposażenia pracowni w ramach rozwoju kierunków STEAM (nauka, technologia, inżynieria, sztuka oraz matematyka)?
Cool? Ranking DIY