Jaki zestaw z mikrokontrolerem i czujnikami wybrać? Laboratoria przyszłości MEN

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)?

O panie!
Zaraz Cię zjedzą puryści .
Dla mnie zaproponowane rozwiązanie oparte o Arduino jest bardzo na miejscu. Chcąc nie chcąc jest pierdyliard tutoriali a i poszczególne klocki (moduły) nie są drogie. Listę podstawowych modułów bym oczywiście uzupełnił o kontrolery silników i silniki / serwa. Wtedy można już budować małe siejące terror i anarchię pojazdy - czyli to co wszyscy lubią najbardziej. Co do komputerów SBC pokroju RPI nie wypowiem się bo nie wiem.
Taka luźna myśl - gdyby tak połączyć Arduino, programowanie i druk 3D - ALE z głową, to efekt mógłby być wart zachodu.

Żeby tylko adepci nie nabrali najgorszych i najgłupszych nawyków Arduinowców.

krzysiek_krm wrote:

Żeby tylko adepci nie nabrali najgorszych i najgłupszych nawyków Arduinowców.

Zajęcia są przewidziane dla dzieci, arduino daje dobre podwaliny pod inne języki oprogramowania. Najgorsze co mnie spotkało to bascom i gdy przechodziłem na arduino to ciężko było zapamiętać średniki na końcu komend czy zapis zmiennych, kto bawił się bascomem ten miał złe nawyki. Arduino to nic innego jak C tyle że z uproszczonymi funkcjami np. Przypisane portu. Duże znaczenie dla złych nawyków ma sam nauczyciel, jeśli będzie wszędzie akceptować delay i inne rzeczy to w każdym języku wyjdzie kupa.

Już to widzę, my dyskutujemy o lepszości Arduino wobec innych platform (TechExpert - zgadzam się z Tobą, Arduino jest b.dobrze opisane, dostępne i ma całkiem przyzwoite możliwości),
a potem MEN zorganizuje "przetarg", a znów wygra jakiś szwagier pociotka <Prezesa> i będziemy mieli 500układów po 2000$$$ za sztukę, nic nie warte, ale za to z nazwą Polduino* (zgodność 17% z oryginałem), za to na biało-czerwonym laminacie...
Ja to piszę z przykrością, oczywiście - nie chcę, żeby tak było.

*nazwa przypadkowa, za to bardzo narodowa i "jedynie słuszna"

@matheu nie badz taki pesymistyczny, w anglii maja swoj BBC micro:bit i raczej sprawdza sie b dobrze jezeli chodzi o kontakt dzieciakow z programowaniem. Ma ta przewage nad arduino, ze posiada mozliwosc programowania graficznego (Microsoft MakeCode) lub tekstowego (Python). Ja wlasnie bylbym za opcja wlasnej platformy przeznaczonej i nastawionej wylacznie na dzieciaki zaczynajace przygode w uc/programowaniem, a jak juz sciagac gotowce to bardziej sprawdzona w szokolnictwie platforme BBC micro:bit niz Arduino.

Ale o czym jest ten temat? Komu chcecie mówić co ma kupić, kiedy program jest sterowany przez ministerstwo. Proponuję spojrzeć tutaj: https://www.gov.pl/web/laboratoria/webinary-dotyczace-programu-i-wyboru-sprzetu
Sorry, ale to już jakiś kabaret. Upadające forum, które nie ma ani grama udziału w inicjatywie, nie ma żadnych środków czy zasobów, puszy piórka jako doradca dla całego młodego pokolenia i kadry nauczycielskiej.
Równie dobrze można na elektroda.pl zacząć doradzać Chińczykom co mają produkować. Jaka jest szansa, że Was posłuchają? Ludzie, zejdźcie na ziemię. Nikogo nie obchodzi co tutaj napiszecie, bo ani dzieci z podstawówki, ani nauczyciele tutaj nie zaglądają, podobnie jak ludzie z ministerstwa.

Marek_Skalski wrote:

Ale o czym jest ten temat? Komu chcecie mówić co ma kupić, kiedy program jest sterowany przez ministerstwo

To nie jest temat co ministerstwo ma kupic ale jakie sa oczekiwania badz co badz ludzi, ktorzy maja w tym temacie rozeznanie. Jak to bedzie mialo sie w realizacji to zobaczymy i albo bedziemy sie smiac i sakzywac program men na niepowodzenie narzekajac , ze dzieci beda mieli kolejne bezwartosciowe lekcje do zaliczenia, albo bedziemy program (i dzieci) wspierac i miec nadzieje, ze przyniesie to korzysci w przyszlosci.

AVE...


@Marek_Skalski

Jak ktoś będzie googlał za Laboratoriami Przyszłości, to ten poradnik pojawi się w wynikach - tak nauczyciele i dyrektorzy trafią na Elektrodę. Swoją szosą zaniżasz właśnie poziom Elektrody pisząc takie "światłe" komentarze...


@Oloam

BBC micro:bit to moim zdaniem świetna platforma edukacyjna, lepsza od Arduino. Jest świetna, bo na to nie szczędzono środków, a całym projektem zajęli się specjaliści. W Polsce nikt tego tak nie zorganizuje. W Polsce była przynajmniej jedna, podobna platforma, bodaj jakieś 20 lat temu. Tam programowało się ją za pomocą kafelków, z których układało się schematy blokowe. Problem jednak w tym, że projekt MEiN to zagrywka "pod publiczkę", bo i tak na to pieniędzy nie będzie. Ani ludzi, którzy będą w tych laboratoriach nauczać...

Jeszcze jedna, drobna uwaga: można uczyć dzieci programować "wirtualnie". Dla przykładu jest taka stara, ale wciąż aktualizowana i darmowa gra, co się nazywa Colobot. Można też użyć gry Minecraft z modem ComputerCraft (dodałbym do tego też mody Project Red i z kilka(-naście) innych) i tak rozwijać zdolności programistyczne...

Urgon wrote:

Jak ktoś będzie googlał za Laboratoriami Przyszłości, to ten poradnik pojawi się w wynikach - tak nauczyciele i dyrektorzy trafią na Elektrodę.

Pewnie tak, a kiedy ten nauczyciel założy konto tutaj i o coś zapyta, to "zasłużeni" będą mieli rozrywkę.

Nie chodzi o to, aby ten dyrektor czy nauczyciel znalazł przez google informacje na elektrodzie, ale to, aby taka informacja dotarła do niego z elektrody. W postaci spójnej i czytelnej.

Urgon wrote:

Problem jednak w tym, że projekt MEiN to zagrywka "pod publiczkę", bo i tak na to pieniędzy nie będzie. Ani ludzi, którzy będą w tych laboratoriach nauczać...

To jeżeli tak ma być, to po co na ten temat dyskutować?

AVE...

khoam wrote:

Urgon wrote:

Problem jednak w tym, że projekt MEiN to zagrywka "pod publiczkę", bo i tak na to pieniędzy nie będzie. Ani ludzi, którzy będą w tych laboratoriach nauczać...

To jeżeli tak ma być, to po co na ten temat dyskutować?

Bo przynajmniej kilka szkół państwowych i wiele prywatnych spróbuje zrealizować ten program pomimo, albo wręcz na przekór nieudolności MEiN. Ponadto może za kilka lat władza się zmieni i do ministerstwa trafi człowiek kompetentny, a i pieniądze się znajdą na realizację tego projektu na poziomie, na jakim powinien być on realizowany.

Za granicą część założeń Laboratoriów Przyszłości jest realizowana przez pasjonatów zakładających przestrzenie dla twórców. Często w formie organizacji non-profit. Zresztą nawet w mojej okolicy prywatna firma oferuje zajęcia dla dzieci z programowania i robotyki z pomocą zestawów Lego Mindstorm. Zajęcia z programowania bywają też realizowane w szkołach publicznych, ale to nie wszędzie...

Jeszcze jeden problem przyszedł mi do głowy: podobnie jak z wymianą piecyków gazowych i z fotowoltaiką dofinansowanymi z różnych programów, także i w przypadku Laboratoriów Przyszłości pojawi się wiele szemranych firm oferujących szkołom "pomoc w zakupie" sprzętu. Dlatego warto by informacje od niezależnych źródeł, takich jak my, też były dostępne...

Urgon wrote:

Bo przynajmniej kilka szkół państwowych i wiele prywatnych spróbuje zrealizować ten program pomimo, albo wręcz na przekór nieudolności MEiN.

MEN nie odkrył Ameryki swoim manifestem. Są już realizowane takie programy przy współudziale rożnych regionalnych organizacji czy fundacji, w zakresie informatyki i elektroniki. Niestety rzadko kto z tych organizatorów tych programów zagląda na elektrodę

Urgon wrote:

Jeszcze jeden problem przyszedł mi do głowy: podobnie jak z wymianą piecyków gazowych i z fotowoltaiką dofinansowanymi z różnych programów, także i w przypadku Laboratoriów Przyszłości pojawi się wiele szemranych firm oferujących szkołom "pomoc w zakupie" sprzętu.

Generalnie to nie rozumiem podniecenia, jakie wywołało u wielu osób publikacja MEN, za wyjątkiem kilku "biznesmenów", którzy będą starali się przeforsować sprzedaż produktów wysokomarżowych przy ograniczonej konkurencji. Tego rodzaju inicjatywy można realizować bez ministerialnego błogosławieństwa, a w obecnych warunkach geopolitycznych to nawet powinno się tak robić.

Pracuję w firmie, która od wielu lat już wspiera finansowo i merytorycznie edukację techniczną w szkołach średnich, w jednym z województw. Nikt, nigdy nie odczuwał potrzeby wsparcia ze strony MEN - najlepiej jakby się w ogóle ci politycy nie mieszali.

A ja uważam, że na chwilę obecną Arduino nie ma sensu, jedynie do prostych rzeczy - choć tu wolałbym i tak chyba ESP, ze względu na połączenie z internetem. Wszystko zaczyna przechodzić na platformy 32b, np. STM32, albo jeśli chcemy trzymać się Arduino to Due. Wszystko się rozwija, rozwiązania ewoluują i chyba lepiej wziąć się od razu za nowsze rozwiązania, które niedługo opanują rynek, zamiast starych...

siewcu wrote:

A ja uważam, że na chwilę obecną Arduino nie ma sensu, jedynie do prostych rzeczy - choć tu wolałbym i tak chyba ESP, ze względu na połączenie z internetem. Wszystko zaczyna przechodzić na platformy 32b, np. STM32, albo jeśli chcemy trzymać się Arduino to Due.

Nie będę się odnosił do tej opinii, ale chciałbym przypomnieć, że Arduino to nie jest platforma sprzętowa. Wybór platformy sprzętowej w małym stopniu determinuje to, czy będzie możliwe użycie na niej Arduino czy też nie - w większości przypadków są różne opcje wyboru, w tym Arduino Core. W moim przekonaniu równie ważny jest wybór IDE, które nie powinno być zbyt trudne w instalacji, konfiguracji oraz użytkowaniu - to powinno być narzędzie dla amatora, a nie profesjonalisty.

khoam wrote:

Pracuję w firmie, która od wielu lat już wspiera finansowo i merytorycznie edukację techniczną w szkołach średnich, w jednym z województw. Nikt, nigdy nie odczuwał potrzeby wsparcia ze strony MEN - najlepiej jakby się w ogóle ci politycy nie mieszali.

Czy możesz napisać jak wspieracie merytorycznie, np. dostarczacie sprzęt, robicie spotkania, udostępniacie wiedzę kadrze nauczycielskiej?
Jakie efekty udało się uzyskać?
Taką macie wizję/politykę firmy?

Słyszałem o wielu takich działaniach różnych firm, czasami jest to bardzo długofalowa rekrutacja pracowników lub klientów,
jest to obustronnie korzystne, wkład w edukację - komunikacja o firmie/produkcie.

TechEkspert wrote:

Czy możesz napisać jak wspieracie merytorycznie, np. dostarczacie sprzęt, robicie spotkania, udostępniacie wiedzę kadrze nauczycielskiej?

To wszystko plus szkolenia technologiczne dla uczniów i praktyki zawodowe.

TechEkspert wrote:

Jakie efekty udało się uzyskać?

Hmmm. Co roku prezes odbiera jakieś nagrody, wyróżnienia O samych bezpośrednich efektach trudno jest mi pisać. Wiem, że nie ma problemu z chętnymi wśród uczniów do takiej formy edukacji. Niestety to wszystko nie jest wystarczające w stosunku do oczekiwań.

Praktyki i szkolenia techniczne, właśnie to jest bardzo ważne!
Taka możliwość pojawienia się w zakładzie produkcyjnym to dla zainteresowanych bardzo cenna lekcja, kontakt z osobą, która codziennie zajmuje się w praktyce określonym tematem.

Być może to właśnie powinien promować też MEN, możliwość pojawienia się grup uczniów w miejscu gdzie teoria spotyka się z praktyką.

Może chcesz poopowiadać o tych działaniach, technologiach i możliwościach w podcaście elektroda.pl? https://www.elektroda.pl/rtvforum/audio.php

TechEkspert wrote:

Może chcesz poopowiadać o tych działaniach, technologiach i możliwościach w podcaście elektroda.pl?

Na to musiałbym mieć zgodę prezesa, a gdyby się zgodził, to pewnie sam chciałby to zaprezentować Zapytam się, ale po "świętach".

OK, super, bądźmy w kontakcie na PW, możecie też uczestniczyć obaj w nagraniu podcastu,
po nagraniu robimy postprocessing (usuwamy pomyłki zacięcia itp.) a na koniec dostajecie nagranie do akceptacji,
więc nagranie jest na luzie i spokojnie, warunkiem jest tylko chęć uczestnictwa.

Jeżeli będzie decyzja to prośba o sygnał na PW i ustalimy resztę.

Marek_Skalski wrote:

Nikogo nie obchodzi co tutaj napiszecie, bo ani dzieci z podstawówki, ani nauczyciele tutaj nie zaglądają, podobnie jak ludzie z ministerstwa.

Że nie ma nas na listach, nikt nas nie poleca, nikt o nas się nawet nie dowie?
Bo my nawiązując do narodowych tradycji będziemy wydawać w drugim obiegu, a kształcenie prowadzić na tajnych kompletach