Programowanie

nauczyciel-instruktor:
Andrzej Pękala

wiek uczestników:
10-21 lat

Arduino dala początkujących. 

Wtorek godzina 15:50 do 17:25

Arduino dla początkujących – zajęcia dedykowane dla uczniów począwszy od klasy 7 szkoły podstawowej. Tematem zajęć jest programowanie mikrokontrolerów w oparciu o zestaw Arduino Uno oraz Arduino Mega. Poruszane będą tematy związane z podstawami sterowania prostych odbiorników takich jak diody LED, czujniki odległości, temperatury, wilgotności, silniki, serwomechanizmy, obsługa wyświetlacza dwuwierszowego i inne. Ponadto wprowadzone zostaną podstawowe informacje dotyczące obwodów elektrycznych.

 

Arduino dla zaawansowanych.

Wtorek godzina 17:30 do 19:05

Arduino dla zaawansowanych – zajęcia dedykowane dla uczniów od klasy 7 szkoły podstawowej. Wymagana jest podstawowa znajomość programowania mikrokontrolerów oraz podstawy tworzenia obwodów elektrycznych. Zajęcia będą oparte na realizacji projektów elektroniki użytkowej. Kursanci poznają również oprogramowanie służące do projektowania obwodów elektronicznych – Fritzing, do tworzenia, testowania obwodów oraz tworzenia płyt PCB Easy EDA. Na zajęciach wprowadzone będą podstawy wytrawiania płyt PCB. Projektowanie urządzeń w programie Fusion360.

Obecnie będziemy rozwijać rozpoczęty w ubiegłym roku projekt dwusilnikowego helikoptera. Zarys projektu wykonanego w programie Fusion 360 znajduje się poniżej.

Zrealizowane projekty:

 

Podstawy mechatroniki.

Poniedziałek godzina 15:50 do 17:25

Zajęcia będą polegać na projektowaniu i realizacji prostych urządzeń mechatronicznych. Zajęcia mają za zadanie ćwiczenie myślenia algorytmicznego, zapoznanie kursantów z obsługą prostych urządzeń ręcznych, zaangażowania w estetykę wykonywanej pracy. Przedstawione zostaną podstawy obwodów elektrycznych oraz podstawowych czujników. Największy nacisk zostanie położony na bezpieczeństwo i higienę pracy. Poruszone zostaną również tematy związane z zagrożeniami w sieci Internet. Wszystkie projekty będą realizowane w grupie, co ma na celu rozwijanie umiejętności współpracy, myślenia kreatywnego w oparciu o burzę mózgów.

Zostań Youtuberem.

Piątek godzina 15:50 do 18:15

Zajęcia praktycznie bez dolnej granicy wiekowej. Wymagana jest pasja oraz podstawowe umiejętności obsługi komputera. W ramach zajęć uczestnicy nauczą się jak stworzyć własny filmik, który będzie mógł być zamieszczony na stronie youtub,a. Tematyka będzie skorelowana z zainteresowaniami kursanta. Największy nacisk zostanie położony na prawny aspekt publikacji. Omówione zostaną obostrzenia wynikające z ustawy o prawach autorskich i prawach pokrewnych, zagrożenia związane z samą publikacją (tzw. hejt), uszanowanie godności innych, regulamin youtuba. 

 

Zostań w domu.

Witam wszystkich bardzo serdecznie w  tym trudnym okresie. Mając świadomość tego, że wszyscy spędzamy dużo czasu w domu bez możliwości bezpośredniego kontaktu ze znajomymi, proponuję zabawę z zakresu projektowania, majsterkowania i programowania.

Celem mojej propozycji jest wykonanie makiety domu, który będzie sterowany telefonem za pomocą napisanej do tego specjalnej aplikacji na telefon z systemem android, mózgiem sterującym poszczególnymi systemami będzie Arduino Meaga,

Zacznijmy więc.

Krok 1 – projektowanie modelu budynku.

Zazwyczaj takie obiekty projektuję w programie Fusion 360, który jest napisany do projektowania, ale ponieważ większość nie ma dostępu do tego narzędzia proces projektowania przeprowadziłem w programie blender w wersji 2.82. Program jest darmowy i można go pobrać ze strony: https://www.blender.org/download/. Można do niego znaleźć całą masę poradników, ja proponuję stronę polskikursblendera.pl (można mieć problem z jej otwarciem) lub utworzony przez twórcę tego serwisu kanał na youtube (prawie 400 bardzo dobrych filmów). Owoc mojej pracy projektowej przedstawiam na poniższym filmiku.

Ostateczna koncepcja domku wygląda następująco:

Projekt domku

Krok 2 – Prace stolarskie.

Mając już gotowy wirtualny projekt można przejść do jego realizacji.

Materiał jaki zastosowałem to głównie drewno. Niestety do jego obróbki należy zastosować dosyć szeroki wachlarz narzędzi i materiałów pomocniczych. Ja do tego zastosowałem:

Piła ukosowa.

Piła ukosowa.

Wyrzynarka.

Wyrzynarka.

Wiertarka

Wiertarka z zestawem wierteł.

Ściski proste.

Ściski proste

Ściski kątowe

Ściski kątowe.

Narzędzia pomiarowe.
    Narzędzia pomiarowe. 

Początkowo prace próbowałem wykonywać przy minimalnej ilości narzędzi, ale szybko doszedłem do wniosku, że straty w materiale, na zdrowiu nie są warte oszczędności, a narzędzia zawsze można zastosować do innych projektów. Jeżeli chodzi o szczegółowe dane to potrzebne są:

  • piła ukosowa, można męczyć się z prostą, ale w przypadku dużej ilości małych, prostopadłościennych elementów jest to praktycznie Syzyfowa praca,
  • ściski, konieczny jest wachlarz różnych długości ścisków prostych i przynajmniej para ścisków kątowych (można ich nie stosować w przypadku, gdy cała konstrukcja nie jest klejona tylko skręcana),
  • wyrzynarka – bardzo ważna przy długich cięciach, ale należy wyposażyć ją w dobrej jakości brzeszczot do tak zwanego czystego cięcia (ma dwa rzędy drobnych ząbków),
  • wiertarka wraz z wiertłami i bitami do wkręcania wkrętów (zastosowałem wiertła 8mm, 16mm i 30mm),
  • przyrządy pomiarowe – wystarcza taśma miernicza, oraz przyrząd kątowy.

Materiały budowlane i pomocnicze:

OSB
Płyta OSB 40cmx80cm
Sklejka
Sklejka wodoodporna o grubości 18mm
Rurka i wałek
Rurka o średnicy 8mm i wałek o średnicy 16mm
Klej do drewna
Klej do drewna
Klej uniwersalny szybkoschnący.
Klej uniwersalny szybkoschnący.
Papier ścierny o gradacji 80 i 40.
Papier ścierny o gradacji 80 i 40.
Lakier jachtowy
Lakier jachtowy

Postępy prac.

Podstawa ze zbiornikiem na wodę dla fontanny
Podstawa wraz z zbiornikiem wody dla fontanny.
Domek doklejony do podstawy.
Domek doklejony do podstawy.

W podstawie został umieszczony zbiornik na wodę. Jako zbiornik został zaadaptowany pojemnik na mrożonki. Ramka wokół ma za zadanie wyrównanie podłoża pod podstawę fontanny. Pasek wyrównujący został wykonany z sklejki wodoodpornej o grubości 6mm.

Garaż
Garaż
Pokój.
Pokój.

Wykonując prace stolarsko – wykończeniowe wkleiłem “parkiet” do pokoju. Parkiet wykonałem z sklejki wodoodpornej o grubości 6mm i pociętej w paski o szerokości 2,5 cm. Podjazd i posadzkę w garażu zrobiony jest ze starych płytek, które znalazłem w piwnicy przyklejonych na kleju szybkoschnącym i zafugowałem. Cały domek jest pokryty lakierem jachtowym. Lakier ten tworzy litą, wodoodporną powierzchnię. Niestety ma też swoje wady. Czas schnięcia pomiędzy warstwami to 12 godzin. W tym czasie mogą się do niego poprzyklejać różne farfocle lub owady. Jako słupki oświetleniowe zastosowałem rurkę o średnicy 8mm. Problemem rurki jest jej średnica wewnętrzna, która jest o 1mm za duża dla ledów i 1mm za mała dla pompki wody. Nie zawsze można wszystko załatwić jednym elementem. Brakowało mi materiału na wykonanie trawy. Po wizycie sklepie budowlanym stwierdziłem, że nie ma sensu kupować sztucznej. Trawę zrobiłem z wiórów drewnianych, które otrzymałem po przestruganiu resztki kantówki, którą znalazłem w garażu. Wióra przykleiłem za pomocą kleju do parkietu, przed zakończeniem prac przemaluję je na zielono.

Fontanna.
Fontanna.

Fontannę zrobiłem ze sklejki o grubości 18mm tnąc ją na sześciokąty o boku: 8cm, 6cm, 4 cm. Boki okleiłem sklejką o grubości 6mm i szerokości 25 mm , co pozwoliło mi uzyskać naczynia przelewowe dla fontanny. W najniższym naczyniu wywierciłem kilka otworów o średnicy 2mm, a w podstawie otwory o średnicy 3mm. Otwory wywierciłem liniowo. Sumaryczne pole przekroju poprzecznego otworów jest większe od pola powierzchni rurki.

Krok 3 – Obwód elektryczny.

Obwód elektryczny zaprojektowałem za pomocą darmowego narzędzia Easy EDA. Oprócz możliwości projektowania samych obwodów elektrycznych można również wykonać projekt płyt PCB. Proces projektowania przedstawiono na poniższym filmie.

Projektowanie obwodu elektrycznego.
Natężenia prądów w poszczególnych gałęziach obwodu.

Obliczenie wykonane w specjalistycznym programie pokazują, że początkowa koncepcja polegająca na tym, że cały układ będzie zasilany z panela fotowoltaicznego musi ulec modyfikacji. Wprawdzie do samego oświetlenia, fontanny i wentylacji mogłoby wystarczyć (z noty katalogowej można wyczytać, że maksymalny prąd, jaki można uzyskać to 0,56A), ale otwierający szlaban serwomechanizm potrafi pobrać prąd o natężeniu nawet 1A. Po analizie problemu doszedłem do wniosku, że panel fotowoltaiczny będzie pełnił rolę ładowarki, a układ zasili akumulator żelowy o napięciu 6V i pojemności 1,5 Ah. Na zakup akumulatora trzeba jeszcze troszeczkę poczekać.

Prace instalatorskie.

W galerii poniżej przedstawiam najważniejsze przyrządy zastosowane przy tworzeniu instalacji elektrycznej.

20200507_135230-—-kopia

Obraz 1 z 11

Narzędzia pomocnicze: cążki, kombinerki kątowe, ściągacz do izolacji, nóż tapicerski

Jako oświetlenie posłużą diody LED: białe oraz żółte. Obydwa kolory występują w wersji clear (przeźroczyste). Dwa kolory są konsekwencją tego, że białych miałem tylko 20. Podczas prac wykorzystałem stacje lutowniczą z nadmuchem gorącego powietrza (opcja bardzo przydatna przy zarabianiu koszulek termokurczliwych), trzecią rękę, cążki, przyrząd do zdejmowania izolacji. Do zasilania testowego zastosowałem stary zasilacz laboratoryjny, który pomimo swojego bardzo zaawansowanego wieku cały czas mi służy bez najmniejszych problemów. Do łączenia poszczególnych elementów zastosowałem przewody, które powstały po zdemontowaniu skrętki internetowej.

Postępy prac.

Montaż oświetlenia
Montaż oświetlenia
Obwód oświetlenia
Obwód oświetlenia

Płytka sterująca, celem dostosowania jej do sterowanie przez mikrokontroler, opracowana została przy zastosowaniu tranzystorów. Pozwala to na oszczędność prądu, niską cenę oraz łatwość wymiany w przypadku awarii.

Płytka sterująca.
Płytka sterująca.

Płytka sterująca została polutowana na płytce uniwersalnej z zastosowaniem uchwytu do płyt pcb. Jak już wcześniej wspomniałem, zasilanie ulegnie modyfikacji, ale nie wymaga to dużej ingerencji w obwód. Poprawka będzie się ograniczać do zastosowania diod, które uniemożliwią przepływ prądu z akumulatora do panela fotowoltaicznego. Połączenia pomiędzy poszczególnymi elementami są realizowaną metodą nóżka w nóżkę, a przy większych odległościach przewodami na tak zwaną pajęczynę. Ponieważ schemat jest bardzo prosty po pandemii zostanie wymieniony na płytkę pcb.

Krok 4 – programowanie.

Przed programowaniem należy utworzyć obwód testowy z zastosowaniem płytki prototypowej. Działanie poszczególnych podzespołów będzie sygnalizowane przez diody LED. Jako mózg układu podobnie jak w oryginale zostało zastosowane Arduino Mega.

Układ testowy.
Obwód testowy.

Mając obwód testowy można napisać program sterujący Arduino. Proces programowania został przedstawiony na poniższym filmie:

Programowanie Arduino Mega

Sterowanie układem realizowane jest poprzez komunikację bluetooth: telefon z systemem android – moduł bluetooth HC-05. Wymagania systemowe telefonu wynikają z zastosowania APP Inventora 2, który obsługuje tylko ten system. Wprawdzie można znaleźć informację, że twórcy przymierzają się do utworzenia wersji na inne systemy, ale na chwilę obecną jeszcze takowej wersji nie ma.

Proces tworzenia aplikacji na system Android