Nastavna jedinica: Primena računara korišcenjem interfejs tehnologije
Predmet: Tehničko i informatičko obrazovanje
Razred: VIII
Tip časa: Obrada,Vežba
Obrazovni cilj/ishod: Upravljanje raznim uređajima pomoću računara, programiranje
mikrokontrolera, upis programa u mikrokontroler, testiranje programa
Vaspitni cilj/ishod: Pristup tehnici i informatici kao granama nauke koje pružaju
mogućnost za ispoljavanje kreativosti.
Korelacija: Fizika-strujna kola
Nastavne metode: Praktičan rad
Oblici nastavnog rada: Frontalno-individualni
Nastavna sredstva: Interfejs pločica, hardverski interfejs, personalni
računar sa odgovarajućim operativnim sistemom, programska podrška za interfejs
Uvodni deo (10 minuta):
Ponavljam sa učenicima osnove strujnih kola. Postavljam pitanje šta sve čini jedno
osnovno strujno kolo. Ponavljam učenicima šta je to elektromotor, servo motor i svetleće
diode. Objašnjavam da su to mašine koje pretvaraju električnu u mehaničku energiju.
Diode pretvaraju električnu energiju u svetlosnu energiju. Objašnjavam učenicima šta su to
impulsi da bi mogli da razumeju princip upravljanja pomenutim mašinama. Impulsi
predstavljaju signale koji se sastoje od logičke jedinice i nule koje se naizmenično
smenjuju sa nekom učestanošću. Princip ovakvog upravljanja omogućava mnogo
kvalitetnije upravljanje mašinama tj. njihovom brzinom obtanja u slučaju jednosmernog i
servo motora.
Glavni deo časa (160 minuta):
Objašnjavam učenicima softverski interfejs na slici 1. Objašnjavam im da je za aktivaciju
ovog interfejsa potrebno da aktiviraju odgovarajuću ikonicu koja pripada tom programu.
Interfejs se sastoji od 4 kartice pri čemu je svaka kartica odgovorna za upravljanje
pojedinom električnom mašinom. Prva kartica se odnosi na digitalno aktiviranje svetlećih
dioda. Imamo 4 para dugmića od kojih svaki par ima mogućnost da postavi logičku 1 i da
postavi logičku 0. Drugim rečima možemo da upalimo ili da ugasimo odgovarajuće diode.
Postoje i dugmići za aktiviranje sve 4 diode istovremeno i za njihovo gašenje. Dajem
učenicima zadatak da sastave strujno kolo na protobordu sl.2. i da ga povežu sa pločicom
mikrokontrolera. Objašnjavam učenicima algoritam za pretvaranje dekadnih brojeva u
binarne. Objašnjavam učenicima pojam bajta i bita. Dajem učenicima zadatak da pokušaju
sami da aktiviraju pojedine diode i da naprave određenu binarnu kombinaciju na izlaznom
portu kontrolera. Dajem učenicima zadatak da broj 7 pretvore u binarni broj i da ga prikažu
na 4-bitnom displeju. Dajem učenicima tabelu koje prikazuje vezu između dva brojna
sistema za prvih 16 binarnih cifara-tabela 1.
Slika1. Softverski interfejs za svetleće diode
Dekadni
broj Binarni broj
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
10 1010
11 1011
12 1100
13 1101
14 1110
15 1111
Tabela 1.
Sl.2 Protobord
Objašnjavam učenicima sliku 3. na kojoj je prikazan jedan impulsni signal. Na tom
impulsnom signalu možemo da menjamo dužinu impulsa i samim tim i intenzitet
osvetljenosti svetleće diode. Intenzitet osvetljenosti led diode možemo da podesimo na
vertikalnom skrol dugmiću sa inkrementom od 10%. Dajem učenicima zadatak da sastave
strujno kolo na protobordu sl.2. i da ga povežu sa pločicom mikrokontrolera sl.8. Na
softverskom interfejsu sl.4. na koji ulazimo klikom na drugu karticu dobijamo prikaz
interfejsa za upravljanje intenzitetom osvetljenosti led diode. Na tom interfejsu možemo da
vidimo i dva dugmića pomoću kojih gasimo i palimo diodu. Učenici imaju zadatak da
aktiviraju led diodu i da podešavaju intenzitet njene osvetljenosti. Na interfejsu postoji i
checkbox pomoću koga omogućavamo aktiviranje ovog interfejsa.
Slika 3. Upravljački impulsi
Slika 4. Softverski interfejs za svetleće diode
Objašnjavam učenicima da se pomoću impulsa može upravljati i brzinom obrtanja
jednosmernog motora. Na kolektor motora se dovodi povorka impulsa koja naizmenično
uključuje i isključuje motor. Kao rezultujući efekat imamo konstantnu brzinu obrtanja
jednosmernog motora koja za određene primene omogućava motoru da radi na konstantnoj
brzini i bez povratne sprege. Dajem učenicima zadatak da sastave strujno kolo na
protobordu sl.2. i da ga povežu sa pločicom mikrokontrolera sl.8. Interfejs za upravljanje
brzinom ovog motora se vidi na slici 5. Dajem učenicima zadatak da aktiviraju rad motora
sa dugmićem na kojem piše 1 i da podese željenu brzinu obrtanja motora. Sa dugmićem 0
mogu da zaustave motor. Checkboxom učenici mogu da aktiviraju rad ovog interfejsa.
Slika 5. Softverski interfejs dc motor
Objašnjavam učenicima četvrti primer čiji se interfejs aktivira pomoću četvrte kartice na
kojoj piše „pwm servo”. Ovde vidimo tri dugmića koji služe za pozicioniranje servo
motora. Levi dugmić dovodi do okretanja servo motora u jednu stranu, desni u drugu, a
centralni u neutralnu poziciju. Objašnjavam učenicima način rada servo motora koji se
bazira na impulsima. Servo motor ima tri priključka od kojih je crna žica 0V, crvena žica je
5V i žuta žica je ona na koju se dovodi upravljački signal koga čine impulsi.Kada su
impulsi trajanja 2ms onda je servo u nultoj poziciji.Kada su impulsi 1.5ms onda servo pravi
otklon u jednu stranu, a kada su 2.5ms onda pravi otklon u drugu stranu sl.6. Dajem
učenicima zadatak da sastave strujno kolo na protobordu sl.2. i da ga povežu sa pločicom
mikrokontrolera. Dajem učenicima zadatak da preko interfejsa prikazanog na slici 7.
aktiviraju i upravljaju radom servo motora.
Slika 6. Upravljački signali za pozicioniranje servo motora
Slika 7. Softverski interfejs servo motor
Završni deo časa (10 minuta):
Objašnjavam učenicima da su korišćeni programi prikaz mogućnosti koje interfejs
nudi i da postoji mogućnost daljeg razvoja programa uz primenu istog interfejsa
pisanjem programa u Visual Basic razvojnom okruženju.
Napomena: Za izvođenje časa od nastavnih sredstava su neophodni hardverska
pločica-interfejs sl.8. , programska podrška u vidu izvršnih fajlova, programska
podrška u vidu drajvera za komunikaciju sa usb portom na linku
http://www.ftdichip.com/Drivers/D2XX.htm, razvojno okruženje za programiranje
mikrokontrolera na linku http://www.arduino.cc/en/Main/software, i napajanje
interfejsa.
U prilogu su dati video zapisi koji demonstriraju način korišćenja programa koji su
dati uz pločicu.
Prvi video fajl Mvi_0555.avi prikazuje kako se preko interfejsa utiče na obrtanje
servo motora u oba smera.
Drugi fajl Mvi_0556.avi prikazuje širinski modulisani signal za upravljanje
osvetljenošću led diode.Prikazano je zadavanje parametara preko kompjutera. Isti
signal samo sa većom frekvencijom može da se koristi i za upravljanje brojem
obrtaja dc motora.
Treći video zapis Mvi_0557.avi prikazuje upravljanje digitalnim signalima
pomoću kojih palimo diode. Vidimo interfejs na ekranu i vidimo diode koje se pale
i gase.