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.

Sl.8. Interfejs pločica sa mikrokontrolerom