Середа, 20.06.2018, 13:02
Вітаю Вас Гість | RSS
Головна | Arduino | Реєстрація | Вхід
Меню сайту
Форма входу
Пошук

Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Персональний комп'ютер на уроках фізики

Використання модуля Arduino


Цифрові лабораторії дозволяють перевести шкільний фізичний експеримент на якісно новий рівень: підготувати учнів до самостійної творчої роботи, здійснити пріоритет діяльнісного підходу до процесу навчання, розвинути в учнів широкий комплекс загальних навчальних і предметних умінь. Цифрова лабораторія  - це обладнання для проведення широкого спектру досліджень, демонстрацій, лабораторних робіт. Цифрові лабораторії допомагають розв’язати ряд завдань, що стоять перед вчителем фізики:

  • комплексне використання матеріально-технічних засобів навчання на основі сучасних техніко-педагогічних принципів;
  • перехід від репродуктивних форм навчальної діяльності до самостійних, пошуково-дослідницьких видів роботи;
  • формування комунікативної культури учнів;
  • розвиток умінь роботи з різними типами інформації.


Однак ціна сучасних фізичних лабораторій є  фактором, що стримує масове їх поширення і використання у школах. Розумною альтернативою, на мою думку, могли б стати мікроконтролерні плати - наприклад Arduino.

Платформа Arduino - це проста у використанні відкрита електронна платформа, що включає так звані стартові набори розробника (starter kit) і відкрите програмне забезпечення. Вона призначена для швидкого створення інтерактивних електронних пристроїв. Arduino будується на базі мікроконтролерів фірми Atmel Corporation і використовується для отримання сигналів від аналогових і цифрових датчиків, управління різними виконавчими пристроями і обміну інформацією з комп'ютером за допомогою різних інтерфейсів.
Arduino – це інструмент для проектування електронних пристроїв, що краще взаємодіють із оточуючим фізичним середовищем ніж стандартні персональні комп’ютери. Вибір Arduino обумовлений тим, що для нього існує широка програмна підтримка. Для проекту  створена спеціальна  мова програмування Wiring, що має багато спільного з мовою програмування C++.  Arduino дає можливість організувати обмін даними через віртуальний com порт з ПК. Для Arduino спроектовано і випускаються різні датчики: температури, вологості, тиску та інші.

Розглянемо використання мікроконтролерної плати Arduino Uno (Рис1) в лабораторній роботі «Визначення швидкості звуку».


Рис 1.

В цій роботі ми використали розроблений для Arduino ультразвуковий далекомір HC-SR04 (Рис 2.), що має наступні характеристики:

Напруга живлення 4,5-6 В.

Струм спокою: < 2 мА

Робочий струм: 15 мА

Ефективний кут : 150

Діапазон вимірюваних відстаней: 0,02-5 м.

Робоча частота 40 кГц.


Рис 2.


Принцип роботи датчика такий. Під час подачі на вхід датчика Triger імпульсу довжиною не менше 10 мкс на консоль Т (ультразвуковий випромінювач) подаються вісім імпульсів частотою 40 кГц, та починається відлік часу. Після того, як посланий сигнал відіб’ється від перешкоди і потрапить на консоль R (ультразвуковий приймач), відлік часу припиняється. На виході Echo формується імпульс, довжина якого дорівнює часу, за який ультразвук долає відстань від випромінювача до перешкоди та назад (Рис 3). Знаючи відстань до перешкоди, можна визначити швидкість звуку.

Рис 3

 Датчик підключаємо до клем 9- Trig та 10- Echo. З плати Arduino беремо напругу живлення 5В. В мікроконтролер Arduino завантажуємо програму (скетч):

 

//лабораторна робота 10 клас 'Швидкість звуку'

const int Trig = 9;

const int Echo = 10;

void setup()

{

pinMode(Trig, OUTPUT);

pinMode(Echo, INPUT);

Serial.begin(9600);

}

long time_us=0;

void loop()

{

digitalWrite(Trig, HIGH); // Подаємо сигнал високого рівня на вихід микроконтроллера

delayMicroseconds(10); // Тримаємо 10 мікросекунд

digitalWrite(Trig, LOW); // Подаємо сигнал низького рівня

time_us=pulseIn(Echo, HIGH); // Вимірюємо довжину імпульса

Serial.println(time_us); // Виводимо у COM порт

 delay(2000);

}


Суть роботи програми в тому, що приблизно раз в 2с відбувається вимірювання часу поширення ультразвукового імпульсу до перешкоди і назад. Цей час в мкс виводиться на послідовний порт. Для прийому даних ПК можна використати монітор порту, що входить до програмного забезпечення Arduino.

Для лабораторної роботи  написана на Small Basic програма сервер, вікно роботи якої показано на рисунку 4.

Рис 4.

Далі дані копіюються і передаються для подальшої обробки в Excel (Рис 5.).

Рис 5.


В даному експерименті швидкість звуку ≈ 347 м/с, що для температури 26оC можна вважати цілком задовільним результатом.

9.07.2014

Відеоуроки по Arduino


Гребенщиков Сергій Валентинович вчитель фізики Давидівобрідської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів serggreb1960@gmail.com

Зробити безкоштовний сайт з uCozCopyright MyCorp © 2018