Μετρώντας την απόσταση με τον ήχο

Η απόσταση που έχει το ρομπότ μας από άλλα αντικείμενα, είναι από τα πιο συνηθισμένα μεγέθη που προσπαθούμε να μετρήσουμε. Αν για παράδειγμα φτιάχνουμε αυτόνομα οχήματα που πρέπει να αποφεύγουν εμπόδια, ή άλλες συσκευές που θέλουμε να αντιδρούν όταν κάποιος ή κάτι τα πλησιάζει, η μέτρηση της απόστασης είναι απαραίτητη.

Ένας από τους πιο απλούς, οικονομικούς και σχετικά ακριβείς τρόπους για να μετράμε αποστάσεις, είναι αξιοποιώντας τους αισθητήρες υπερήχων. Η λειτουργία τους στηρίζεται στην ιδιότητα του ήχου να αντανακλάται στα περισσότερα αντικείμενα και υλικά. Οι αισθητήρες αυτοί διαθέτουν ένα ηχείο για να στέλνουν υπερήχους (ήχος σε πολύ υψηλή συχνότητα τον οποίο δεν μπορούμε να τον ακούσουμε) και ένα μικρόφωνο για να αντιλαμβάνονται τους υπερήχους όταν επιστρέφουν. Από την στιγμή που γνωρίζουμε την ταχύτητα του ήχου στον αέρα (343 m/sec), αν μετρήσουμε την ώρα που έκανε ο υπέρηχος για να επιστρέψει στον αισθητήρα μπορούμε να βρούμε την απόσταση που διένυσε.

Διάφοροι αισθητήρες υπερήχων – 1: Αισθητήρας για το Arduino και το Raspberry pi, 2: Αισθητήρας για το MakeBlock, 3: Αισθητήρας για το Lego EV3, 4: Αισθητήρας με το ηχείο και το μικρόφωνο ενσωματωμένα στην ίδια κατασκευή

Τρόπος λειτουργίας.

Όλοι οι αισθητήρες υπερήχων λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο. Στέλνουν έναν σύντομο υπέρηχο διάρκειας λίγων εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου από το ηχείο και μετράν τον χρόνο που χρειάζεται για να επιστρέψει ο ήχος και να γίνει αντιληπτός από το μικρόφωνο.

Ο υπέρηχος φεύγει από το ηχείο, ταξιδεύει στον αέρα μέχρι να βρει εμπόδιο στο οποίο αντανακλάται και επιστρέφει στο μικρόφωνο.

Αν υποθέσουμε ότι ο ήχος χρειάστηκε 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου για να επιστρέψει στον αισθητήρα, τότε:

  • Αυτό σημαίνει ότι χρειάστηκε 0,01 δευτερόλεπτα.
  • Γνωρίζοντας ότι ο ήχος ταξιδεύει με περίπου 343 μέτρα το δευτερόλεπτο στον αέρα, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση σε μέτρα που διένυσε πολλαπλασιάζοντας τον χρόνο με το 343, δηλαδή 0,01 x 343 = 3,43 μέτρα.
  • Ο ήχος λοιπόν ταξίδεψε 3,43 μέτρα από τον αισθητήρα μέχρι το εμπόδιο και από το εμπόδιο ξανά πάλι στον αισθητήρα. Άρα το εμπόδιο βρίσκεται σε απόσταση 3,43/2 = 1,715 μέτρα.

Πλεονεκτήματα και περιορισμοί.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των αισθητήρων υπερήχων σε σχέση με άλλους αισθητήρες απόστασης μπορούν να συνοψιστούν στα εξής τέσσερα:

  • έχουν η χαμηλή τιμή και πληθώρα επιλογών στην αγορά,
  • δεν επηρεάζονται από το χρώμα ή την διαφάνεια των αντικειμένων που ανιχνεύουν (πχ πλαστικό ή γυαλί),
  • δεν επηρεάζονται από τον φωτισμό του περιβάλλοντος (σκοτάδι ή έντονο φως),
  • έχουν καλή ακρίβεια στην μέτρηση απόστασης.

Εξαιτίας του τρόπου λειτουργίας τους, οι αισθητήρες υπερήχων έχουν και κάποιους σημαντικούς περιορισμούς.

  • Δυσκολεύονται να ανιχνεύσουν μικρά αντικείμενα, αν δεν είναι τοποθετημένα σε κατάλληλο σημείο.
Ένα μικρό σε μέγεθος αντικείμενο μπορεί να δυσκολέψει τον αισθητήρα και να μην μπορέσει να ανακλάσει τον ήχο με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνει αντιληπτό από το μικρόφωνο.
  • Επίσης ιδιαίτερη σημασία έχει ο τρόπος με τον οποίο είναι τοποθετημένο κάποιο αντικείμενο, ώστε να μπορέσει να ανακλάσει σωστά τους υπερήχους.
Στο παραπάνω παράδειγμα η γωνία με την οποία αντανακλούν οι υπέρηχοι στο αντικείμενο τους κάνει μη ανιχνεύσιμους από τον αισθητήρα.
  • Αντικείμενα τα οποία είναι από υλικά που απορροφούν τον ήχο (π.χ. σφουγγάρια) δεν είναι εύκολο να εντοπιστούν καθώς δεν αντανακλούν τους υπερήχους.

Διαλέγοντας αισθητήρα.

Υπάρχει αρκετά μεγάλη ποικιλία αισθητήρων υπερήχων στην αγορά, σχεδόν για όλες τις πλατφόρμες ρομποτικής. Για όσους προτιμούν να ασχοληθούν με την πλατφόρμα της Lego, τα EV3 και τα παλαιότερα NXT διαθέτουν στα βασικά τους πακέτα αισθητήρα υπερήχων. Μπορείτε να δείτε κάποια παραδείγματα αξιοποίησης τους στην τάξη εδώ:

Αν είστε περισσότερο φαν του Arduino ή του Raspberry pi και θέλετε να βουτήξετε περισσότερο στον τρόπο λειτουργίας των αισθητήρων, τότε υπάρχουν αρκετές επιλογές τις οποίες μπορείτε να βρείτε σε ελληνικά ή ξένα καταστήματα στο διαδίκτυο. Η πιο συνηθισμένη και οικονομική επιλογή είναι ο αισθητήρας HC-SR04, ο οποίος κοστίζει περίπου 2 ευρώ από Ελλάδα και 1 ευρώ στο ebay (Τιμές Αυγούστου 2018). Για περισσότερες λεπτομέρειες και συγκριτικά τεστ με διάφορους αισθητήρες υπερήχων μπορείτε να παρακολουθήσετε τα δύο πολύ αναλυτικά βίντεο (εδώ και εδώ) του Andreas Spiess στο Youtube.

Ο αισθητήρας HC-SR04. Αριστερά βρίσκεται το ηχείο (transmitter) και δεξιά το μικρόφωνο (receiver).

Σύνδεση στο Arduino και προγραμματισμός.

Ο αισθητήρας HC-SR04 διαθέτει 4 pins:

  • Το VCC, στο οποίο δέχεται 5V για να μπει σε λειτουργία,
  • το GND, το οποίο το συνδέουμε στη γείωση,
  • το TRIG (Trigger), το οποίο ενεργοποιεί το ηχείο για να στείλει το υπέρηχο και
  • το ECHO, το οποίο είναι συνδεδεμένο με την είσοδο του μικροφώνου και αντιλαμβάνεται την επιστροφή του ήχου.

Υπάρχουν δυο τρόποι για να συνδέσουμε τον αισθητήρα στο Arduino:

  • Είτε συνδέουμε το TRIG και το ECHO σε διαφορετικά digital pins και αναλαμβάνουμε στο πρόγραμμα μας να κάνουμε εμείς όλη την σκληρή δουλειά του υπολογισμού της απόστασης,
  • είτε συνδέουμε το TRIG και το ECHO στο ίδιο digital pin και χρησιμοποιούμε μια έτοιμη βιβλιοθήκη που μας απαλλάσσει από αυτό το φορτίο.

Όπως είναι κατανοητό, ο πρώτος τρόπος μας δίνει μεγαλύτερο έλεγχο στο πως θα υπολογίσουμε την απόσταση και έχει μεγαλύτερο εκπαιδευτικό ενδιαφέρον. Θα ξεκινήσω λοιπόν με τον δεύτερο (εύκολο τρόπο) και παρακάτω θα ασχοληθώ με τα πιο ενδιαφέροντα.

Σύνδεση σε ένα pin και αξιοποίηση της NewPing library.

Ο εύκολος τρόπος: Συνδέω το TRIG και το ECHO σε ένα digital pin, στο συγκεκριμένο παράδειγμα στο pin 4

Ο συγκεκριμένος τρόπος υλοποίησης απαιτεί να εγκαταστήσω την βιβλιοθήκη NewPing στο Arduino IDE. Ανοίγοντας τον διαχειριστή βιβλιοθήκης (Σχέδιο –> Συμπερίληψη Βιβλιοθήκης –> Διαχείριση Βιβλιοθηκών), μπορώ να αναζητήσω την βιβλιοθήκη NewPing και να την εγκαταστήσω με ένα κλικ.

Η NewPing είναι πλέον εγκατεστημένη στο Arduino IDE

Μετά την εγκατάσταση της βιβλιοθήκης μπορώ να γράψω ένα μικρό και απλό πρόγραμμα για να διαβάζω τις τιμές απόστασης σε εκατοστά που εντοπίζει ο αισθητήρας και να τις εμφανίζω στην σειριακή οθόνη (Serial monitor).

Μπορώ να φορτώσω τώρα το πρόγραμμα μου στο Arduino και να κάνω μερικές δοκιμές για να δω την συμπεριφορά του αισθητήρα.

Δοκιμή 1: Τοποθετώ ένα εμπόδιο στα 25 εκατοστά. Ο αισθητήρας στέλνει στην σειριακή οθόνη την σωστή τιμή.
Δοκιμή 2: Μεταφέρω το εμπόδιο στα 15 εκατοστά. Ο αισθητήρας μεταφέρει την σωστή τιμή στην σειριακή οθόνη.
Δοκιμή 3: Μεταφέρω το εμπόδιο στα 2 εκατοστά. Ο αισθητήρας μεταφέρει την σωστή τιμή στην σειριακή οθόνη.
Δοκιμή 4: Τοποθετώ ένα λεπτό εμπόδιο στα 10 εκατοστά. Ο αισθητήρας δεν μπορεί να το εντοπίσει (δεν γίνεται καλή αντανάκλαση των υπέρηχων σε αυτό) και επιστρέφει την απόσταση του τοίχου που βρίσκεται πίσω από το αντικείμενο.
Δοκιμή 5: Τοποθετώ το εμπόδιο με τέτοια κλίση ώστε να μην γίνεται αντανάκλαση των υπέρηχων στο μικρόφωνο και πάλι ο αισθητήρας δεν μπορεί να το εντοπίσει (επιστρέφει την απόσταση του τοίχου).
Δοκιμή 6η: Τοποθετώ ένα σφουγγάρι στα 25 εκατοστά από τον αισθητήρα και παρατηρώ πως απορροφά τους υπερήχους. Ο αισθητήρας επιστρέφει στην σειριακή οθόνη την τιμή μηδέν που σημαίνει πως δεν επέστρεψε πίσω καθόλου ήχος.
Δοκιμή 7η: Μεταφέρω το σφουγγάρι κοντά στον αισθητήρα (5 εκατοστά) και παρατηρώ πως πάλι απορροφά όλους τους υπερήχους.

Σύνδεση στο Arduino με δυο pins – υπολογισμός της απόστασης από τον χρόνο.

Αν θέλουμε να καταλάβουμε πλήρως την λειτουργία του αισθητήρα και τον τρόπο με τον οποίο υπολογίζουμε την απόσταση ενός εμποδίου χρησιμοποιώντας υπερήχους, θα πρέπει να αφήσουμε την πολυτέλεια της βιβλιοθήκης NewPing και να κάνουμε μόνοι μας τους υπολογισμούς. Το πρώτο βασικό βήμα είναι να αλλάξουμε τον τρόπο σύνδεσης του αισθητήρα στο Arduino, αξιοποιώντας δυο digital pins.

Συνδέω το TRIG στο digital pin 4 και το ECHO στο digital pin5.

Πριν ξεκινήσω να γράφω τον αλγόριθμο μου, θα πρέπει να καταλάβω τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν τα δυο pins (TRIG και ECHO).

  • Το TRIG (Trigger) είναι αρχικά σε κατάσταση LOW και όταν εμείς του στείλουμε HIGH τότε ενεργοποιείτε και στέλνει υπερήχους.
  • Το ECHO όταν λαμβάνει τον επιστρεφόμενο ήχο δημιουργεί έναν παλμό HIGH.
  • Η μέτρηση του χρόνου θα γίνει με τη συνάρτηση pusleIn, η οποία επιστρέφει τον χρόνο σε μικροδευτερόλεπτα (εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου).

Με βάση τα παραπάνω ο αλγόριθμος μου περιλαμβάνει τα εξής βήματα:

  1. Ενεργοποιώ το TRIG pin.
  2. Περιμένω πολύ λίγο (10 μικροδευτερόλεπτα).
  3. Απενεργοποιώ το TRIG pin.
  4. Μετράω την χρονική διάρκεια του παλμού στο ECHO pin (επιστροφή του υπερήχου) σε μικροδευτερόλεπτα.
  5. Μετατρέπω τα μικροδευτερόλεπτα σε δευτερόλεπτα (διαιρώ με το 1.000.000).
  6. Γνωρίζοντας ότι ο ήχος ταξιδεύει με 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, υπολογίζω την απόσταση που διένυσε, πολλαπλασιάζοντας τα δευτερόλεπτα με το 343.
  7. Τώρα έχω την απόσταση σε μέτρα. Για να την μετατρέψω σε εκατοστά πολλαπλασιάζω με το 100.
  8. Η απόσταση που έχω υπολογίσει αφορά το ταξίδι του ήχου μέχρι το εμπόδιο και την επιστροφή του. Άρα η απόσταση μέχρι το εμπόδιο είναι η μισή. Διαιρώ λοιπόν τα εκατοστά με το 2.

Φορτώνοντας το παραπάνω πρόγραμμα στο Arduino ο αισθητήρας δουλεύει με την ίδια ακρίβεια όπως και με την βιβλιοθήκη NewPing και από την στιγμή που δήλωσα τις μεταβλητές float, οι τιμές που παίρνω είναι δεκαδικές.

Πηγαίνοντας ακόμα πιο μακριά – Λαμβάνω υπόψη θερμοκρασία και υγρασία.

Οι δυο τρόποι με τους οποίους μέτρησα την απόσταση ενός εμποδίου από τον αισθητήρα, βασίζονται στην παραδοχή πως η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αν θέλουμε όμως να είμαστε επιστημονικά πιο σωστοί θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας μερικές ακόμα παραμέτρους.

Η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται από το “πόσο πυκνό” είναι το σώμα στο οποίο ταξιδεύει. Έτσι ο ήχος έχει πολύ μεγάλη ταχύτητα όταν ταξιδεύει σε στερεά σώματα, λιγότερη όταν ταξιδεύει σε υγρά και ακόμα πιο μικρή όταν ταξιδεύει σε αέρια.

Όσον αφορά τον αέρα (η περίπτωση μας), η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται κυρίως από την θερμοκρασία, λιγότερο από την υγρασία και πολύ λίγο από την ατμοσφαιρική πίεση. Για παράδειγμα σε συνθήκες μιας ατμόσφαιρας (1 Atm) και

  • σε θερμοκρασία 0 βαθμούς Κελσίου και σχετική υγρασία 50%, η ταχύτητα του ήχου είναι 331.61 m/sec,
  • σε θερμοκρασία 20 βαθμούς Κελσίου και σχετική υγρασία 50%, η ταχύτητα του ήχου είναι 343.99 m/sec,
  • σε θερμοκρασία 30 βαθμούς Κελσίου και σχετική υγρασία 50%, η ταχύτητα του ήχου είναι 350,31 m/sec και
  • σε θερμοκρασία 30 βαθμούς Κελσίου και σχετική υγρασία 90%, η ταχύτητα του ήχου είναι 351,24 m/sec.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ιστοσελίδα http://www.sengpielaudio.com/calculator-airpressure.htm, η οποία περιλαμβάνει ένα online εργαλείο υπολογισμού της ταχύτητας του ήχου.

Από την στιγμή λοιπόν που έχω έναν φθηνό αισθητήρα θερμοκρασίας – υγρασίας να κάθεται στο γραφείο μου (DHT11 Temperature and Humidity Sensor), αποφάσισα να βελτιώσω το πρόγραμμα εντοπισμού εμποδίων λαμβάνοντας υπόψη τις δυο αυτές τιμές.

Αρχικά συνέδεσα τον αισθητήρα υγρασίας – θερμοκρασίας στο κύκλωμα μου. Οι τυπικοί DHT11 αισθητήρες έχουν 3 pins (5V, GND και SIGNAL) ή 4 pins (5V, GND, SIGNAL και NULL). Η σύνδεση που έκανα έχει ως εξής:

  • 5V DHT11 –> 5V Arduino
  • GND DHT11 –> GND Arduino
  • SIGNAL DHT11 –> A0 pin Arduino
Προσθέτοντας τον αισθητήρα DHT11 στο κύκλωμα μου.

Το επόμενο βήμα ήταν να προσθέσω στο πρόγραμμα την μέτρηση της θερμοκρασίας και της υγρασίας, αξιοποιώντας την βιβλιοθήκη dht.h την οποία μπορείτε να την κατεβάσετε και να την προσθέσετε στο Arduino IDE από εδώ. Ακολούθησα βήμα προς βήμα το πολύ καλό tutorial από το Brainy Bits και το μόνο που μου έμενε ήταν να υπολογίσω την σωστή ταχύτητα του ήχου χρησιμοποιώντας την υγρασία και την θερμοκρασία.

Περίμενα πως με μια απλή αναζήτηση στο Google θα έβρισκα κάποιον απλό τύπο για να τον προσθέσω στο πρόγραμμα μου. Δυστυχώς τα πράγματα δεν ήταν τόσο απλά. Η φόρμουλα υπολογισμού που χρειαζόμουν έχει δημοσιευτεί το 1993 από τον Owen Cramer, στην εργασία του με τίτλο “The variation of the specific heat ratio and the speed of sound in air with temperature, pressure, humidity, and CO2 concentration.”. Μετά από αρκετή ώρα αναζήτησης ευτύχισα να βρω τον τρόπο υπολογισμού, που βασίζεται σε αυτή τη φόρμουλα, σε μορφή αρχείου JAVA, από μια ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Σάο Πάολο. Με λίγες τροποποιήσεις τον ενσωμάτωσα στο πρόγραμμα μου το οποίο έχει ως εξής:

Φόρτωσα το πρόγραμμα στο Arduino και ξεκίνησα αμέσως να το δοκιμάζω. Πλέον ο υπολογισμός της απόστασης εντός αντικειμένου δεν γίνεται θεωρώντας ως σταθερή την ταχύτητα του ήχου όπως έκανα στο προηγούμενο πρόγραμμα, αλλά εξαρτάται από τις συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας που επικρατούν εκείνη τη στιγμή και επηρεάζουν την ταχύτητα του ήχου.

Κάθε 2 δευτερόλεπτα ελέγχεται η απόσταση του εμποδίου χρησιμοποιώντας τις συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας για τον υπολογισμό της ταχύτητας του ήχου.

Αξιοποιώντας τον αισθητήρα υπερήχων στην τάξη

Η αξιοποίηση του αισθητήρα υπερήχων σε μαθήματα εκπαιδευτικής ρομποτικής είναι πολύ συνηθισμένη και υπάρχουν εκατοντάδες παραδείγματα στο διαδίκτυο, είτε με την πλατφόρμα Lego, είτε με το Arduino. Στην πλατφόρμα tinkercad υπάρχει πλέον έτοιμη και μια εντολή block που διαβάζει την απόσταση από τον αισθητήρα.

Το πρόγραμμα μας έτοιμο με τρία μόνο block.

Ιδιαίτερο εκπαιδευτικό ενδιαφέρον έχει κατά τη γνώμη και ο αναλυτικός τρόπος υπολογισμού της απόστασης, από τον χρόνο που χρειάζεται να ταξιδέψει ο ήχος. Αν δώσουμε έτοιμη την απόσταση από τον αισθητήρα στους μαθητές μας, τους στερούμε τη δυνατότητα να εμβαθύνουν και να κατανοήσουν πλήρως τον τρόπο λειτουργίας.

Σε παλαιότερο project (Έξυπνος κάδος), που υλοποίησα με τα παιδιά του Ομίλου Μικροί Χάκερ, δώσαμε μεγάλο βάρος στο πως μπορούμε να υπολογίσουμε αρχικά μόνοι μας την απόσταση που ταξιδεύει ο ήχος, χρησιμοποιώντας ένα ειδικά σχεδιασμένο φύλλο εργασίας. Ο προγραμματισμός έγινε χρησιμοποιώντας μια γλώσσα block style (Ardublockly) μεταφέροντας τα αλγοριθμικά βήματα από το φύλλο εργασίας.

Τα βήματα υπολογισμού της απόστασης του εμποδίου με τον αισθητήρα υπερήχων στην Ardublockly

Arduino και Bluetooth με το HC-05

Η επικοινωνία του Arduino με άλλες συσκευές όπως υπολογιστές, smartphones, tablets καθώς και άλλα Arduino είναι ιδιαίτερα χρήσιμη και μας δίνει δυνατότητες να κατασκευάσουμε πολύ ενδιαφέροντα project.

Με ένα απλό καλώδιο USB έχουμε έτσι και αλλιώς την επικοινωνία του Arduino με τον υπολογιστή, όχι μόνο για να το τροφοδοτήσουμε με ρεύμα και για να ανεβάσουμε το πρόγραμμα μας, αλλά και για να ανταλλάσσουμε δεδομένα μέσω σειριακής επικοινωνίας. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την σειριακή οθόνη (Serial Monitor) που περιλαμβάνεται στο Arduino IDE ή να γράψουμε τα δικά μας προγράμματα τα οποία θα στέλνουν και θα δέχονται δεδομένα από την σειριακή θύρα.

Την σειριακή επικοινωνία μπορούμε να την αξιοποιήσουμε και σε ασύρματες συνδέσεις μέσω Bluetooth. Έτσι μπορούμε να φτιάξουμε οχήματα που ελέγχονται από το κινητό μας τηλέφωνο, φώτα που θα ανάβουν από το tablet μας, αισθητήρες που θα στέλνουν τα δεδομένα τους στο laptop μας κ.ο.κ.

Για να το πετύχουμε αυτό θα χρειαστεί να αγοράσουμε κάποια μονάδα Bluetooth που να συνδέεται στο Arduino. Η πιο δημοφιλής είναι το HC-05 Wireless Bluetooth Transceiver. Η χαμηλή του τιμή (περίπου 7 ευρώ από ελληνικά καταστήματα και 2-3 ευρώ από το eBay), η ευκολία χρήσης και η δυνατότητα του να λειτουργεί ως master και slave, σε αντίθεση με το παρόμοιο HC-06 που λειτουργεί μόνο ως slave, το φέρνουν πρώτο στις προτιμήσεις των αγοραστών. Αυτό σημαίνει πως υπάρχει και αρκετή υποστήριξη στο διαδίκτυο από tutorials και βοήθεια σε φόρουμ συζητήσεων. Έναν βασικό οδηγός σύγκρισης των διαφόρων μονάδων Bluetooth για το Arduino στα αγγλικά μπορείτε να βρείτε εδώ ενώ ένα πολύ πιο αναλυτικό εδώ.

Οι δυο πιο δημοφιλείς μονάδες Bluetooth της αγοράς. Το HC-05 το ξεχωρίζουμε από το HC-06 από τα 2 παραπάνω pins που διαθέτει.

Ανατομία του HC-05

Η μονάδα HC-05 με το Breakout board zs-040

Η μονάδα HC-05 έχει 6 pins:

  • VCC (2), στο οποίο συνδέουμε την τροφοδοσία από το Arduino.
  • GND (3), στο οποίο συνδέουμε την γείωση.
  • RX (5), στο οποίο έρχονται τα δεδομένα από το Arduino.
  • ΤΧ (4), από το οποίο αποστέλλονται τα δεδομένα που λαμβάνει η μονάδα Bluetooth προς το Arduino.
  • STATE (6), το οποίο είναι απλά συνδεδεμένο με το LED της μονάδας Bluetooth και όταν αυτό ανάβει βγάζει έξοδο HIGH αλλιώς βγάζει έξοδο LOW.
  • ENABLED ή KEY (1) το οποίο μας επιτρέπει να αλλάζουμε την κατάσταση της μονάδας μεταξύ δύο:
    • Κατάσταση δεδομένων, όπου το HC-05 λειτουργεί κανονικά για να μεταφέρει δεδομένα.
    • Κατάσταση ρυθμίσεων, όπου μπορούμε να δίνουμε εντολές στο HC-05 για να αλλάζουμε τις ρυθμίσεις του.

Επίσης διαθέτει μια ένδειξη LED (8) η οποία ανάλογα με τον ρυθμό που αναβοσβήνει μας πληροφορεί για την κατάσταση της μονάδας, καθώς και ένα πλήκτρο (7) το οποίο μας επιτρέπει να αλλάζουμε την κατάσταση της μονάδας.

Σύνδεση με Arduino

Για να συνδεθεί το HC-05 με το Arduino χρειάζεται να στέλνει και να λαμβάνει δεδομένα αξιοποιώντας τα pins 0 και 1 του Arduino τα οποία έχουν την ειδική σήμανση RX και TX αντίστοιχα. Το pin 0 (RX) του Arduino δέχεται (Receive) δεδομένα από την μονάδα Bluetooth, ενώ το pin 1 (TX) του Arduino στέλνει (Transmit) δεδομένα στην μονάδα Bluetooth. Η σύνδεση λοιπόν που πρέπει να κάνουμε είναι η εξής:

  • HC-05 VCC –> Arduino 5V
  • HC-05 GND –> Arduino GND
  • HC-05 TX –> Arduino RX (pin 0)
  • HC-05 RX –> Arduino TX (pin 1)
Η βασική σύνδεση της μονάδας HC-05 με το Arduino, η οποία δεν είναι απόλυτα ασφαλής.

Ένα θέμα που προκύπτει εδώ είναι ότι η μονάδα HC-05 λειτουργεί στα 3.3V σε αντίθεση με το Arduino που λειτουργεί στα 5V. Ευτυχώς το HC-05 έχει ρυθμιστή τάσης στο VCC ο οποίος δέχεται μέχρι και 6V τα οποία μετατρέπει σε 3.3V και μπορούμε άφοβα εκεί να συνδέσουμε τα 5V του Arduino. Δεν ισχύει όμως το ίδιο για τα RX και ΤΧ pins, τα οποία λειτουργούν αποκλειστικά με 3,3V.

  • Όσον αφορά την σύνδεση του TX pin του HC-05 με το RX pin του Arduino δεν υπάρχει πρόβλημα αφού εκεί το ρεύμα ταξιδεύει από το HC-05 προς το Arduino το οποίο μπορεί να διαβάσει τα 3.3V που στέλνονται χωρίς κίνδυνο.
  • Το RX pin όμως του HC-05 ενώ απαιτεί 3.3V ως είσοδο δέχεται 5V από το Arduino και μπορεί να παρουσιάσει πρόβλημα αν το έχουμε απευθείας συνδεδεμένο για πολύ ώρα.

Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα θα πρέπει να μετατρέπουμε τα 5V που έχει η έξοδος του ΤX pin του Arduino σε 3,3V πριν φτάσουν στο RX pin του Bluetooth δημιουργώντας ένα απλό  κύκλωμα διαιρέτη τάσης με δυο αντιστάσεις, όπου η μία είναι διπλάσια της άλλης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχέδιο.

Ο σωστός τρόπος σύνδεσης της μονάδας HC-05 στο Arduino ώστε το RX του HC-05 να δέχεται 3.3V με την χρήση δυο αντιστάσεων.

Αν έχουμε κάνει σωστά την σύνδεση μας, με το που δώσουμε ρεύμα στο Arduino θα δούμε το κόκκινο LED στην μονάδα Bluetooth να ανάβει και να συνεχίσει να αναβοσβήνει γρήγορα (αρκετές φορές το δευτερόλεπτο). Η συσκευή μπορεί πλέον να εντοπιστεί από άλλες συσκευές όπως το κινητό μας τηλέφωνο με το όνομα HC-05 και κωδικό σύζευξης 1234. Μόλις η σύζευξη επιτευχθεί τότε το LED αρχίζει να αναβοσβήνει πιο αργά.

Μεταφέροντας το πρόγραμμα στο Arduino

Μπορούμε πλέον να γράφουμε προγράμματα στο Arduino τα οποία να στέλνουν και να δέχονται δεδομένα μέσω Bluetooth χρησιμοποιώντας τις εντολές της σειριακής επικοινωνίας που περιλαμβάνονται στην βιβλιοθήκη Serial. Οι ίδιες εντολές χρησιμοποιούνται και για την επικοινωνία μέσω USB (και αυτή σειριακή είναι).

Όταν θέλουμε να ανεβάσουμε το πρόγραμμα στο Arduino από τον υπολογιστή μας χρησιμοποιώντας την θύρα USB θα πρέπει να προσέξουμε να απενεργοποιήσουμε προσωρινά την μονάδα Bluetooth (απλά αποσυνδέστε το καλώδιο στο pin VCC, ή τα καλώδια στο RX και TX pins) για να μπορέσει να ανέβει το πρόγραμμα μας. Αν ξεχάσουμε να αποσυνδέσουμε το Bluetooth, το Arduino IDE θα μας ειδοποιήσει ότι η σειριακή θύρα του Arduino είναι απασχολημένη (αφού την έχει δεσμεύσει το Bluetooth) και δεν θα ανεβάσει το πρόγραμμα. Αφού ανεβάσουμε το πρόγραμμα μας στο Arduino μπορούμε να συνδέσουμε και πάλι την μονάδα HC-05 ώστε να λειτουργήσει κανονικά.

Αν ξεχάσουμε να αποσυνδέσουμε το HC-05 από το Arduino κατά την φάση ανεβάσματος που προγράμματος μας, θα μας βγάλει μηνύματα λάθους αφού η θύρα USB χρησιμοποιεί τα RX και TX pins που είναι κατειλημμένα.

Αλλάζοντας τις ρυθμίσεις

Όλες οι μονάδες HC-05 όταν ενεργοποιούνται έχουν το ίδιο όνομα (HC-05) και τον ίδιο κωδικό σύζευξης (1234). Αν θέλουμε να αλλάξουμε αυτές και άλλες ρυθμίσεις, όπως η ταχύτητα σύνδεσης, μπορούμε να το κάνουμε χρησιμοποιώντας εντολές AT (AT commands).

Για να στείλουμε εντολές AT στην μονάδα Bluetooth μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την σειριακή οθόνη που είναι ενσωματωμένη στο Arduino IDE και να «πούμε» στο Arduino να μεταφέρει τις εντολές που του στέλνουμε σειριακά μέσω USB, στην μονάδα HC-05 με ένα πρόγραμμα.

Για να το πετύχουμε αυτό θα πρέπει αρχικά να αποδεσμεύσουμε τα pin 0 και 1 του Arduino από το HC-05, αφού θα απασχολούνται από το Serial monitor. Η λύση είναι να χρησιμοποιήσουμε δυο άλλα Digital pins του Arduino μαζί με την βιβλιοθήκη Software Serial μετατρέποντας τα προσωρινά σε Software RX και TX pins. Άρα οι συνδέσεις μας τώρα θα είναι ως εξής:

  • HC-05 VCC –> Arduino 5V
  • HC-05 GND –> Arduino GND
  • HC-05 TX –> Arduino Digital pin 8
  • HC-05 RX –> Arduino Digital pin 9 (με την χρήση διαιρέτη τάσης)
Αντικατάσταση των pins 0 (RX) και 1 (TX) του Arduino με δυο άλλα Digital pins αξιοποιώντας την βιβλιοθήκη Software Serial

Τώρα χρειάζεται να φορτώσουμε στο Arduino ένα πρόγραμμα το οποίο θα δέχεται σειριακά από την θύρα USB τις εντολές AT και θα τις μεταφέρει στο HC-05 από τα δυο pin που έχουμε ορίσει. Έτσι ότι στέλνουμε από το Serial Monitor θα μεταφέρεται στο Arduino και από εκεί στο Bluetooth. Χρησιμοποιώ το πρόγραμμα που έχει γράψει στο πολύ ωραίο άρθρο του για το HC-05 ο Martyn Currey, το οποίο φαίνεται παρακάτω.

Το μόνο που μένει πλέον, αφού φορτώσουμε το πρόγραμμα στο Arduino, είναι να αλλάξουμε την κατάσταση του HC-05 ώστε από την λειτουργία δεδομένων να περάσει στην λειτουργία ρυθμίσεων.

Ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε το push button (7) που υπάρχει πάνω στο HC-05. Πριν δώσουμε ρεύμα στην μονάδα το κρατάμε πατημένο και μόλις το HC-05 πάρει ρεύμα και ανάψει το led αφήνουμε το push button. Τώρα παρατηρούμε ότι το led αναβοσβήνει αργά (όπως όταν βρίσκεται σε σύζευξη) και μπορούμε να του στέλνουμε AT εντολές. Όχι όμως όλες! Για αυτές που χρειαζόμαστε (αλλαγή ονόματος και αλλαγή κωδικού) θα πρέπει πάλι να κρατάμε πατημένο το push button κάθε φορά που στέλνουμε την εντολή!

Αντί να πατάμε το push button μπορούμε να αξιοποιήσουμε το pin ENABLED ή KEY (1). Όταν είναι LOW (εξ’ορισμού) τότε η μονάδα είναι στην κατάσταση DATA και λειτουργεί κανονικά (δέχεται και μεταδίδει δεδομένα). Όταν είναι HIGH τότε το HC-05 είναι στην κατάσταση Full AT Command και μπορεί να δέχεται όλες τις εντολές για να την ρυθμίσουμε (αλλαγή ονόματος, κωδικού κλπ). Προσοχή όμως! Το συγκεκριμένο pin δεν διαθέτει ρυθμιστή τάσης και δεν μπορούμε να του στείλουμε 5V αλλά 3.3V. Για αυτό θα συνδέσουμε ένα καλώδιο από τα 3.3V του Arduino στο ENABLED του HC-05, όπως φαίνεται παρακάτω.

Σύνδεση του HC-05 με το Arduino για αλλαγή ρυθμίσεων. Αντί για τα pins 0 και 1 χρησιμοποιούμε δυο άλλα digital pins με την Software Serial ενώ δίνουμε 3.3V και στον pin ENABLED για να αλλάξουμε την κατάσταση του HC-05 σε Full AT COMMAND

Αφού λοιπόν έχουμε κάνει την σύνδεση σύμφωνα με το παραπάνω σχηματικό και αφού φορτώσουμε το παραπάνω πρόγραμμα στο Arduino, μπορούμε να αλλάξουμε τις ρυθμίσεις τους χρησιμοποιώντας το Serial Monitor.

Ανοίγουμε το Serial Monitor

Μόλις ανοίξουμε την σειριακή οθόνη θα εμφανιστούν αρχικά οι πληροφορίες που έχουμε βάλει στην συνάρτηση setup του προγράμματος. Για να ελέγξουμε αν όλα έχουν συνδεθεί σωστά και μπορεί το HC-05 να δεχτεί εντολές μπορούμε να στείλουμε την εντολή AT, η οποία θα πρέπει να μας επιστρέψει OK.

Αν όλα πάνε καλά η εντολή AT θα μας επιστρέψει ΟΚ

Για να δούμε το όνομα που έχει ήδη η μονάδα HC-05 πληκτρολογούμε την εντολή AT+NAME.

Το όνομα της μονάδας είναι αυτή τη στιγμή HC-05

Για να αλλάξουμε το όνομα γράφουμε την εντολή AT+NAME=Νέο όνομα. Έτσι, αν για παράδειγμα φτιάχνουμε έναν έξυπνο κήπο όπου θα συνδέεται με το κινητό μας μέσω Bluetooth για να στέλνει δεδομένα, μπορούμε να δώσουμε την εντολή AT+NAME=Smart Garden.

Αλλάζουμε το όνομα του HC-05 σε Smart Garden

Για να ελέγξουμε αν όντως έγινε η αλλαγή, μπορούμε να δώσουμε ξανά την εντολή AT+NAME για να δούμε το όνομα της μονάδας.

Δίνοντας την εντολή AT+NAME βλέπουμε πως το όνομα του HC-05 έχει πλέον αλλάξει

Για να αλλάξουμε τον κωδικό της μονάδας όταν γίνεται η σύζευξη με άλλες συσκευές Bluetooth χρησιμοποιούμε την εντολή AT+PSWD=Νέος κωδικός

Δίνοντας την εντολή AT+PSWD βλέπουμε τον τρέχοντα κωδικό της μονάδας
Αλλάζουμε τον κωδικό σε 0000 με την εντολή AT+PSWD=0000

Διαδραστικά Μουσεία με Makey Makey

Μια συνεργασία των Ομίλων «Μάγοι της Τεχνολογίας» και «Τέχνη και Πολιτισμός» του Πειραματικού Δημοτικού Σχολείου Φλώρινας κατά το σχολικό έτος 2017-2018.

Τρία διαδραστικά μουσεία με εκθέματα εκτυπωμένα σε 3Δ εκτυπωτή, τα οποία έχουν αισθητήρες αφής και μόλις τα αγγίξουμε παρουσιάζονται πληροφορίες και εικόνες μαζί με αφήγηση στον συνδεδεμένο υπολογιστή.

Τον Οκτώβριο του 2017 αποφασίσαμε με τον συνάδερφο Παύλο Σταυρίδη που είναι υπεύθυνος του Ομίλου «Τέχνη και Πολιτισμός» να συνεργαστούμε ώστε να δημιουργήσουμε τα διαδραστικά μουσεία. Ως θέμα επιλέξαμε τα μνημεία Ελληνικού Πολιτισμού που βρίσκονται σε μουσεία του εξωτερικού.

Τα παιδιά του ομίλου «Τέχνη και Πολιτισμός» ανέλαβαν να αναζητήσουν και να επιλέξουν τα εκθέματα που θα παρουσιαστούν στα μουσεία. Ταξινόμησαν τα εκθέματα σε τρεις ομάδες:

Τα μοντέλα για κάθε έκθεμα αναζητήθηκαν σε δικτυακούς τόπους όπως το thingiverse και το my mini factory και εκτυπώθηκαν στον 3Δ εκτυπωτή του σχολείου μας από τους μαθητές του ομίλου «Μάγοι της τεχνολογίας» οι οποίοι χειρίζονταν το πρόγραμμα Repetier για να ρυθμίσουν τις διαστάσεις και τις υπόλοιπες λεπτομέρειες της εκτύπωση (αν θα μπουν στηρίγματα κλπ).

Τα παιδιά του ομίλου «Τέχνη και πολιτισμός» ηχογράφησαν τις πληροφορίες που βρήκαν για κάθε έκθεμα και έδωσαν τα αρχεία ήχου στους μαθητές και τις μαθήτριες του ομίλου «Μάγοι της τεχνολογίας», οι οποίοι δημιούργησαν τρία προγράμματα στο Scratch τα οποία μπορείτε να κατεβάσετε εδώ: Προγράμματα – Διαδραστικά μουσεία

Κατασκευάζοντες τις μακέτες των μουσείων

Τα παιδιά του ομίλου «Τέχνη και πολιτισμός» κατασκεύασαν τις μακέτες των μουσείων από ξύλο μπάλσα, πλέξι γκλας και άλλα υλικά τις οποίες έδωσαν στους «Μάγους της τεχνολογίας» για να περάσουν τις καλωδιώσεις, τα makey makey και τους αισθητήρες αφής (απλά διπλόκαρφα). Στο κάθε έκθεμα υπάρχουν δυο διπλόκαρφα τα οποία συνδέονται το ένα στην γείωση του makey makey και το άλλο σε κάποιο από τα διαθέσιμα πλήκτρα.

Κατασκευάζοντες τις μακέτες των μουσείων
Διπλόκαρφα και καλωδιώσεις
Καλωδιώσεις στο Makey Makey

Τέλος τα παιδιά των δυο ομίλων συνεργάστηκαν και στην δημιουργία των πινακίδων των μουσείων.

Πινακίδα μουσείου
Πινακίδα μουσείου

Τα διαδραστικά μουσεία παρουσιάστηκαν στο 8ο Μαθητικό Φεστιβάλ Ψηφιακής Δημιουργίας, στις εκδηλώσεις για την Παγκόσμια Ημέρα Περιβάλλοντος και στην διήμερη έκθεση «Τα παιδιά της πόλης μας δημιουργούν» που συνδιοργανώθηκε από το Πειραματικό Δημοτικό Σχολείο Φλώρινας και τον ΦΣΦ Αριστοτέλη.

Από την παρουσίαση στο 8ο Μαθητικό Φεστιβάλ Ψηφιακής Δημιουργίας
Από την έκθεση “Οι μαθητές της πόλης μας δημιουργούν”

Ο έξυπνος κήπος

Το τελευταίο project της φετινής χρονιάς (2017-2018) με τα παιδιά του Ομίλου «Μικροί Χάκερ», ήταν ο έξυπνος κήπος. Απαιτητικό και χρονοβόρο έργο το οποίο μας πήρε αρκετές συναντήσεις και μήνες για να το ολοκληρώσουμε.

Η τελική κατασκευή μπορεί να φιλοξενήσει δυο γλάστρες και να ελέγχει την υγρασία του εδάφους τους, την θερμοκρασία του αέρα καθώς και την φωτεινότητα.

  • Αν η υγρασία πέφτει κάτω από μια συγκεκριμένη τιμή, τότε η κατασκευή ενεργοποιεί την συγκεκριμένη αντλία νερού για να ποτίσει το φυτό.
  • Αν η φωτεινότητα πέσει κάτω από κάποια συγκεκριμένη τιμή, τότε η κατασκευή ενεργοποιεί μια ταινία led για να δίνει συνεχές φως στα φυτά.
  • Αν η θερμοκρασία του αέρα ανέβει πάνω από κάποια συγκεκριμένη τιμή, τότε ενεργοποιείται ο ανεμιστήρας της κατασκευής.

Ο έξυπνος κήπος επικοινωνεί με Bluetooth με το κινητό μας τηλέφωνο ή tablet με την βοήθεια εφαρμογής που κατασκευάσαμε και μπορούμε να βλέπουμε τις τιμές των αισθητήρων, καθώς και να αλλάζουμε τα όρια στα οποία ενεργοποιούνται οι αντλίες, τα φώτα και ο ανεμιστήρας.

Ήδη με τα παιδιά είχαμε χρησιμοποιήσει αισθητήρες φωτός και κινητήρες σε προηγούμενα έργα, οπότε εδώ επικεντρωθήκαμε αρχικά στην υγρασία του εδάφους. Αρχικά μελετήσαμε την λειτουργία ενός τέτοιου αισθητήρα αξιοποιώντας το παρακάτω φύλλο εργασίας.

Φύλλο εργασίας – υγρασία εδάφους

Κατασκευάζοντας τους δικούς μας αισθητήρες

Στη συνέχεια κατασκευάσαμε τους δικούς μας αισθητήρες υγρασίας, χρησιμοποιώντας καρφιά και μακετόχαρτο, αξιοποιώντας τα παρακάτω φύλλα εργασίας.

Φύλλο εργασίας – Δοκιμή αισθητήρα υγρασίας εδάφους

Φύλλο εργασίας – Κατασκευή αισθητήρα υγρασίας εδάφους

Δοκιμάζοντας τους αισθητήρες

Μετά περάσαμε στον αισθητήρα θερμοκρασίας, τον οποίο και πάλι δοκιμάσαμε αξιοποιώντας το παρακάτω φύλλο εργασίας.

Φύλλο εργασίας – Δοκιμή αισθητήρα Θερμοκρασίας

Αφού ολοκληρώσαμε την εργασία με τους αισθητήρες, περάσαμε στα φώτα και τους κινητήρες. Για τον φωτισμό του κήπου αξιοποιήσαμε μια παλιά 12V ταινία led που είχαμε στο εργαστήριο, ενώ για τον αερισμό του κήπου αξιοποιήσαμε έναν από τους πολλούς ανεμιστήρες από παλιά PC που έχουμε στο υπόγειο του σχολείου.

Για τις δυο αντλίες χρησιμοποιήσαμε κινητήρες από CD-ROM από τους ίδιους παλιούς υπολογιστές ενώ εκτυπώσαμε στον 3D Printer του σχολείου διάφορα έτοιμα σχέδια από αντλίες που βρήκαμε στο thingiverse.

αντλίες με παλιούς κινητήρες από CD ROM

Επίσης από το thingiverse βρήκαμε και τα σχέδια για τις γλάστρες τα οποία εκτυπώσαμε και πάλι στον 3Δ εκτυπωτή.

Για να ελέγξουμε τις 2 αντλίες, τον ανεμιστήρα και την ταινία led με το Arduino χρησιμοποιήσαμε και 4 relay στα οποία συνδέσαμε έναν μετασχηματιστή 12 Volt.

Αναλυτικό σχηματικό έξυπνου κήπου

Ο προγραμματισμός της κατασκευής έγινε σε δυο στάδια. Αρχικά ξεκινήσαμε με τον προγραμματισμό του Arduino, χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα tinkercad όπως και με τα προηγούμενα έργα μας. Κατορθώσαμε να κάνουμε το μεγαλύτερο μέρος του προγράμματος από εκεί αλλά επειδή δεν υποστηρίζει ακόμα όλες τις εντολές του Arduino και την προσθήκη κάποιων βιβλιοθηκών αναγκαστήκαμε να ολοκληρώσουμε το πρόγραμμα πληκτρολογώντας τον υπόλοιπο κώδικα.

Το δεύτερο μέρος του προγραμματισμού αφορούσε την δημιουργία της εφαρμογής η οποία θα επικοινωνεί με τον έξυπνο κήπο με Bluetooth. Αξιοποιήσαμε την πλατφόρμα AppInventor και κατασκευάσαμε μια εφαρμογή η οποία μπορεί να παίρνει τις τιμές της θερμοκρασίας, της υγρασίας και του φωτισμού από τον κήπο, καθώς και να αλλάζει τα όρια στα οποία ενεργοποιούνται τα φώτα, οι αντλίες και ο ανεμιστήρας. Μπορείτε να κατεβάσετε ελεύθερα τα αρχεία apk και aia της εφαρμογής από εδώ: Προγράμματα

Ο σχεδιασμός της εφαρμογής στο AppInventor
Μέρος από τον κώδικα για την επικοινωνία της εφαρμογής με τον κήπο

Ο έξυπνος κήπος παρουσιάστηκε από τα παιδιά του Ομίλου στις εκδηλώσεις για την Παγκόσμια Ημέρα Περιβάλλοντος που έγιναν στο Νέο Πάρκο της Φλώρινας, καθώς και στην διήμερη έκθεση «Τα παιδιά της πόλης μας δημιουργούν» που συνδιοργάνωσε το σχολείο μας με τον ΦΣΦ Αριστοτέλη.

Παρουσίαση κατασκευής στις εκδηλώσεις για την Παγκόσμια Ημέρα Περιβάλλοντος
Παρουσίαση κατασκυεής στην έκθεση “Οι μαθητές της πόλης μας δημιουργούν”

Αυτόματα περιστρεφόμενος ηλιακός συλλέκτης

Ο αυτόματα περιστρεφόμενος ηλιακός συλλέκτης κατασκευάστηκε στο πλαίσιο των συναντήσεων του Ομίλου Μικροί Χάκερ κατά το σχολικό έτος 2017-2018. Απαιτητική κατασκευή η οποία χρειάστηκε αρκετές συναντήσεις για να ολοκληρωθεί. Περιλαμβάνει ένα μικρό ηλιακό πάνελ 5V το οποίο το περιστρέφει σε δυο άξονες ώστε να έχει την μέγιστη δυνατή απόδοση.

Αρχικά μελετήσαμε με τα παιδιά του ομίλου τον τρόπο λειτουργίας των ηλιακών πάνελ και ειδικά των περιστρεφόμενων. Εισαγωγική Παρουσίαση

Στη συνέχεια αναζητήσαμε και εκτυπώσαμε στον 3Δ εκτυπωτή του σχολείου ένα έτοιμο σχέδιο για ένα περιστρεφόμενο πάνελ δυο αξόνων από το thingiverse.

Ο σχεδιασμός των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων έγινε στην πλατφόρμα tinkercad. Εκτός από το Arduino τα ηλεκτρονικά που χρησιμοποιήσαμε είναι:

  • Δυο κινητήρες servo
  • Τέσσερις αισθητήρες φωτός
  • Δυο ποτενσιόμετρα
  • Ένα push button
  • Δυο λαμπάκια led
  • Διάφορες αντιστάσεις

Για την συναρμολόγηση και την σύνδεση των ηλεκτρονικών τα παιδιά χωρίστηκαν σε διάφορες ομάδες εργασίας αναλαμβάνοντας συγκεκριμένες δουλειές (σύνδεση καλωδίων, κόλληση καλωδίων, μόνωση καλωδίων, βίδωμα κινητήρων και γραναζιών κ.α.)

Ομάδες εργασίας
Κατά την διάρκεια της κατασκευής
Μόνωση καλωδίων
Κόλληση καλωδίων
Βίδωμα – συναρμολόγηση

Θέλαμε η κατασκευή μας να έχει δυο δυνατότητες λειτουργίας:

  • Χειροκίνητη, όπου θα περιστρέφαμε τους κινητήρες με τα δυο ποτενσιόμετρα
  • Αυτόματη, όπου η θέση του φωτοβολταϊκού θα ελέγχονταν από τους αισθητήρες φωτός.

Για αυτόν τον λόγο προγραμματίσαμε την συσκευή να αλλάζει κατάσταση με την χρήση ενός push button και να μας ειδοποιεί για την κατάσταση με δύο φωτάκια led. Το πρόγραμμα έγινε με την χρήση της πλατφόρμα tinkercad. Μπορείτε να κατεβάσετε ένα pdf με την επεξήγηση του προγράμματος εδώ:Κώδικας φωτοβολταικού

Τα παιδιά παρουσίασαν την κατασκευή τους στο 8ο Μαθητικό Φεστιβάλ Ψηφιακής Δημιουργίας, στις εκδηλώσεις για την Παγκόσμια Ημέρα Περιβάλλοντος και στην διήμερη έκθεση «Τα παιδιά της πόλης μας δημιουργούν» που συνδιοργανώθηκε από το Πειραματικό Δημοτικό Σχολείο Φλώρινας και τον ΦΣΦ Αριστοτέλη.

Παρουσίαση των παιδιών στο 8 Μαθητικό Φεστιβάλ Ψηφιακής Δημιουργίας

Από την έκθεση “Τα παιδιά της πόλης μας Δημιουργούν”