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
Σχηματικό ηλεκτρονικών

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”

 

Αυτόματο όχημα που ακολουθεί μαύρη γραμμή με το Arduino

Το αυτοκινούμενο όχημα το οποίο ακολουθεί μια μαύρη γραμμή είναι μια συνηθισμένη δραστηριότητα με τα Lego Mindstorms και την έχω αξιοποιήσει με τροποποιήσεις πολλές φορές στο μάθημα.

Αυτή τη φορά στο πλαίσιο του Ομίλου «Μικροί Χάκερ» που λειτουργεί στο Πειραματικό Δημοτικό Σχολείο Φλώρινας, δοκιμάσαμε με τα παιδιά να υλοποιήσουμε το αυτόματο όχημα με την χρήση Arduino ως ελεγκτή.

Τα βασικά υλικά που χρησιμοποιήσαμε ήταν τα εξής:

  • 1 Arduino Uno
  • 2 κινητήρες με πλαστικές ρόδες (dc gear motors)
  • 1 L293D driver για να ελέγξουμε τους 2 κινητήρες
  • 1 αισθητήρα υπέρυθρων αποφυγής εμποδίων (Infrared Obstacle Avoidance Sensor)
  • 1 αισθητήρα υπέρυθρων αναγνώρισης μαύρου και άσπρου (Infrared Tracking sensor)
  • 2 μπαταριοθήκες ΑΑΑ και μπαταρίες
  • 1 διακόπτη
  • Καλώδια σύνδεσης
  • 1 Breadboard

Αρχικά χρησιμοποιήσαμε για το όχημα έναν έτοιμο σκελετό από λεπτό πλέξι γκλας , όμως στη συνέχεια τα παιδιά δημιούργησαν τον δικό τους σκελετό από μακετόχαρτο. Ως ρόδα στήριξης χρησιμοποιήσαμε ένα μπαλάκι του ping pong το οποίο προσαρμόσαμε σε ένα έτοιμο σχέδιο (https://www.thingiverse.com/thing:1728714) που εκτυπώσαμε στον 3Δ εκτυπωτή του σχολείου.

Για την σύνδεση των κινητήρων και του Arduino στον οδηγό L293D ακολουθήσαμε οδηγίες που βρήκαμε στο διαδίκτυο και παρουσιάζονται στην παρακάτω εικόνα.

Συνδέσαμε τους κινητήρες σε pins που υποστηρίζουν PWM ώστε να μπορούμε να ελέγχουμε και την ταχύτητα τους (με τιμές από 0 εως 255) και όχι απλά να τους ενεργοποιούμε και να τους απενεργοποιούμε με HIGH και LOW.

Ο σχεδιασμός και ο προγραμμα της κατασκευής έγινε με την χρήση της υπηρεσίας tinkercad στην οποία όλα τα παιδιά διαθέτουν μαθητικούς λογαριασμούς. Μπορείτε να εξερευνήσετε τα τελικά σχέδια και προγράμματα εδώ: https://www.tinkercad.com/things/0ZTQYQ60tYK

Τα παιδιά του Ομίλου παρουσίασαν την κατασκευή τους στο 8ο Μαθητικό Φεστιβάλ Ψηφιακής Δημιουργίας που έγινε στην πόλη των Ιωαννίνων, καθώς και στην έκθεση με τίτλο «Τα παιδιά της πόλης μας δημιουργούν» η οποία πραγματοποιήθηκε στις εγκαταστάσεις του ΦΣΦ Αριστοτέλη, στην πόλης της Φλώρινας.

Αυτόματο όχημα – παρουσίαση – μαθητών στο Μαθητικό Φεστιβάλ

Φυλλάδιο παρουσίασης της κατασκευής στην έκθεση που πραγματοποιήθηκε στον ΦΣΦ Αριστοτέλη

Το τελικό αποτέλεσμα
Η κατασκευή με μακετόχαρτο
Η κατασκευή με μακετόχαρτο
Η κατασκευή με πλέξι γκλας

Plant watering alarm with arduino

A device that warns us with light sound and a sign when our plant needs water. The project was made by the students of the “Little Hackers” evening club of the Experimental Elementary School of Florina. The device contains a moisture sensor, a servo motor a led light and a buzzer. 

The moisture sensor is placed the plant pot and continuesly reads the moisture values. When that values fall under a certain limit the device warns us by:

  • Blinking the led light
  • Sending a beeping sound from the buzzer
  • Turning the small sign so that the “No water” sketch is shown

Screenshot_2

The final project was presented along with other projects from students of all schools of Florina at the 7th Students Festival for Digital Creations

Έξυπνος κάδος σκουπιδιών με το arduino

Στο πλαίσιο των συναντήσεων του ομίλου προγραμματισμού “Μικροί Χάκερ” σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε τον έξυπνο κάδο σκουπιδιών, ο οποίος ανοίγει αυτόματα όταν θέλουμε να πετάξουμε κάποιο σκουπίδι.

Ο κάδος περιλαμβάνει έναν αισθητήρα απόστασης και έναν κινητήρα servo τα οποία ελέγχονται από ένα arduino nano. Η κατασκευή τροφοδοτείται από μπαταρίες AAA και περιλαμβάνει και έναν διακόπτη για την ενεργοποίηση/ απενεργοποίηση του κάδου. Το πρόγραμμα για τον έλεγχο του κάδου έγινε με την χρήση του περιβάλλοντος ardublockly.

Αρχικά μελετήσαμε τον τρόπο λειτουργίας του αισθητήρα απόστασης (HC-SR04). Ο συγκεκριμένος αισθητήρας επιστρέφει στο arduino τον χρόνο που χρειάστηκε για να επιστρέψει ο υπέρηχος σε μικροδευτερόλεπτα. Για να μας είναι χρήσιμη αυτή η τιμή πρέπει να την μετατρέψουμε σε εκατοστά με βάση τον τύπο της ταχύτητας του ήχου (343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο).

Οι μαθητές και οι μαθήτριες εξασκήθηκαν με τις μονάδες μέτρησης του χρόνου και του μήκους, τις μετατροπές σε διάφορες υποδιαιρέσεις και χρησιμοποιήθηκε το παρακάτω ειδικά σχεδιασμένο φύλλο εργασίας για να βγάλουμε τον αλγόριθμο μετατροπής των μικροδευτερόλεπτων σε εκατοστά.

Φύλλο εργασίας Μέτρηση απόστασης

Το δεύτερο βήμα ήταν να μελετήσουμε τον τρόπο με τον οποίο δουλεύει ένας απλός κινητήρας servo, ο οποίος μπορεί να περιστρέφει τον άξονα του από τις 0 μέχρι τις 180 μοίρες. Με την χρήση μιας πετονιάς και κόλλας σιλικόνης ενώσαμε τον κινητήρα με το καπάκι του κάδου και πετύχαμε τον έλεγχο του ανοίγματος και του κλεισίματος του. Παρακάτω φαίνεται ο τρόπος σύνδεσης των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

smart trash can_bb

Το πρόγραμμα για την λειτουργία του αυτόματου κάδου δημιουργήθηκε στο περιβάλλον ardublockly και ακολουθεί τον αλγόριθμο που προέκυψε από το φύλλο εργασίας.

Screenshot_1

Ο έξυπνος κάδος παρουσιάστηκε μαζί με άλλες κατασκευές των μαθητών στις εκδηλώσεις για την παγκόσμια ημέρα περιβάλλοντος που έγιναν στο Νέο Πάρκο της Φλώρινας.