На уроках робототехники в нашей школе дети осваивают базовую механику, основы электроники и программирования микропроцессоров.
Программа изучения:
Первый год курса включает изучение основ робототехники - механики и электротехники. Все окружающие нас механизмы состоят из простейших компонентов. Для создания робота необходимо понимание их устройства. В первом полугодии учеников ждет работа на конструкторе Engino - сборка различных механизмов по схемам, изучение их устройства и принципов работы. Во втором полугодии с помощью конструктора Знаток изучается электричество и работа с принципиальными электрическими схемами. На основе электрического конструктора ребята изучают основы физики, законы и принципы создания схем.
Общие сведения о роботах. Виды роботов. Состав и структура роботов.
Общие сведения о роботах и их виды. Силы природы: сила притяжения, сила упругости, сила Архимеда. Движители. Простые механизмы: наклонная плоскость, винт, клин, рычаг, блок, полиспаст и др. Колесо и сила трения. Виды движений. Типы соединений. Четырехзвенный и кривошипный механизмы.
Понятие электрический ток. Проводники и изоляторы. Источники питания и их виды. Основные электрические элементы: лампа, электромотор, выключатель, светодиод. Обозначение деталей на схемах. Создание электрических схем и сборка электрических цепей. Параллельное и последовательное соединение. Соединение проводов: скрутка, клеммы. Магнит и магнитное поле.
Вторая ступень робототехники представляет собой работу с макетными платами, на которой ученики разрабатывают свои собственные электрические схемы и создают своих простейших роботов.
Знакомство с понятием роботы. Виды роботов и их предназначение.
Понятие «конструирование». Способы описания конструкции, их достоинства и недостатки. Понятия «прочность» и «устойчивость конструкции».Силы, действующие на сжатие и растяжение элементов конструкции. Простейшие механизмы. Рычаг и типы рычагов. Блоки и их виды. Применение блоков в технике. Конструирование передаточного механизма на основе блоков. Наклонная плоскость. Закон Ньютона. Силы трения. Виды трения. Коэффициент трения. Подъемник. Эксперименты с колесами и разными поверхностями. Колесо как рычаг. Различные применения наклонных плоскостей. Винты, как наклонные плоскости. Резьбовые крепежные изделия. Назначение зубчатых колес, их виды. Передаточное число. Коленчатый вал. Червячная передача.
Применение различных радиодеталей при создании роботов. Изучение основных радиодеталей. Обозначение радиодеталей на схемах. Понятие электрического тока. Источники электрического тока. Электрические заряды и электрическое поле. Закон Ома. Сила тока. Сопротивление. Напряжение. Переменный и постоянный ток. Электрическая цепь и ее составные части. Электробезопасность. Последовательное и параллельное соединение радиодеталей в электрическую цепь.
Изучение и применение драйвера двигателей L293. Диод. Фотодиод. Тиристор. Транзистор. Фототранзистор. Фоторезистор. Светодиод. Конденсатор. Понятие и виды резисторов. Катушка индуктивности. Практическая работа «Сборка робота-машинки, едущей на свет и по черной полосе».
Составление и моделирование различных радиоэлектронных схем. Создание схем из логических элементов (И, ИЛИ, НЕ). Моделирование процессора и микросхемы. Моделирование платы робота. Практическая работа «Моделирование логических схем для создания роботов».
Третья ступень изучения робототехники — основы работы с микроконтроллером. Микроконтроллер представляет собой миникомпьютер, к которому ученику подцепляют различные датчики и закладывают логику поведения будущего робота. Создание программ для микроконтроллера в среде Ardublock позволяет быстро и оперативно написать алгоритмы для управления микроконтроллером.
Понятие и виды роботов. Состав и структура роботов.
Изучение основных радиодеталей. Обозначение радиодеталей на схемах. Электрические заряды и электрическое поле. Электрический ток. Электрические цепи. Макетная плата. Закон Ома. Сила тока. Сопротивление. Напряжение. Диод. Светодиод. Транзистор. Изучение и применение драйвера двигателей L293. Фоторезистор.
Цифровая и аналоговая схемотехника. Двоичный код. Логические вентили. Базисные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ». Моделирование и проектирование логических схем. Создание схем из логических элементов (И, ИЛИ, НЕ).
Автоматизированные системы управления роботами. Программное управление. Адаптивное управление. Интеллектуальное управление (методы искусственного интеллекта, управление при участии человека). Виды устройств управления роботами. Микроконтроллеры. Программа для микроконтроллера. Датчики. Особенности и возможности платы Arduino. Порты для подключения схем и устройств.
Основы программирования. Компиляция и загрузка программы. Понятие алгоритма и команды. Среда программирования Ardublock. Интерфейс. Виды блоков. Цифровой порт в режиме вывода. Особенности программ для микроконтроллеров. Цикл. Правила подключения схем и устройств. Широтно-импульсная модуляция. Цифровой порт в режиме ввода. Логические операции. Передача данных на компьютер. Отправка данных с компьютера на микроконтроллер. Переменные. Подключение пьезодинамика. Генератор случайных чисел. Семисегментный индикатор. Подпрограммы. Массивы. Функция millis.
Аналоговый вход. Аналого-цифровой преобразователь. Резистивный делитель напряжения. Подключение потенциометра. Датчик яркости освещения. Датчики расстояния.
Электромоторы, как основа подвижных роботов. Способы подключения электромоторов. Драйвер двигателя. Сервомоторы. Виды и преимущества сервомоторов.
Четвертая ступень курса робототехники предполагает изучение дополнительных возможностей микроконтроллеров, позволяющих создавать сложные системы , такие как дистанционное беспроводное управление. Программы создаются в среде Arduino IDE на языке программирования С++.
Основы электротехники. Электрический ток. Напряжение. Сопротивление. Цифровые и аналоговые устройства. Двоичный код. Программирование, понятие алгоритма. Микроконтроллеры и датчики. Устройство платы Arduino, назначение портов.
Среда программирования Arduino IDE. Сохранение программы. Язык программирования Processing/Wiring. Синтаксис. Оператор и аргумент. Структура программы. Базовые команды управления цифровыми портами. Широтно-импульсная модуляция. Переменные. Типы переменных. Операции с числовыми переменными. Условный оператор. Логические операции. Передача данных на компьютер. Строковый и символьный типы данных. Отправка данных с компьютера на микроконтроллер. Генератор случайных чисел. Цикл. Виды циклов. Операторы цикла со счетчиком. Операторы цикла с условием. Массивы. Подпрограммы. Подпрограммы с параметрами. Функции. Прерывания. Прерывание по событию. Прерывание по таймеру.
Семисегментный индикатор. Датчик расстояния. Аналоговый вход. Аналого-цифровой преобразователь. Резистивный делитель напряжения. Подключение потенциометра. Датчик яркости освещения. Электромоторы. Драйвер двигателя. Сервомоторы. Энкодер. Жидкокристаллический экран.
Автоматизированные системы управления роботами. Программное управление. Адаптивное управление. Интеллектуальное управление (методы искусственного интеллекта, управление при участии человека). Виды устройств управления роботами. Микроконтроллеры. Программа для микроконтроллера. Датчики. Особенности и возможности платы Arduino. Порты для подключения схем и устройств.
Виды дистанционного управления. Передача информации между двумя микроконтроллерами. Инфракрасный приёмник. Приём и передача данных по инфракрасной связи. Особенности радиоуправления, Распространение радиоволн. Свойства радиоволн. Колебательный контур. Резонанс. Приемник. Передатчик. Принципы работы систем радиоуправления. Bluetooth. Профили Bluetooth. Подключение модуля Bluetooth.
На курсе Робототехника 5 изучаются дополнительные возможности Arduino: подключение различных устройств, с помощью программных и аппаратных средств, применение прерываний и шин, изучение протоколов передачи данных, создание «умных» систем, работающих в автоматическом режиме.
Структура программы. Функции. Использование сторонних библиотек. Функция millis().
Раздельное питание. Мембранная и кнопочная клавиатура. Кодовый замок. Сдвиговый регистр. Виды, назначение, подключение, программа. Каскадное подключение сдвиговых регистров. Многоразрядный семисегментный индикатор. Сбор данных с помощью входного сдвигового регистра. Светодиодная матрица. Драйвер светодиодов.
Виды прерываний, назначение и использование. Аппаратные прерывания. Организация аппаратных прерываний на Ардуино. Таймеры в Ардуино. Прерывания по таймеру. Сторожевой таймер Часы реального времени.
Параллельная и последовательная передача данных. Понятия: интерфейс, шина, протокол. Модули последовательной связи. UART - универсальный асинхронный приёмопередатчик. Передача данных на компьютер. Последовательный порт SPI. Подключение входного и выходного сдвиговых регистров по SPI. Подключение LCD по SPI. Последовательный интерфейс RS485. Интерфейс I2C. Подключение периферийных устройств.
Параллельная и последовательная передача данных. Понятия: интерфейс, шина, протокол. Виды памяти, назначение. EEPROM, назначение, чтение и запись в память. Подключение внешней EEPROM по I2C.
Каждый курс составляет 102 академических часа. Занятия проводятся 1 раз в неделю по 3 академических часа или 2 раза в неделю по 1.5 академических часа. В случае уважительных пропусков проводятся дополнительные занятия в параллельных группах или индивидуальные занятия с преподавателем. Посещение занятий возможно как в очном так и в онлайн режиме.
Занятие - 60 минут
Занятие - 60 минут
Занятие - 40 минут
