Сабақтың тақырыбы: Arduino-ға арналған ортаңғы бағдарламалау (ide arduino) және Processing-ті бағдарламалау тілі

жүктеу 1,19 Mb. бет 1/2 Дата 30.06.2023 өлшемі 1,19 Mb. #43088 түрі Сабақ

Сабақтың тақырыбы: Arduino-ға арналған ортаңғы бағдарламалау (IDE Arduino) және Processing-ті бағдарламалау тілі. Сабақтың ұзақтығы: 2 сағ. Arduino әзірлеу ортасы Arduino әзірлеу ортасы кірістірілген мәтін редакторынан, бағдарламалық кодтан, хабарламалар ауданынан, мәтінші шығару терезесінен (консольдер), құралдар тақтасының жиі қолданылатын командалар мен бірнеше мәзірден тұрады. Бағдарламаларды жүктеу және байланыс үшін әзірлеу ортасы Arduino аппаратты бөлігіне қосылады. Жүктеу Соңғы нұсқасын осы сілтеме бойынша табуға болады http://www.arduino.cc/en/Main/Software Пайдалы сілтемелер: · Windows-та жұмысты бастау · Ubuntu Linux-тағы Arduino IDE қондырғысы Arduino ортада жазылған бағдарлама, скетч деп аталады. Скетч кесу/қою, іздеу/ мәтінді ауыстыру құралдарына ие, мәтіндік редакторда жазылады. Сақтау және экспорт кезінде хабарламалар ауданында түсініктемелер пайда болуы мүмкін, сонымен қатар пайда болған қателіктер де көрінеді. Мәтінді шығару терезесі (консоль) қателіктер туралы толық есептен және басқа ақпараттан тұратын Arduino хабарламаларын көрсетеді. Саймандар тақтасының түймелері бағдарламаны тексеруге және жазуға, құруға, скетчті ашуға және сақтауға, тізбекті шиналар мониторингын ашуға мүмкіндік береді: Verify/Compile Бағдарламалық кодтың қателерін тексеру, компиляция. Stop Тізбекті шиналар мониторингын тоқтату (Serial monitor) немесе басқа түймелерді күңгірттеу. New Жаңа скетчті құру. Open Қойын дәптерде барлық скетчтерге ену мәзірін ашу. Ағымдағы терезені басу арқылы ашылады. Ескертпе: Java да қателіктердің болуына байланысты осы мәзір айнала алмайды, осы тізімнен скетч ашу қажеттілігі туындаса, File | Sketchbook мәзірін орындаңыз. Save Скетчті сақтау. Upload to I/O Board Бағдарламалық кодты құрастырады және Arduino құрылғысына жүктейді. Жүктеу сипаттамасы төменде берілген. Serial Monitor Тізбекті шиналар мониторинг ашылулары (Serial монитор). Қосымша командалар бес мәзірге топтастырылған: File, Edit, Sketch, Tools, Help. Мәзірдің қол жетімділігі осы сәтте орындалып жатқан жұмыспен анықталады. Edit · Copy for Discourse Айырбастау буферіне форумда орналастыруға келетін скетч кодын синтаксисті белгілей отыра көшіреді. · Copy as HTML Скетч кодын айырбастау буферіне HTML коды сияқты, веб-парақшаларда орналастыру үшін көшіреді. Sketch · Verify/Compile Скетчті қателіктерге тексеру. · Import Library Скетч кодына #include нұсқауын кірістіре отыра, ағымдағы скетчке кітапхананы қосады. Толығырақ ақпарат кітапханалар сипаттамасында төменде (Libraries). · Show Sketch Folder Жұмыс үстелінде құрамын скетч файлы бар буманы ашады. · Add File... Файлды скетчке қосады (файл ағымдағы орнынан көшірілетін болады). Жаңа файл жаңа бетбелгіде жаңа скетчте пайда болады. Файл бетбелгі мәзірінің көмегімен скетчтан өшірілуі мүмкін. Tools · Auto Format Осы опция кодты оңтайландырады, мысалы, ашылатын және жабылатын жақшаларды бір сызық бойына тігінен жинайды және олардың арасына бекітулер орнатады. · Board Қолданатын платформаны таңдау. Платформалардың сипаттамасымен тізім төменде көрсетілген. · Serial Port Мәзірдің құрамында компьютердегі реттік деректерді беру (шынайы және виртуалды) құрылғыларының тізімі бар. Тізім Tools мәзірін ашқан сайын автоматты түрде жаңартылатын болады. · Burn Bootloader Осы мәзірдің тармақтары Arduino платформасында микроконтроллерге Жүктеушіні (Bootloader) жазып алуға мүмкіндік береді. Осы әрекеттер Arduino-мен жұмыс кезінде қажет болмайды, дегенмен жаңа ATmega (жүктемесіз) бар болса қажет болады. Жазуды бастамас бұрын мәзірден платформаны дұрыс таңдап алуға ұсыныс беріледі. AVR ISP қолдану кезінде бағдарламалаушыға Serial Port мәзірінен сәйкес портты таңдау қажет. Қойын дәптер (Sketchbook) Arduino ортасымен қойын дәптер қағидасы қолданылады: бағдарламаларды сақтауға стандартты орын (скетчтарды). Қойын дәптерден скетчтер File > Sketchbook мәзірі арқылы немесе басқару тақтасындағы Open түймесі арқылы ашылады. Arduino бағдарламасын алғаш ашқан кезде қойын дәптер үшін автоматты түрде директория ашылады. Қойын дәптердің орналасуы Preferences диалогтік терезесі арқылы өзгереді. Бетбелгілер, Файлдар және Компиляция Скетчтердің бірнеше файлдарымен жұмыс істеуге мүмкіндік береді (әр біреуі жеке затбелгіде ашылады). Кодтың файлдары Arduino стандартты болуы мүмкін (кеңеюсіз), С файлдарымен (кеңею *.с), С++ файлдарымен (*.срр) немесе бас файлдарымен (.h). Arduino-ға скетчті жүктеу Скетчті жүктемес бұрын мәзірде қажетті параметрлерді орнату қажет Tools > Board және Tools > Serial Port. Платформалар әрі қарай мәтін бойынша сипатталады. Mac ОЖ-де тізбекті порт dev/tty.usbserial-1B1 (USB тақтасы үшін) сияқты көрінуі мүмкін немесе Keyspan USB-to-Serial адаптері арқылы қосылған /dev/tty.USA19QW1b1P1.1 (тізбекті шиналар тақтасы үшін). Windows ОЖ порттар COM1 немесе COM2 сияқты белгіленуі мүмкін (тізбекті шиналар тақтасы үшін) немесе COM4, COM5, COM7 және жоғары (USB тақтасы үшін). USB портын анықтау USB Тізбекті шиналар өрісінде Windows құрылғылар Диспетчерінде өндіріледі. Linux ОЖ порты /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1 сияқты көрінуі мүмкін. Порт және платформаны таңдағаннан кейін басқару тақтасындағы жүктеу түймесін басу керек немесе мәзір File > Upload to I/O Board пунктын тадау қажет. Заманауи Arduino платформалары жүктеу алдында автоматты түрде қайта жүктеледі. Ескі платформаларды қайта жүктеу батырмасын басу қажет. Көптеген тақталарда үдеріс кезінде RX және TX жарық диодтары жыпылықтап тұрады. Arduino әзірлеу ортасы жүктеудің аяқталғаны туралы немесе қателер туралы хабарламаны шығарады. Скетчті жүктеу кезінде Arduino Жүктеуші (Bootloader) қолданылады, тақтадағы микроконтроллерге жүктелетін кішігірім бағдарлама. Ол қосымша аппаратты құралдарды қолданбай-ақ бағдарламалық кодты жүктеуге мүмкіндік береді. Жүктеуші (Bootloader) платформаны қайта жүктеу кезінде бірнеше секунд және микроконтроллерге кез келген скетчтердің жүктелуі кезінде белсенді. Жүктеуші (Bootloader) жұмысы жарық диодының 13 пин) жыпылықтауы кезінде анықталады (мысалы: тақтаның қайта жүктелу кезінде). Кітапханалар Кітапханалар скетчтерге қосымша қызметтерді қосады, мысалы апаратты бөлшекпен жұмыс немесе мәліметтерді өңдеу кезінде. Кітапханаларды қолдану үшін мына мәзірді таңдау керек Sketch > Import Library. #include бір немесе бірнеше директива кейінгі кітапханалар компиляциясымен және скетчпен бірге скетч кодының алдында орналастырылатын болды. Кітапханаларды жүктеу Arduino жадында қосымша орынды талап етеді. Қолданылмайтын кітапханаларды скетчтен #include директивасын алып тастап өшіруге болады. Arduino.cc-та кітапханалар тізімі бар. Кейбір кітапханалар Arduino әзірлеу ортасына қосылған. Басқалары кез келген ресурстардан жүктелуі мүмкін. Жүктелген кітапханаларды орнату үшін қойын дәптерде «libraries» директориясын құру қажет және кейін мұрағатты ашу керек. Мысалы, DateTimе кітапханасын орнату үшін оның файлдары /libraries/DateTime қойын дәптер бумасының бума астында орналасуы керек. Жеке кітапхананы жазу үшін осы нұсқаулықты қараңыз. Басқа әзірлеушілердің аппаратты құралдары Басқа өндірушілердің қолданылатын аппаратты құралдары қойын дәптер бумасының сәйкес бума астында орналастырылады. Орнатылатын платформалардың құрамына жеке сипаттамалар (платформа мәзірінде), тамырлы кітапханалар, жүктеуші (Bootloader) және бағдарламалаушы сипаттамасы енуі мүмкін. Орнату үшін ашылған бумада мұрағатты ашу талап етіледі. (Буманың атын «Arduino» деп қоюға тыйым салынады, себебі Arduino платформасының кірістірілген мәліметтері қайта жазылуы мүмкін.) Деректерді инсталяциялау үшін сәйкес директория өшіріледі. Басқа өндірушілердің аппаратты құралдарының сипаттамасы жинағын құру бойынша толығырақ ақпарат Google Code сайтының беттерінде бар. Тізбекті шиналар мониторингы (Serial монитор). Arduino платформасын жіберілетін деректерді көрсетеді (USB тақтасы немесе тізбекті шиналар тақтасы). Деректерді жіберу үшін мәтін енгізу және Send немесе Enter батырмасын басу қажет. Кейін шығатын тізімнен, скетчтағы Serial.begin мәніне сәйкес келетін, жіберілу жыламдығы таңдалады. Mac немесе Linux ОЖ-де Arduino платформасы тізбекті шиналар мониторингы қосылған кезде қайта қосылатын болады (скетч қайтадан басталады). Платформамен Processing, Flash, MaxMSP және т.б. бағдарламалар арқылы ақпараттарды алмасу мүмкіндігі бар (интерфейстер сипаттамасы бетінен толығырақ қараңыз). Баптау Кейбір баптаулар Preferences терезесінде өзгереді (Mac немесе File ОЖ-де Windows немесе Linux ОЖ-де Arduino мәзірі). Басқа баптаулар файлдан орналасқан, оның орналасқан жері Preferences терезесінде көсетілген. Платформалар Платформаны таңдау мыналарға әсер етеді: компиляция кезінде қолданылатын параметрлер (мысалы: ОП жылдамдығы және деректерді жіберу жылдамдығы),скетчтерді жүктеуге және жүктеуші (Bootloader) микроконтроллерге жазуын баптауға. Платформалардың кейбір сипаттамалары соңғы параметр бойынша ажыратылады (жүктеуші Bootloader), осылайша, сәйкес таңдаумен сәтті жүктеу кезінің өзінде жүктеуші (Bootloader) жазылуының алдында айырмашылығын тексеру қажеттілігі туындау мүмкін. · Arduino Duemilanove немесе ATmega328-дан Nano Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі бар ATmega328 тактілік жиілігі 16 МГц. Arduino Pro немесе Pro Mini ATmega328 нұсқалары үшін 16 МГц (5 В) жиілігінде қолданылады. · Arduino Diecimila, Duemilanove, немесе ATmega168-ден Nano Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі бар ATmega168 тактілік жиілігі 16 МГц. Компиляция және жүктеу Arduino NG немесе ATmega168 бар ескі нұсқаларға сәйкес келеді, бірақ Bootloader Жүктеуінде қысқа таймаут бар (қайта қосылу кезінде пин 13 жарық диоды бір рет жыпылықпайды). Arduino Pro және Pro Mini ATmega168 нұсқалары үшін 16 МГц (5 В) жиілігінде қолданылады. · Arduino Mega Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі бар ATmega1280 тактілік жиілігі 16 МГц. · Arduino Mini Arduino NG немесе ATmega168 бар ескі нұсқаларға сәйкес келеді (мысалы: автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігінсіз ATmega168 тактілік жиілігі 16 МГц). · Arduino BT ATmega168 тактілік жиілігі 16 МГц. Bootloader жүктеу Bluetooth модулін жүктеу үшін кодтармен бірлесе жүреді. · ATmega328-ден LilyPad Arduino Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі бар ATmega328 тактілік жиілігі 8 МГц (3.3 В). ATmega328 бар Arduino Pro немесе Pro Mini-мен (3.3 В, 8 МГц) сәйкес келеді. · ATmega328-ден LilyPad Arduino ATmega168 тактілік жиілігі 8 МГц. Компиляция және жүктеу ATmega168 бар Arduino Pro немесе Pro Mini (8 МГц) сәйкес келеді. Жүктелген Bootloader-та ұзақ таймаут бар (қайта қосылу кезінде пин 13 жарық диоды үш рет жыпылықтайды), себебі, LilyPad түпнұсқаларында автоматты түрде қайта қосылу жоқ. Сонымен қатар сыртқы сағаттар да жоқ, сәйкесінше, Bootloader ішкі сағатты 8 МГц жүктеуді ATmega168-де кескіндейді. Соңғы LilyPad нұсқалар бар кезінде (6- байланыс бағдарламалық енгізуімен) Bootloader жүктелу алдында ATmega168-ден Arduino Pro немесе Pro Mini (8 MHz) таңдау қажет. · ATmega328-ден Arduino Pro немесе Pro Mini-мен (3.3 В, 8 МГц). Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі бар ATmega328 тактілік жиілігі 8 МГц (3.3 В). ATmega328-ден LilyPad Arduino сәйкес келеді. · ATmega168-ден Arduino Pro немесе Pro Mini-мен (3.3 В, 8 МГц). Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі бар ATmega168 тактілік жиілігі 8 МГц (3.3 В). · ATmega168-ден бұрынғы нұсқалар немесе Arduino NG Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі жоқ ATmega168 тактілік жиілігі 16 МГц. Компиляция және жүктеу Arduino ATmega168-ден Diecimila немесе Duemilanove сәйкес келеді, бірақ Bootloader Жүктеуінде ұзақ таймаут бар (қайта қосылу кезінде пин 13 жарық диоды үш рет жыпылықпайды). · ATmega8-ден бұрынғы нұсқалар немесе Arduino NG Автоматты түрде қайта қосылу мүмкіндігі жоқ ATmega8 тактілік жиілігі 16 МГц. Сабақтың тақырыбы: Arduino микроконтроллері: температура датчигі. Сабақ негізделген оқу мақсаты (мақсаттары) Arduino микроконтроллері: температура датчигі туралы мағлұмат алу Сабақ мақсаттары: Барлық оқушылар: Робот техникасы негіздерін түсінеді, «робот» ұғымымен танысады, роботтардың түрлерін және пайдалану салаларын зерттейді. Оқушылардың басым бөлігі: «Робот» терминінің мағынасын анықтап, механиканың дамуы және адамзаттың техникалық жетістіктері қандай екенін біледі. Кейбір оқушылар: Робот техникасы негіздерін, техникасының түрлерін оның ішіндегі LEGO MINDSTORMS EV3Education топтамасымен танысады. Күтілетін нәтижелер: Робот техникасы негіздерін түсінеді. «Робот» ұғымымен танысады, роботтардың түрлерін және пайдалану салаларын зерттей алады. Жоспарлаған уақыт Жоспарлаған жаттығулар (төмендегі жоспарланған жаттығулармен қатар ескертпелерді жазыңыз) Ресурстар Сабақтың басталуы «Сәлемдесу» стратегиясы Оқушылармен "сәлемдесу" ойынын ойнау. Суреттері бар қағаздар арқылы топқа бөлемін. Миға шабуыл Сұрақтарға жауап береді: • Бағдарламалау дегеніміз не? • Бағдарламалау не үшін керек? • Бағдарламалау дағдысын адам қандай жағдайда қолдана алады? • «РОБОТ» сөзін естіген кезде сіздің ойыңызда қандай бейне пайда болады? Үлестірмелер Ортасы Мағынаны тану Температура датчигін қоршаған ортаның температурасын өлшеуге арналған датчик деп атаған дұрысырақ. Аталған датчиктің үш түйіспесі бар – оң, сигнал және жер. Ол Цельсий градусындағы (түрлендіру коэффициенті ~10мВ/°С) температураға тепе-тең кернеу шығарады. Бұл тәжірибеден Arduino платасымен температура датчигін қалай пайдалану керектігін, сонымен қатар температураны көрсету үшін Arduino IDE-ні қалай пайдалану керектігін үйренесіз. Тәжірибелік жұмыс жасау Температура өлшеу Бұл модельді құру үшін қажетті заттар: Arduino платасы, макет платасы, 1 температура датчигі, 5 сым. 1. Модельді сызбада көрсетілгендей жинаңыз Arduino платасына температура датчигін қосу сызбасы 2. ARDUINO LABS/Lab6/Lab6.ino папкасын ашып, скетчті жүктеп алыңыз Тізбектік порт мониторын қалай ашуға болады? Порт мониторын ашпастан бұрын Сіз Ардуино платасына бағдарлама кодын (1) жүктеп, содан кейін ғана порт мониторын (2) ашасыз. Осылардан кейін ғана қосымша терезе (3) ашылады. Сабақты қорытындылау Өтілген тақырыпты қайталау үшін «Өрмекші торы» әдісі арқылы қорытындылаймын Оқушылар шеңбер болып тұрады, бір бума жіппен бастайды, жіптің ұшын қолына ұстап, тақырыпқа қатысты сұрағын қойып келесі оқушыға жіпті лақтырады. Осылай қайталана береді Дәптер, таратпалар Өз сабағыңызға талдау жасаңыз . Рефлексия Не сәтті болды? Не сәтсіз болды? Нені жақсартуыма болады? Нені өзгертуге болады? Қосымша ақпарат Саралау – Сіз қосымша көмек көрсетуді қалай жоспарлайсыз? Сіз қабілеті жоғары оқушыларға тапсырманы күрделендіруді қалай жоспарлайсыз? Бағалау – Оқушылардың үйренгенін тексеруді қалай жоспарлайсыз? Пәнаралық байланыс Қауіпсіздік және еңбекті қорғау ережелері. АКТ-мен байланыс Құндылықтардағы байланыс Б Қазіргі кезде біздің өмірімізді ақпараттық технологияларсыз елестету мүмкін емес. Н.Ә. Назарбаев «Қазақстанның үшінші жаңғыруы: жаһандық бәсекеге қабілеттілік» атты Қазақстан халқына Жолдауында «Әлемде кезекті, Төртінші өнеркәсіптік революция басталды. Біз енді алға батыл қадам басып, цифрлық технологияны қолдану арқылы құрылатын жаңа индустрияларды өркендетуге тиіспіз» деп атап көрсетті. Мемлекет басшысының тапсырмасымен ІТ салаларын дамыту мәселелері Үкіметтің басты бақылауында болып, бүгінде оқушыларды мектептен бастап осы салаға дайындау өзекті мәселелердің біріне айналып отыр. Робототехниканы мектептерде оқыту басталып жатыр, ал өнеркәсіптік роботтар кәсіпорындарда жиі қолданылуда. Осыған орай, мектептегі робототехниканы оқытудың барлық түрлерін жүзеге асыру өте маңызды. Робототехника – математика, физика, информатика, технология, инженерия және т. б. негіздерін өзара ықпалдастыруды көздейтін пәнаралық элективті курс. Бұл курс – оқушылардың ғылымитехникалық бағыттағы жеке білім беру қызығушылықтарын қанағаттандыратын, олардың шығармашылық әлеуетін барынша толық көрсететін ең маңызды тетіктердің бірі және жеке білім алу маршруты мен жасөспірімнің кәсіби өзін-өзі анықтауының құралы болып табылады [1]. Микрокомпьютердің атауы қарапайым компьютерге қарағанда әлдеқайда аз мөлшері бар компьютерді білдіреді. Негізінен мұндай компьютерлер бір платада орындалған және қарапайым компьютерлерге қарағанда архитектурасы қарапайым. Төменгі баға, икемді жүйе және әртүрлі платалардың көп саны оларды әуесқойлар мен қызығушылардың жобаларында танымал етті. Сондайақ микрокомпьютерлер оқу мақсаттарында да пайдаланылады. Электроника және робототехника әлемі бүгін өте қызықты жобалар жасауға мүмкіндік беретін қарапайым және өте ыңғайлы шешімдерге толы. Қазіргі таңда жасанды интелектті жобалауға арналған бірден-бір жол – Arduino платформасы. Бұл жобаның негізі – мамандандырылған тілде контроллер үшін код жазуға болатын базалық аппараттық модуль және бағдарлама, әрі ол бұл модульді қосуға және бағдарламалауға мүмкіндік береді. Мақаланың мақсаты - Arduino аппараттық есептеу платформасының мүмкіндіктерін талдау, мысал ретінде Arduino UNO тақтасын қолдана отырып, функционалды сипаттамамен және техникалық сипаттамамен танысу, ең танымал Arduino тақталарының салыстырмалы сипаттамаларын құрастыру және осы құрылғыны қолдану перспективаларын анықтау. Arduino - бұл жеке компьютерлерден гөрі физикалық ортамен неғұрлым тығыз байланыста болатын электронды құрылғыларды жобалауға арналған құрал, бұл іс жүзінде виртуалдан тыс болмайды. Бұл бағдарламалық жасақтаманы жазудың заманауи ортасы бар қарапайым электрлік платаға салынған ашық бастапқы компьютерді қолдана отырып физикалық процестерді басқаруға арналған платформа. Arduino тақталары Atmel микроконтроллерлерінің негізінде жасалған, сонымен қатар бағдарламалау және басқа тізбектермен біріктіру үшін байланыстырушы элементтер. Тақталарда желілік кернеудің реттегіші +5 В немесе +3,3 В. Сағат 8, 16 немесе 87 МГц жиіліктерінде кварц резонаторымен жүзеге асырылады. Жүктегіш микроконтроллерге алдын-ала жанған, сондықтан сыртқы бағдарламашы қажет емес. Тұжырымдамалық деңгейде барлық тақталар RS-232 арқылы бағдарламаланған. Arduino интеграцияланған даму ортасы - бұл Java редакторы, платформаға бағдарлама редакторы, компилятор және тақтаға енгізілген модульді қосатын платформалы Java қосымшасы. Әзірлеу ортасы бағдарламалау тіліне негізделген және бағдарламалық жасақтамамен таныс емес бастаушылар үшін бағдарламалауға арналған. Қатаң айтқанда, бұл C ++ тілі, оны кейбір кітапханалар толықтырады. Arduino - кәсіби емес қолданушыларға арналған қарапайым автоматика мен робототехника жүйесін құруға арналған аппараттық және бағдарламалық жасақтама бренді. Arduino - бұл электронды тақша, оған көптеген түрлі құрылғыларды қосуға және оларды Arduino-ның арнайы бағдарламалау ортасында жазылған бағдарлама арқылы осы құрылғылардың бірге жұмыс істеуін ұйымдастыруға болады. Arduino контроллеріне қуат көзі келгенде оған жүктелген сол бағдарламаны орындау автоматты түрде басталады, егер бағдарлама жоқ болса немесе дұрыс жазылмаса, іркіліс болады, ол не команданы орындауды тоқтатады, не бағдарламаның кіріптарлығына әкеледі. Орындалатын бағдарламаның нөмірі жадының арнайы ұяшығында сақталады, ол команда санауышы деп аталады. Абай атындағы ҚазҰПУ-нің ХАБАРШЫСЫ, «Физика-математика ғылымдары» сериясы, №1(69), 2020 389 Arduino жобаларында қолданылатын бағдарламалау тілінің негізіне, төменгі деңгейдегі командалармен жұмысты, сондай-ақ күрделі объектілерді құруды қолдайтын ең кеңінен пайдаланылатын бағдарламалау тілдерінің бірі C++ жеңілдетілген түрде алынған. Arduino автономды автоматтандыру нысандарын құру үшін де, компьютердегі бағдарламалық жасақтамаға стандартты сымды және сымсыз интерфейстер арқылы қосыла алады. Arduino және Arduino классикалық үйлесімді тақталары түйреуіш жолақтар арқылы жинауға арналған. Осылайша, базалық микропроцессор тақтасы қажетті сыртқы құрылғылармен және сыртқы байланыстармен толықтырылады. Мұнда стандартты ұзындықтағы тақталар жиынтығы («Uno», «Pro», «Leonardo») және түйрегіштердің кеңейтілген жиынтығы бар тақталар («Mega», «Due») бар. Ұзартылған стандартты карталарды кеңейтілген процессор карталарында да орнатуға болады [2]. Arduino-ның стандартты конструкцияларына қосымша, үшінші тараптың әзірлеушілері тек сәулеттік және бағдарламалық үйлесімділікті сақтай отырып, көптеген миниатюралық клондарды жасады. Осы клондардың ішінде Microduino өнімінің желісі ерекшеленеді. Сызық құрамына құрылымдық үйлесімді процессор модульдерінің, байланыс модульдерінің, сенсорлардың және қоздырғыштардың жиынтығы кіреді, олар классикалық Arduino модульдерінің диапазоны сияқты жақсы. Arduino сияқты, тақталарды құрастыру қадаларда орындалады. Сызық екі түпнұсқалық дизайнмен жиектелген: - миниатюралық коллеттік пин желілерінде қосылыстары бар ашық қорап («Microduino Upin27 сериялы сауда маркасы»). Тақталардың өлшемдері 25 * 28 мм. - Lego дизайнерлерімен үйлесімді серіппелі контактілерде электр механикалық байланысы бар және Lego дизайнерлерінің стилінде («Microduino mCookie Series» сауда маркасы). Arduino Uno - Бұл контроллер ATmega328-де жасалған. Платформада 14 сандық кіріс / шығыс (оның 6-уын PWM шығысы ретінде пайдалануға болады), 6 аналогты кіріс, 16 МГц кристалды осциллятор, USB коннекторы, қуат қосқышы, ICSP қосқышы және қалпына келтіру түймесі бар. Жұмыс істеу үшін платформаны компьютерге USB кабелі арқылы жалғау керек немесе айнымалы / тұрақты ток адаптері немесе батареяны қолданып қуат қолдану керек. 1-тақта тақтаның жалпы көрінісі және жеңілдетілген электр схемасы көрсетілге. Arduino техникалық жабдықтау платформасы нақты мехатрондық жүйелер мен роботтарды жобалаудың оқу процесіне өте ыңғайлы, нақты бағдарламалау ортасы және физикалық процестерді нақты уақытта бақылау мүмкіндігі арқасында. Ірі жобаларды әзірлеуге және оларды кешенді автоматтандыруға байланысты күрделі техникалық мәселелерді шешуде анағұрлым қуатты Arduino (Due) тақталары қолданылады. Arduino микроконтроллерлері оларда алдын-ала орнатылған жүктеуішінің болуымен ерекшеленеді (ағылшынша bootloader). Бұл жүктегішті қолдана отырып, қолданушы дәстүрлі бөлек бағдарламалық жасақтаманы пайдаланбай-ақ өз бағдарламасын микроконтроллерге жүктейді. Жүктеу құралы компьютерге USB интерфейсі (егер ол бортта болса) немесе бөлек UART-USB адаптерін қолданып қосылады. Жүктеушіге қолдау көрсету Arduino IDE-ге енгізілген және бір рет басу арқылы жүзеге асырылады. Жүктегішті қайта жазған немесе жүктеусіз микроконтроллер сатып алған жағдайда, әзірлеушілер жүктеушіні микроконтроллерге өздігінен жыпылықтау мүмкіндігін ұсынады. Ол үшін Arduino IDE бірнеше танымал арзан бағдарламашыларға қолдау көрсетті, және Arduino тақталарының көпшілігінде тізбектегі бағдарламалауға арналған қосқыш бар (ICR үшін AVR, JTAG немесе ARM үшін SWD). Arduino IDE өзінің жеке аппараттық және бағдарламалық платформаларын құра алады. Бұл мүмкіндікті Arduino IDE-ге тақталар мен құрастырушы-жүктеушілер жиынтығын қосқан үшінші тараптар қолданады [3]. Arduino - бұл интерактивті электрондық құрылғыларды тез құруға арналған ашық жинақтағыш және ашық бастапқы бағдарламалық жасақтама деп аталатын қарапайым ашық платформа. Оны өздерінің дамуын кішігірім жобаларды жедел жүзеге асырудың платформасы ретінде көрсеткен энтузиастар тобы құрды. Arduino Atmel микроконтроллерлеріне негізделген және аналогтық және цифрлық сенсорлардан сигналдарды қабылдау, әртүрлі қозғағыштарды басқару және әртүрлі интерфейстерді қолданып компьютермен ақпарат алмасу үшін қолданылады. Arduino бағдарламалық жасақтамасы барлық кең таралған операциялық жүйелерде жұмыс істейді: Windows, Macintosh OS X және Linux, ал көптеген басқа құрылғылар бір жүйемен (Windows немесе Linux) шектелген. Үшіншіден, қарапайым және түсінікті бағдарламалау ортасы - Arduino ортасы - уақытты үнемдейтін жаңа қолданушылар үшін де, тәжірибелі әзірлеушілер үшін де қолайлы. Arduino бағдарламалық жасақтамасын тәжірибелі қолданушылар өзгерте алады, өйткені бүкіл жоба бастапқыда кеңейтілетін ашық архитектураны қамтиды. Микроконтроллердің мүмкіндіктерін мүмкіндігінше толық және тиімді пайдаланғысы келетін пайдаланушылар кез-келген үшінші тарап компиляторлары ВЕСТНИК КазНПУ им. Абая, серия «Физико-математические науки», №1(69), 2020 г. 390 мен тізбектегі бағдарламалаушыларды шектеусіз қолдана алады. Бұл іске асырудың сәтті болғаны соншалық, ол күнделікті өмірде ойыншықтар жасау кезінде, сонымен қатар робототехника әуесқойлары арасында кеңінен таралды. Соңғы уақытта мамандар қазіргі кездегі мәселелерді жылдам шешу үшін Ардуиноны көбірек қолданады. Arduino негізіндегі әзірлемелерді қолдауға бағытталған көптеген интернет-ресурстар бар, соның ішінде орыс тілінде. Төмендегі суретте Arduino тақшаларының бірі - Arduino Uno көрсетілген (Сурет 1). Сурет 1. Arduino Uno контроллері Тақшаға арнайы дайындалған сымдарды қосып және түрлі элементтерді қосуға болады. Көбінесе, элементтерді біріктіру үшін дәнекерлеу жоқ макеттік тақша қолданылады. Жарық диодтар, датчиктер, батырмалар, қозғалтқыштар, байланыс модульдері, реле қосуға болады және ақылды құрылғылардың қызықты жобаларының жүздеген нұсқаларын құрастыруға болады. Arduino тақшасы - бұл ақылды розетка, оны бағдарламалауға байланысты барлық қосылған құрылғыларды қосады және өшіреді [4]. Жобадағы барлық жұмыс келесі кезеңдерге бөлінеді: - Идеяны ойлап табамыз және жобалаймыз. - Электр схемасын жинаймыз. Мұнда элементтерді орнатуды жеңілдететін макеттік тақша қажет. Әрине, электронды аспаптармен жұмыс істеу дағдысы және мультиметрді қолдана білу қажет. - Arduino тақшасын компьютерге USB арқылы қосамыз. - Бағдарлама жазамыз және оны Arduino арнайы бағдарламалау ортасында экранда бір батырманы басу арқылы тақшаға жазамыз. - Компьютерден ажыратамыз. Енді құрылғы автономды түрде жұмыс істейтін болады-қуат қосылған кезде, ол біз оған жазған бағдарламамен басқарылады. Бағдарлама және бағдарламалау ортасы төмендегідей түрде болады (Сурет 2): Сурет 2. Arduino IDE бағдарламалау ортасы Абай атындағы ҚазҰПУ-нің ХАБАРШЫСЫ, «Физика-математика ғылымдары» сериясы, №1(69), 2020 391 Arduino-да бағдарлама мәтіні "скетч" деп аталады. Экранда көрсетілген бағдарлама орындалғанда Arduino uno платасында 13 кіріске қосылған шам жыпылықтайды. Көріп отырғанымыздай, бағдарлама өте қарапайым нұсқаулардан тұрады. Arduino бағдарламалау тілінде C++ тілінің диалектісі қолданылады, бірақ C++ барлық мүмкіндіктерін қолдайды [5]. Программа кодын жазудың басқа нұсқасы бар – ол визуалды редактор. Мұнда ештеңе жазудың қажеті жоқ - блоктарды жылжыту арқылы олардан қажетті алгоритм құруға болады. Бағдарлама тінтуір батырмасын бір рет басу арқылы іске қосылған тақшаға жүктеледі (Сурет 3). Сурет 3. Scratch бағдарламалау ортасы Визуалды ортаны төменгі сынып оқушыларына қолдану ұсынылады, ал жоғарғы сынып оқушыларына бірден Arduino-ны үйреткен дқрыс – бұл өте қарапайым, сонымен қатар C++ тілінде программалау білімдерін кеңейтіді. Кез келген роботтың мәні – бұл процессорлық базасы және бағдарламасы (немесе бағдарламалар жинағы) бар аппараттық құралдар. Сондықтан, бағдарламалау тіпті ең қарапайым роботты құру процесінің ажырамас элементі болып табылады. Оқушылар Arduino модулін бағдарламалауды үйренгеннен кейін, қатарына роботтар да жататын қызықты және пайдалы электронды құрылғыларды құруға дайын болады [6]. Әр түрлі микроконтроллерлерді салыстырып мына кестеде көрсетуге болады (Кесте 1). Кесте 1. Әр түрлі микроконтроллерлерді салыстыру кестесі Микроконтроллер атауы Визуальды программалық тілді қолдау Қолданылу аясы, кімдер қолдана алады Arduino Бар Кәсіби емес пайдаланушылар, жоғары сынып оқушылары мен студенттер Raspberry Pi Жоқ Студенттер, өзбетімен қызығушылар Lego Mindstroms Бар Бастауыш, орта сынып оқушылары Кестеден байқағанымыздай барлық микроконтроллерлердің арасында оқытудағы ең ыңғайлы Mindstorms сызығындағы микроконтроллерлер. Олар нұсқаулықтармен, перифериямен, бөлшектермен және сенсорлармен бірге жиынтықта сатылады. Олардың корпусы тақшаның зақымдануынан қорғайды, ал көптеген балаларға таныс LEGO конструкторы бағдарламалаудың визуалды тілін пайдалана отырып, әртүрлі механизмдер мен роботтарды құруға мүмкіндік береді. Бұл жинақты бастауыш және орта сынып оқушылары оңай игере алады. Жоғары сыныптар Arduino-ның интегралданған ортасында программалау дағдыларын дамыта алады. Arduino жиынтықта да, бөлек де жасалады. Arduino архитектурасы ерекше назар аударуға тұрарлық, ол өзіне жазылған бағдарлама бірден іске қосылады, платадағы жалғыз кнопка-қайта жүктеу батырмасы. Ол бағдарламаның жұмысын қосуға және өшіруге мүмкіндік беретін Arduino бағасы Mindstorms қарағанда әлдеқайда арзан. Raspberry Pi, әлдеқайда қуатты құрылғы ретінде күрделі жобаларда пайдалану орынды. ВЕСТНИК КазНПУ им. Абая, серия «Физико-математические науки», №1(69), 2020 г. 392 Қорытынды Сонымен, жоғарғы сынып оқушылары Arduino жобасымен танысқаннан соң оқушылар робот жасауды өзінің болашақ мамандығы ретінде таңдауы мүмкін. Бағдарламалық қамтамасыздандыру бөлігі программаларды жазуға, оларды компиляциялауға және бағдарламалық қамтамасыз етуге арналған ақысыз бағдарламалық қамтамасыздандыру қабатынан (IDE) тұрады. Толығымен ашық жүйенің архитектурасы Arduino өнімін еркін көшіруге немесе толықтыруға мүмкіндік береді. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі: 1 Назарбаев Н.Ә. «Қазақстанның үшінші жаңғыруы: жаһандық бәсекеге қабілеттілік» Қазақстан халқына Жолдауы, 31 қаңтар 2017ж. http://www.akorda.kz 2 Arduino для начинающих волшебников / М. Банци. – М.: Рид Групп, 2012. – 128 с. – (Один дома). 3 Arduino, датчики и сети для связи устройств / ИгоТ.: Пер. с англ. – 2-е изд. – СПб.: БХВ-Петербург, 2015. 544 с. 4 Наука. Энциклопедия. – М.: «РОСМЭН», 2001. – 125 с. 5 Ньютон С. Брага. Создание роботов в домашних условиях. – М.: NT Press, 2007, 345 стр. 6 ПервоРобот NXT 2.0: Руководство пользователя. – Институт новых технологий. Күні Сабақ реті Пәні Сыныбы Сабақтың тақырыбы: Қозғалтқыштар мен тетіктер көмегімен айналу және қозғалыс. Arduino үшін бағдарламалау ортасы және Processing бағдарламалау тілі жүктеу 1,19 Mb. Достарыңызбен бөлісу:

©g.engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз