Ардуино для младших школьников

Какой электронный конструктор купить ребенку?

Приходит время, когда ребенок вырастает из игр с кубиками и пазлами, он уверено собирает лего и другие механические конструкторы. Это значит, что у вас растет будущий «технарь». При должном подходе к развитию и образованию, ребенок может вырасти отличным техническим специалистом.

Для развития технических навыков ребенка, стоить обратить внимание на робототехнические и электронные конструкторы. Изучая их ребенок разовьет логическое мышление, получит представление о электричестве и принципах взаимодействия электронных устройств друг с другом. А при углубленном изучении таких конструкторов — освоит радиоэлектронику, автоматику и робототехнику.

Введение

Первый конструктор изготовили еще в 1880 году немецкие инженеры братья Отто и Густав Лилиенталь. Он представлял собой небольшие кирпичи из искусственного камня из которых можно было построить небольшой домик. Позже появились более легкие — деревянные конструкторы, а затем и металлические. Все эти конструкторы являются механическими и применяются для развития у детей пространственного мышления и мелкой моторики.

Развитие полупроводниковой техники, в 50-60 годах прошлого века, сделала электронные компоненты компактнее, дешевле и доступнее в цене. И уже в начале 70-х, началось производство и выпуск первых электронных конструкторов. Их появление позволило молодежи и простым любителям в доступной форме изучать радиоэлектронику.

Первые электронные конструкторы

Что такое современный электронный конструктор?

Электронный конструктор позволяет сделать первый шаг к изучению программирования и электроники.

Современные конструкторы состоят из нескольких электронных и механических блоков управляемых небольшим микроконтроллером (МК). Для того чтобы заставить готовый проект реагировать на сигналы датчиков, выводить картинку на экран или управлять сервоприводом не нужно знать, как работают электронные. Для этого нужно собрать модули конструктора по определенной схеме и записать в микроконтроллер программу управления.

Программа (скетч) может быть написана на простом языке программирования или в визуальной среде.

В настоящее время наибольшее распространение получили конструкторы на базе платформы Arduino (Ардуино). Благодаря не высокой цене и большому функционалу их выбирает большинство преподавателей в клубах робототехники.

С какого возраста можно изучать электронный конструктор?

Давайте определимся с возрастной категорией.

Как уже отмечалось в статье о выборе программируемых роботов, при самостоятельном изучении конструкторов на базе Ардуино, порог вхождения, начинается с 10-12 лет.

Если обучение планируется в кружке робототехники, то с грамотным педагогом возможно начать обучение в 6-7 лет.

Однако так как развитие каждого ребенка индивидуально, то для начала освоения электронных конструкторов он как минимум должен обладать начальными навыками чтения, счета и работы с компьютером.

Что такое Ардуино?

Ардуино это своего рода миникомпьютер, который может взаимодействовать с внешними устройствами принимая и посылая цифровые и аналоговые сигналы.

Ардуино было разработано в 2003 году преподавателями итальянского города Ивреа для обучения студентов на курсах по программированию. Прототипом послужили микроконтроллеры BASIC Stamp выпускаемые фирмой Parallax с 1992 года.

Невысокая цена платы, простота программирования и открытый исходный код аппаратного и программного обеспечения позволили микроконтроллерам Ардуино быстро «захватить» мир.

Платы микроконтроллеров: а) BASIC Stamp 1; б) Arduino Serial

Так как сторонним производителям не запрещено выпускать реплики или модернизированные версии плат Ардуино, сейчас на рынке существует огромное разнообразие плат различных форм, размеров и функционала. Поэтому даже выбирая плату Arduino не оригинального производителя вы получите тот же, а иной раз и более широкий функционал.

Наиболее известными моделями считаются классические платы: Arduino Mega, Arduino UNO, Arduino Nano и Arduino Mini.

Конструкция платы Arduino

Плата Ардуино представляет собой небольшую печатную плату с минимально необходимым набором элементов необходимых для эффективной работы микроконтроллера.

Конструкция платы Arduino

Среда программирования

Программирование с микроконтроллера осуществляется через компьютер (ПК). Плата подключается к нему через порт USB, а на сам ПК устанавливается специальная программа – среда программирования.

Первая – является предпочтительной для подростков и более старшего поколения, так как требует уже минимального уровня знания английского языка и базовых навыков программирования.

В среде mBlock программирование максимально визуализировано и адаптировано для детского восприятия.

Arduino IDE

Данная среда разработки активно развивается и совершенствуется. Она поддерживает программирование практически всех существующих микроконтроллеров на базе Arduino. А благодаря большому комюнити существует множество библиотек обеспечивающих поддержку различных модулей и датчиков.

Рабочее окно среды разработки Arduino IDE

Программы для МК выполняется на языке программирования конструктивно близком к C++. После написания скетча программа проверяет его, компилирует и «заливает» в микроконтроллер.

Если пользователю нужно чтобы микроконтроллер взаимодействовал с внешними устройствами датчиками, приводом и пр., то в скетч включаются дополнительные библиотеки упрощающие обмен данными с ними.

mBlock (MakeBlock)

mBlock — редактор для визуального программирования микроконтроллеров. Он создан на основе Scratch — визуальной событийно-ориентированной среды программирования, для детей и подростков. В этом редакторе все операции и функции разделены на блоки (контакт, порт, датчик, событие и пр.) и представлены в виде графических примитивов с максимально простым функционалом.

Рабочее окно редактора для визуального программирования mBlock

Данный редактор также позволит подготовить ребенка к работе в Arduino IDE. Если открыть вспомогательное окно «Arduino C», то в нем отобразится, как выглядит только что написанная программа в «классическом» виде.

Также важно отметить, что mBlock в первую очередь ориентирован на конкретные официальные продукты: робототехнические наборы, конструкторы и официальные платы. А производители данной продукции обеспечивают постоянную активную поддержку через mBlock.

Выбираем электронный конструктор для начинающих

На начальном этапе знакомства с Arduino лучше всего подойдут стартовые наборы Starter Kit с уроками по программированию в среде разработки Scratch (mBlock).

Эти наборы содержат в себе микроконтроллер Arduino UNO R3 с различным числом модулей и радиодеталей. А благодаря урокам, изложенным в руководстве к набору, ребенок научится собирать различные проекты и освоит написание скетчей.

Наименование набора Число радиодеталей Число модулей Число уроков
Starter Kit Basic 63 4
Starter Kit 47 6 10
Starter Kit с модулем RFID 57 12 12
Starter Kit с модулем реле 81 9 14
Starter Kit с модулем Bluetooth 81 11 16
Starter Kit с модулем реле (расширенный) 60 39 19
Набор для робототехники 28 10
Набор для робототехники (расширенный) 49 13

С набором Starter Kit Basic можно освоить азы программирования на Ардуино, такие как: мерцание светодиодом, бегущие огни, управление включением/выключением светодиода от кнопки или датчика света.

Стартовый набор Starter Kit Basic

В следующем наборе дополнительно можно изучить работу с модулем RFID, серводвигателем, LCD дисплеем и индикаторами.

Стартовый набор Starter Kit с модулем RFID

Расширенный набор Starter Kit имеет более 30 модулей и множество радиодеталей. С ним можно собрать калькулятор, умную ферму или создавать мини игры. Он включает в себя датчики влажности, света, дыма, огня, и много других элементов. Комбинируя различные модули можно собирать практически бесконечное множество проектов.

Стартовый набор Starter Kit с модулем реле (расширенный)

Отдельно стоит отметить наборы для робототехники. Они содержат только модули и микроконтроллер. При сборке таких наборов ребенок не сможет ошибиться с подключением элементов, так как здесь используются специальные соединительные разъемы. А наличие вспомогательных блоков позволит установить готовый проект на общее основание или конструктор.

Набор для робототехники (расширенный)

Продвинутым пользователям

Те, кто уже освоил программирование в среде разработки Arduino IDE, могут самостоятельно подобрать подходящую модель микроконтроллера и дополнительные модули.

Помимо классических плат Arduino UNO можно выбрать более компактные или обладающих большим функционалом, например: Arduino Nano, Mega2560 или Ардуино DUE.

Платы Ардуино: а) Arduino Mega; б) Arduino UNO; в) Arduino Nano; г) Arduino Mini

Плата Микроконтроллер U, В Ток потребления, А Выводы цифр./аналог. Флэш-память, КБ Частота, МГц USB-разъем Размер, мм
UNO Atmega328 5 40 14/6 32 16 B 69 х 53
Nano Atmega328 5 40 14/8 32 16 mini 43 х 17
Mega Atmega328 5 40 54/16 256 16 B 102 х 53
DUE Cortex-M3 3,3 800 54/12 512 84 micro 102 х 53
Mini Pro Atmega328 5 40 14/6 32 16 33 х 18

Под конкретную задачу или проекты можно выбрать подходящий Arduino модуль, датчик или дисплей. Это выйдет значительно дешевле, чем покупать элементы в наборах.

Модули для плат Arduino: а) Датчик влажности и температуры DHT11; б) Радиомодуль nRF24L01+ (2.4 ГГц); в) OLED дисплей I2C IIC 0.96 дюйма 128X64

Также любому разработчику, не зависимо от уровня подготовки всегда пригодятся соединительные провода, разъемы и перемычки, а также макетные платы.

Набор соединительных проводов F/F и макетная плата Breadboard MB-102

Робототехникам

Если ребенку более интересны роботы, то стоит купить ему робототехнический набор совместимый с Ардуино. С таким набором ребенок сможет дистанционно управлять роботом или манипулятором, научится их программировать для выполнения конкретных задач на основе данных получаемых с камеры, инфракрасного и ультразвукового датчиков.

Роботы-конструкторы, в зависимости от функционала, могут настраиваться через Arduino IDE, mBlock или специализированную программу идущую в комплекте с конструктором.

Роботы и робототехнические наборы: а) Робот-конструктор RoboCar-4; б) Робот-манипулятор ZYMiniArm; в) Конструктор для сборки робота Yahboom Robot Car с управлением через Bluetooth; г) Конструктор-робот Xiao-r GFS Wi-fi с камерой

Источник

До какого возраста нужна Arduino?

Олег Артамонов, генеральный директор компании Unwired Devices, привел критику использования Arduino в старших классах школы на своей странице в фейсбуке. «Занимательная робототехника» публикует текст с разрешения автора.

Робот с платой Arduino

Вообще я что скажу про ардуино, робототехнику и все вот это, вокруг чего сейчас столько шума.

Arduino — отличная платформа для школьников с 6 по 9 класс. С единственной целью — заинтересовать и занять руки. Все, точка, абзац. Это — максимально упрощенный и удешевленный конструктор из готовых кубиков.

К сожалению, дешевизна и простота освоения приводят к тому, что ардуину тащат дальше 9 класса, и не просто дальше — а ее тащат в институты, на хакатоны и в сколковские стартапы.

Как и любой конструктор, для работы Arduino не требует понимания внутренностей этих кубиков — ни софтовых, ни железных. Более того, эти кубики еще и предельно упрощены и удешевлены — нет ОС, нет многозадачности, железо и датчики представлены предельно дешевыми образцами, половина из которых тупо непригодна для какой-либо реальной задачи.

Зато курс по Arduino преподаватель может начать, почитав на выходных интернет, а стартап — представить первого робота через неделю после образования. Проблема в том, что это — тупиковый путь, Arduino не является платформой для обучения чему-либо, кроме использования готовых кубиков. Любое реальное обучение означает немедленный выход за пределы возможностей Arduino, а любой выход за них означает, что Arduino больше не нужно. Это просто автоматическое следствие, возникающее в силу примитивности самой платформы и имеющихся для нее средств. То есть, говоря короче, для детей старше 9 класса средней школы Arduino не нужно.

Набор (конструктор) с платой Arduino

Между тем, Arduino продолжают тащить, тащить и тащить. Через институты и хакатоны, результатом которых являются бессмысленные псевдоспециалисты, единственным умением которых является умение быстрее других псевдоспециалистов собирать конструкции из детского конструктора.

Я не столь давно был в жюри хакатона в ведущем техническом вузе. Студенты четвертого курса. Знаете, в скольких командах был хотя бы один человек, который умеет развести печатную плату или хотя бы раз в жизни писал программу под любой микроконотроллер, отличный от AVR + Arduino? В одной из пяти примерно. Зато все команды исправно лепили что-то там из готовых кубиков детского конструктора.

Потом они выпустятся и начнут становиться резидентами Сколково, чтобы их купил Google за миллиард денег. Поглядите вокруг на стартапы, которые делают то, что они называют «робототехникой». Ткните палочкой в ближайший, покажите на HC-SR04 (ультразвуковой дальномер), стоящий на морде их робота, и попросите показать, как они в его прошивке делают фильтрацию ложных импульсов при отсутствии препяствий. Или на каком чипе собран драйвер излучателя и можно ли его перевести на питание от 3,3 В. Или как у них осуществляется защита канала приёмника от перегрузки в моменты работы излучателя.

Они же тупо не знают. Они не только не знают ответов — они даже не знают, что такие вопросы вообще существуют. Они этот HC-SR04 купили в «Амперке» и запустили с готовой библиотекой для Ардуины. Они никогда в жизни не задумывались, что там внутри и как оно работает.

Вот в этом вот главная проблема Ардуины. На ней не написано крупными буквами «для детей от 10 до 15 лет». Чтобы каждый преподаватель, притащивший это в технический вуз, и каждый стартапер, строящий на этом робототехнику, знал, что вот это — уровень его развития.

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора.

Источник

Adblock
detector