Rozcestník kategorie: o čem předmět je, kdy se podle ŠVP učí, co si z něj určitě zapamatovat, kde je které téma a jak souvisí s maturitou.
O předmětu
- Programování robotického zařízení (LEGO Mindstorms EV3, blokové programování) a jednoduchého mikropočítače (Arduino Uno, jazyk vycházející z C/C++).
- Na Arduinu se postupuje od blikání LED přes tlačítka, potenciometry a čidla k displejům (LCD po sběrnici I2C, sedmisegmentový displej, LED matice) a dál k akčním členům (relé, krokový motor, servo) a dalším senzorům; každé cvičení má seznam součástek, zapojení a program.
- Cílem je navrhnout, napsat a předvést vlastní program, který čte vstupy (senzory) a ovládá výstupy (LED, motory, displeje).
- Navazuje na programování (proměnné, podmínky, cykly) a na logické funkce z počítačových sítí.
Ročníky a hodiny podle ŠVP
| Ročník | Hodin týdně | Obsah (ŠVP §4.9.11) |
|---|---|---|
| 3. | 2 | programování robotického zařízení a tvorba vlastních programů; práce s jednoduchým mikropočítačem a tvorba vlastních programů pro něj |
Plné znění výstupů je v přehledu ŠVP.
Co si určitě zapamatovat
- Robot vnímá okolí senzory (vzdálenost, světlo, barva, dotek, náklon) a působí na něj aktuátory (motory, světlo, zvuk); řídí ho řídicí jednotka podle programu.
- LEGO EV3: řídicí kostka se 4 vstupními porty (1–4, senzory) a 4 výstupními (A–D, motory); motory s enkodérem (přesnost 1°); senzory dotykový, ultrazvukový, barevný a gyroskopický. Programuje se bloky na sekvenční lince (akční, tok programu, senzorové, datové).
- Arduino Uno – mikrokontrolér ATmega328P (procesor, flash pro program, RAM, EEPROM a vstupy a výstupy na jednom čipu); 14 digitálních pinů (0–13, z toho 6 s PWM označených „~“) a 6 analogových vstupů A0–A5. Napájení 5 V z USB, nebo 7–12 V z externího zdroje.
- Sketch má dvě funkce:
setup()proběhne jednou po startu (nastavení pinůpinMode,Serial.begin),loop()se opakuje stále dokola. Ladí se výpisy do sériového monitoru (Serial.println). - Digitální pin má jen dva stavy –
HIGH(5 V) aLOW(0 V):digitalWrite,digitalRead. Analogový vstupanalogReadmá rozlišení 10 bitů – hodnoty 0–1023. Analogový výstupanalogWrite(0–255) je ve skutečnosti PWM – rychlé střídání 0 V a 5 V. - Obvod se staví na nepájivém poli; LED potřebuje rezistor pro omezení proudu, fotorezistor a potenciometr se zapojují jako dělič napětí.
- I2C – sběrnice se dvěma signálovými vodiči SDA a SCL (na Uno piny A4 a A5), na které má každé zařízení svou adresu; skener sběrnice ji zjistí. Displej LCD s převodníkem I2C se tak připojí jen čtyřmi vodiči (napájení, zem, SDA, SCL).
Témata kategorie
Úvod
- Robotika a mikropočítače – LEGO Mindstorms EV3 a Arduino: pojmy, části soupravy, vývojové prostředí, návrh programu
- Elektrotechnické značky
- Instalace vývojového prostředí a knihoven
LED, tlačítka a potenciometr
- Blikání LED
- LED a tlačítko s proměnnou – proměnné, datové typy, digitální vstup a výstup
- LED a potenciometr – analogový vstup a výstup, PWM
- 5× LED a potenciometr – podmínky a přepínač
- Had z 5 LED – cykly
for,while,do while - Hrací kostka – náhodná čísla
Sběrnice I2C, čidla a displeje
- Čidlo teploty a vlhkosti DHT11 – instalace knihoven
- Skener sběrnice I2C
- I2C LCD displej
- Teplota na LCD displeji
- Sedmisegmentový displej
- 4místný segmentový displej
- LED matice 8×8
Akční členy
- RGB LED – míchání barev pomocí PWM
- Relé
- Krokový motor
- Servo
Další senzory a vstupy
- Fotorezistor
- Otřesové čidlo
- Senzor plamene
- Infračervený přijímač
- Joystick PS2
- Teplotní čidlo LM35
- Vstupní systém pomocí hesla – klávesnice, displej a relé dohromady
Maturitní okruhy
Robotika se u ústní zkoušky nezkouší – podle maturitních okruhů IT je součástí praktické zkoušky a maturitní práce.
Co je jen okrajové
- Zapojení konkrétních součástek (piny displejů, knihovny pro LCD a segmentovky) – dohledá se v návodu cvičení, nezkouší se zpaměti.
- Barevné kategorie bloků EV3 a ovládání EV3 Software – praktická znalost prostředí.
- Historie Arduina a instalace IDE – jednorázový návod.