Treball de fi de màster – DOCUMENT ANNEX · 2016. 10. 23. · El circuit es suficientment senzill per poder-lo reproduir en una placa de prototipus (protoboard). En aquest cas

Treball de fi de màster – DOCUMENT ANNEX

ANNEX al document de memòria de:

Disseny d’un entorn de treball per a l’aprenentatge de les tècniques bàsiques de control i automatització a 4t d’ESO basat en la plataforma d’arquitectura oberta ARDUINO.

Cognoms: Portero Sobrino

Nom: Daniel

Titulació: Màster en Formació del Professorat d’Educació Secundària Obligatòria i Batxillerat, Formació Professional i Ensenyament d’Idiomes

Especialitat: Tecnologia (Tec 3)

Director/a: Jordi Regalés Barta Data de lectura: 27 de juny de 2011

Màster en Formació del Professorat d'Educació Secundària Obligatòria i Batxillerat, Formació

Professional i Ensenyament d'Idiomes

Disseny d’un entorn de treball per a l’aprenentatge de les tècniques bàsiques de control i automatització a 4t d’ESO basat en la plataforma d’arquitectura oberta ARDUINO

Pàgina 2

ÍNDEX

1. INTRODUCCIÓ ....................................................................................................... 4 2. CONSTRUCCIÓ FÍSICA DEL MODEL DE SEMÀFOR ...................................... 5

2.1. 1a opció de construcció: Placa de prototipat (protoboard) ................................. 6 2.2. 2a opció de construcció: Panell .......................................................................... 7

3. PROGRAMA DE CONTROL DEL SEMÀFOR ................................................... 10 4. PROGRAMACIÓ DE LA UNITAT DIDÀCTICA ............................................... 13 5. MATERIAL PER L’ALUMNAT – FITXA_1 ....................................................... 17 6. MATERIAL PER L’ALUMNAT – FITXA_2 ....................................................... 22 7. MATERIAL PER L’ALUMNAT – FITXA_3 ....................................................... 25 8. MATERIAL D’AULA ........................................................................................... 29 9. PROVA d’AVALUACIÓ DE L’ALUMNAT ........................................................ 36 10. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 39

10.1. Referències bibliogràfiques .......................................................................... 39 10.2. Referències en línia ...................................................................................... 39

11. ACRÒNIMS ....................................................................................................... 40




Pàgina 3

TAULES

Taula 1. Pressupost del model de semàfor utilitzat a la UD ......................................... 5 Taula 2. Taula de referències bibliogràfiques............................................................. 39 Taula 3. Taula de referències en línia ......................................................................... 39 Taula 4. Acrònims ...................................................................................................... 40

IL·LUSTRACIONS

Figura 1. Esquema elèctric de connexions amb ARDUINO (Fritzing) ..................... 6 Figura 2. Muntatge del semàfor sobre una protoboard (Fritzing) .............................. 7 Figura 3. Panell adhesiu sobre el que es muntaran els components ........................... 8 Figura 4. Part frontal del model de semàfor. .............................................................. 9 Figura 5. Part posterior (connexions) del model de semàfor. .................................... 9 Figura 6. Seqüència del programa de demostració del semàfor ............................... 10




Pàgina 4

1. INTRODUCCIÓ

Aquest document correspon a les seccions annexes de la memòria del Treball de Fi de Màster:

Disseny d’un entorn de treball per a l’aprenentatge de les tècniques bàsiques de control i automatització a 4t d’ESO basat en la plataforma d’arquitectura oberta ARDUINO.




Pàgina 5

2. CONSTRUCCIÓ FÍSICA DEL MODEL DE SEMÀFOR

En aquesta secció es proporciona la informació necessària per a la construcció del model electrònic de semàfor utilitzat a les pràctiques de programació.

La construcció és senzilla i no és l’objecte principal de la unitat didàctica. Per aquests motius no es proporciona una guia de construcció pas a pas però si les llistes de materials i esquemes necessaris per reproduir el model. La construcció i el disseny electrònic es podria integrar en alguna de les unitats didàctiques d’electrònica.

Per raons de temps i donat que no n’era la prioritat curricular, els alumnes no han construït el model de semàfor en l’experiència pràctica d’aquesta unitat. El grup disposava d’un model construït pel professor que han pogut utilitzar durant les pràctiques de programació.

Materials necessaris i pressupost (Abril 2011):

Component Quantitat Preu

Controladora ARDUINO UNO 1 22

LEDs gran format (Vermell, verd, taronja) 3 2,64

LEDs convencionals (vermell, verd) 2 1,46

Brunzidor 1 2,25

Polsador (normalment obert) 1 1,16

Interruptor en miniatura 1 2,25

Portapiles 9V 1 0,75

Resistència 1 kΩ, 5%, 1/4 W 3 0,45

Resistència 12 kΩ, 5%, 1/4 W 1 0,15

Resistència LDR 1 0,71

Cable USB tipus B (típic d’impressora) 1 3,68

Preu total (€) 37,50

Preu total IVA (€) 44,25

Taula 1. Pressupost del model de semàfor utilitzat a la UD

L’esquema elèctric de les connexions amb la placa ARDUINO és la següent:




Pàgina 6

Figura 1. Esquema elèctric de connexions amb ARDUINO (Fritzing)

2.1. 1a opció de construcció: Placa de prototipat (protoboard)

El circuit es suficientment senzill per poder-lo reproduir en una placa de prototipus (protoboard). En aquest cas les úniques eines necessàries són una placa protoboard, un pelacables i cable de nucli rígid per fer les connexions.

El procés de construcció seguint l’esquema elèctric no hauria de superar una hora de temps.




Pàgina 7

Figura 2. Muntatge del semàfor sobre una protoboard (Fritzing)

2.2. 2a opció de construcció: Panell

En el marc de l’experiència pràctica s’ha dut a terme la construcció d’un model en format panell. Per raons de pressupost només ha estat possible adquirir una controladora ARDUINO. Calia doncs un panell robust que integrés la controladora i els diferents components del semàfor per tal que el model pogués passar de grup en grup a mesura que aquests realitzessin les proves dels seus programes.

A més del material electrònic llistat anteriorment s’ha utilitzat una base rígida de plàstic per tal de disposar els components en forma de panell. Es pot utilitzar una fullola o qualsevol superfície plana de plàstic recuperada d’alguna capsa.




Pàgina 8

Figura 3. Panell adhesiu sobre el que es muntaran els components

Les eines necessàries són el soldador d’estany, el pelacables i el trepant per realitzar forats al panell; la majoria de 0,5 i 1mm.

També es requereix una pistola de cola tèrmica per fixar els LEDs al panell i la resta del cablat.




Pàgina 9

Figura 4. Part frontal del model de semàfor.

Figura 5. Part posterior (connexions) del model de semàfor.




Pàgina 10

3. PROGRAMA DE CONTROL DEL SEMÀFOR

El llistat que s’adjunta a continuació controla el funcionament del semàfor segons la configuració electrònica descrita a l’apartat anterior.

Aquest programa gestiona tots els LEDs, el brunzidor i el sensor de llum. S’ha utilitzat principalment a les demostracions. A les fitxes d’activitats dels alumnes s’utilitzen variacions d’aquest programa.

Per carregar aquest programa a la memòria d’ARDUINO cal seguir els següents passos:

1. Crear un nou projecte amb l’aplicació ARDUINO022. 2. Copiar el llistat de programa adjunt. 3. Guardar el projecte. Menú: File->SaveAs 4. Compilar el programa. Menú: SKETCH->Verify/Compile 5. Connectar la placa ARDUINO al PC mitjançant el cable USB 6. Carregar el programa a la memòria: Menú: File->Upload to I/O Board 7. El missatge d’estat a la barra de missatges d’ARDUINO022 ens hauria d’indicar que el

programa s’ha carregat correctament 8. Verificar que el programa s’executa a la placa ARDUINO tal i com estava previst.

En cas que s’observi algun error en aquest procés es pot recórrer a la guia d’iniciació a ARDUINO on s’explica detalladament els passos a seguir i els errors més típics: [ARD_GUI].

Com a la fitxa d’activitats número 2, el programa gestiona l’activació de pas dels vianants en un semàfor que normalment està en un estat fix (Pas Vehicles). A diferencia del llistat presentat a la fitxa 2, el programa de demostració també gestiona un brunzidor que sona quan tenen pas obert els vianants. A més, en cas que el nivell de llum sigui molt baix, considerem que és de nit i desactivem el semàfor de vianants. El semàfor de vehicles passa a intermitència (llum groc).

Figura 6. Seqüència del programa de demostració del semàfor

Verd Vermell

Pas Vehicles

Verd Vermell

Espera 5 s

Groc Vermell

Espera 2 s

Vermell Verd

Vianants 20 s

Activar Polsador




Pàgina 11

// // UD Control i Automatització // Practica de taller: Control d'un semafor // // // RUTINA DE CONFIGURACIO DE LES ENTRADES / SORTIDES // void setup() // sortides digitals pinMode(9, OUTPUT); // vianants verd pinMode(10, OUTPUT); // vianants vermell pinMode(11, OUTPUT); // vehicles verd pinMode(12, OUTPUT); // vehicles groc pinMode(13, OUTPUT); // vehicles vermell // entrades digitals pinMode(0, INPUT); // polsador vianants // // RUTINA PRINCIPAL: es repeteix continuament // void loop() // sensorValue pot valdre entre 0 i 1023 // // Tal com tenim configurat el nostre sensor de llum: // - valors baixos de sensorValue corresponen a molta llum // - valors alts de sensorValue corresponen a poca llum // int sensorValue = analogRead(A0); if(sensorValue > 100) // es de nit digitalWrite(9, LOW); // Semafor parat digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(11, LOW); digitalWrite(13, LOW); // Intermitencia groc-vehicles digitalWrite(12, LOW); // Desactivar groc delay(500); digitalWrite(12, HIGH); // Activar groc delay(500); return; // Estat inicial digitalWrite(9, LOW); // vianants stop digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(11, HIGH); // vehicles passen digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, LOW);




Pàgina 12

// llegix l'estat del polsador de vianants int estatPulsador = digitalRead(0); // "0" => polsat if (estatPulsador == 0) delay(5000); // espera 5 segons // avisar vehicles (activo groc) digitalWrite(11, LOW); digitalWrite(12, HIGH); delay(2000); // espera 2 segons digitalWrite(9, HIGH); // vianants passen digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, HIGH); // vehicles stop // // gestio del brunzidor // for(int i=0; i< 20; i++) // 20 segons tone(3, 440, 500); delay (1000); noTone(3); // tornem a l'estat inicial

Màs

ter

en F

orm

ació

del

Pro

fess

orat

d'E

duca

ció

Sec

undà

ria O

blig

atòr

ia i

Bat

xille

rat,

For

mac

ió

Pro

fess

iona

l i E

nsen

yam

ent

d'Id

iom

es

Dis

seny

d’u

n en

torn

de

treb

all p

er a

l’ap

rene

ntat

ge d

e le

s tè

cniq

ues

bàsi

ques

de

con

trol

i au

tom

atitz

ació

a 4

t d’

ES

O b

asat

en

la p

lata

form

a d’

arqu

itect

ura

ober

ta A

RD

UIN

O

Pàg

ina

13

4. P

RO

GR

AM

AC

IÓ D

E L

A U

NIT

AT

DID

ÀC

TIC

A

La p

rogra

maci

ó p

roposa

da a

contin

uaci

ó é

s la

qu

e h

a e

stat util

itzad

a a

l’exp

eri

èn

cia prà

ctic

a.

TECNOLOGIA

4t ESO

3r TRIMESTRE

UNITAT DIDÀCTICA:

CONTROL AMB SISTEMES AUTOMÀTICS PROGRAMABLES

DURADA ESTIMADA:

5 SESSIONS

JUSTIFICACIÓ:

• A

qu

est

a u

nita

t did

àct

ica

est

à v

incu

lada

al b

loc

curr

icu

lar

de

Co

ntr

ol i

Au

tom

atitz

aci

ó.

Le

s a

ctiv

itats

re

colli

des

en

la m

ate

ixa

pe

rme

ten

qu

e l’

alu

mn

at c

omp

reng

ui l

a im

port

ànc

ia d

el c

ontr

ol

pe

r o

rdin

ado

r a

pa

rtir

d’e

xem

ple

s se

nzi

lls i

pa

rtin

t de

situ

aci

ons

con

egu

des

prè

via

me

nt

(co

nst

ruct

ivis

me

).

• A

qu

est

a

unita

t s’

ha

de

pro

gra

ma

r am

b p

ost

eri

orit

at a

les

un

itats

d’e

lect

ròn

ica

an

alò

gic

a i

dig

ital

OBJECTIUS DIDÀCTICS

CONTINGUTS DIDÀCTICS

ACTIVITATS

MATERIAL

CRITERIS D’AVALUACIÓ I

RECUPERACIÓ

•

Va

lora

r e

ls a

van

tatg

es d

els

sist

em

es d

e co

ntr

ol

pro

gra

ma

ble

s r

esp

ecte

les

solu

cion

s e

lect

ròn

ique

s

esp

ecífi

qu

es

• C

on

èix

er

els

pri

ncip

als

ele

men

ts f

ísic

s d’

un

sist

em

a d

e c

ontr

ol p

rog

ram

at

• S

ele

ccio

na

r e

ls r

ecu

rsos

ne

cess

aris

pe

r

imp

lem

en

tar

un

sis

tem

a p

rog

ram

at c

apa

ç d

e

reso

ldre

un

a n

ece

ssita

t tè

cnic

a

• I

nte

rpre

tar

i mod

ifica

r u

na

seqü

èn

cia

de

pro

gra

ma

pe

r m

od

ifica

r e

l com

po

rtam

en

t d’u

n

sist

em

a

• A

nà

lisi d

els

dife

rent

s e

lem

en

ts

de

co

ntr

ol:

sen

sors

, act

ua

dors

i

dis

posi

tius

de c

oman

dam

en

t.

•

An

àlis

i de

sis

tem

es

au

tom

àtic

s: c

ompo

ne

nts

i

fun

cio

nam

ent

• Ú

s d

e l'

ord

ina

do

r co

m a

ele

me

nt d

e p

rog

ram

ació

i co

ntr

ol

• E

xpo

sici

ó i

dem

ostr

aci

ons

– E

stru

ctu

ra d

els

sist

eme

s

de

co

ntr

ol p

rog

ram

ats

– P

rog

ram

ació

de

sis

tem

es

de

co

ntr

ol

• E

xerc

icis

i q

ües

tion

aris

• P

rog

ram

aci

ó d

’un

sis

tem

a

de

co

ntr

ol

per

a u

n s

em

àfo

r

de

cru

ïlla

Alu

mne

s:

• I

nte

rnet

: D

ocu

me

nta

ció

de

la c

on

trol

ado

ra

• F

oto

còp

ies

de

:

- Fitxa UDx-01,

- Fitxa UDx-02,

- Fitxa UDx-03

Au

la:

• P

roje

cto

r

• P

rese

nta

ció

de

l te

ma

• C

on

tro

lad

ora

AR

DU

INO

UN

O

• P

C a

mb

l’e

nto

rn d

e

• C

on

èix

er

les

dife

ren

cies

de

con

cept

e

en

tre

un

sis

tem

a d

e c

ont

rol

pro

gra

ma

ble

i u

n s

iste

ma

ca

bla

t

• S

er

cap

aç

d’e

nu

me

rar

les

pa

rts

d’u

n

sist

em

a d

e c

ontr

ol p

rog

ram

at

•

Re

sold

re c

orr

ecta

me

nt l

es q

üest

ion

s

i els

pro

ble

mes

d’a

uto

ma

titza

ció

pla

nte

jats

al f

ina

l de

ca

da s

essi

ó

•

Inte

rpre

tar

corr

ecta

me

nt e

l cod

i de

con

tro

l (p

rog

ram

a)

pro

porc

iona

t co

m a

exe

mp

le

• M

od

ifica

r a

deq

uad

ame

nt

els

pa

ràm

etr

es e

n e

l co

di d

e co

ntr

ol

per

Màs

ter

en F

orm

ació

del

Pro

fess

orat

d'E

duca

ció

Sec

undà

ria O

blig

atòr

ia i

Bat

xille

rat,

For

mac

ió

Pro

fess

iona

l i E

nsen

yam

ent

d'Id

iom

es

Dis

seny

d’u

n en

torn

de

treb

all p

er a

l’ap

rene

ntat

ge d

e le

s tè

cniq

ues

bàsi

ques

de

con

trol

i au

tom

atitz

ació

a 4

t d’

ES

O b

asat

en

la p

lata

form

a d’

arqu

itect

ura

ober

ta A

RD

UIN

O

Pàg

ina

14

pro

gra

ma

ció

d’A

RD

UIN

O

• P

laca

pro

tob

oa

rd

• L

ED

s (v

erm

ell,

verd

,

am

bre

), P

ols

ado

r, L

DR

,

resi

stè

ncie

s

vari

ar

el c

omp

ort

am

en

t de

l sis

tem

a

Notes:

S’h

a t

riat

l'op

ció

de

l sem

àfo

r co

m a

cas

d’e

stu

di p

erq

uè

pe

rme

t con

tra

sta

r el

s a

van

tatg

es d

el c

on

trol

pe

r o

rdin

ado

r e

n b

ase

a u

na f

unci

on

alita

t p

rop

era

i co

ne

gud

a.

COMPETÈNCIES BÀSIQUES I EDUCACIÓ EN VALORS

• C

om

pe

tèn

cia

com

un

ica

tiva

ling

üís

tica

i au

dio

visu

al

Es

treb

alla

al r

ed

acta

r le

s so

luci

ons

als

pro

ble

me

s d

e c

ad

a s

essi

ó

• C

om

pe

tèn

cia

art

ístic

a i

cultu

ral

no

apl

ica

a a

que

sta

uni

tat

• T

ract

am

ent

de

la in

form

ació

i co

mp

etè

nci

a d

igita

l E

s tr

eb

alla

en

la r

ece

rca

d’in

form

ació

(In

tern

et)

. E

s re

que

reix

a l’

alu

mn

at

que

bus

qui s

olu

cio

ns

bas

ant-

se e

n le

s a

plic

ades

pe

r d

’altr

es

inte

rna

ute

s pe

r si

tuac

ion

s si

mila

rs.

Co

ntr

ol d

e d

isp

ositi

us a

mb

lle

ngu

atg

e d

e p

rog

ram

aci

ó.

• C

om

pe

tèn

cia

ma

tem

àtic

a

C

àlc

ul d

e m

agn

ituds

ele

ctrò

niq

ues

i re

solu

ció

de

pro

ble

mes

. Lò

gic

a i

alg

orí

smic

a.

• C

om

pe

tèn

cia

d’a

uto

nom

ia i

inic

iativ

a p

ers

ona

l

L’a

lum

ne

bu

sca

la in

form

aci

ó n

ece

ssà

ria p

er

reso

ldre

el p

rob

lem

a te

cno

lògi

c p

lan

teja

t

• C

om

pe

tèn

cia

en

el c

on

eix

em

ent

i la

inte

racc

ió a

mb

el m

ón

físi

c E

s tr

eba

lla a

l’id

en

tific

ar

ele

me

nts

que

fo

rme

n p

art

d’u

n s

iste

ma

de

co

ntr

ol p

rog

ram

at i

les

seve

s a

plic

acio

ns

al m

ón r

ea

l

• C

om

pe

tèn

cia

so

cia

l i c

iuta

dan

a

n

o a

plic

a a

aqu

est

a u

nita

t

CONNEXIÓ AMB ALTRES MATÈRIES I ALTRES UNITATS DIDÀCTIQUES

• U

nita

t did

àctic

a:

Ele

ctró

nic

a a

na

lògi

ca

• U

nita

t did

àctic

a:

Ele

ctrò

nic

a d

igita

l

DISTRIBUCIÓ DE LES ACTIVITATS D’ENSENYAMENT - APRENENTATGE I TEMPORITZACIÓ

SESSIÓ ACTIVITAT

TIPUS

AGRUPAMENT

ESPAI

S 1

EXPLORACIÓ DE CONEIXEMENTS PREVIS

Qu

è é

s u

n s

iste

ma

aut

om

àtic

? D

eb

at

TA

LL

ER

Màs

ter

en F

orm

ació

del

Pro

fess

orat

d'E

duca

ció

Sec

undà

ria O

blig

atòr

ia i

Bat

xille

rat,

For

mac

ió

Pro

fess

iona

l i E

nsen

yam

ent

d'Id

iom

es

Dis

seny

d’u

n en

torn

de

treb

all p

er a

l’ap

rene

ntat

ge d

e le

s tè

cniq

ues

bàsi

ques

de

con

trol

i au

tom

atitz

ació

a 4

t d’

ES

O b

asat

en

la p

lata

form

a d’

arqu

itect

ura

ober

ta A

RD

UIN

O

Pàg

ina

15

On

tro

bem

aqu

est

tip

us

de

sis

tem

es?

Gra

n g

rup

CONCEPTES GENERALS I HARDWARE

Est

ruct

ura

d’u

n s

iste

ma

de

con

tro

l: S

en

sors

- U

nita

t de

con

tro

l – A

ctu

ado

r

Exp

osi

ció

• S

iste

mes

de

con

tro

l pe

r o

rdin

ad

or

o S

iste

me

s de

co

ntr

ol c

abla

ts.

Dife

renc

ies,

ava

nta

tge

s, in

con

ven

ien

ts

• E

stru

ctu

ra d

’un

a u

nita

t d

e co

ntro

l pe

r o

rdin

ado

r –

cas

AR

DU

INO

Me

mò

ria

, C

PU

, E

ntr

ade

s /

So

rtid

es (

Tip

us)

• P

rese

nta

ció

de

l cas

d’e

stu

di:

Se

mà

for

sim

ple

co

ntr

ola

t pe

r or

din

ado

r

De

mo

stra

ció

• E

ntr

eg

a i e

xplic

aci

ó d

e la

fitx

a d

e p

rob

lem

es i

exe

rcic

is U

Dx-

01

-

Com

enç

ar

a l’

au

la /

aca

bar

a c

asa

T

reb

all

a c

asa

Ind

ivid

ual

S 2

PROGRAMACIÓ DEL DISPOSITIU DE CONTROL – 1a Part

• I

ntr

odu

cció

bre

u a

la p

rog

ram

aci

ó: c

on

cep

te, l

len

gua

tges

, eta

pe

s

Exp

osi

ció

Gru

p D

esd

ob

lat

AU

LA

INF

OR

MA

TIC

A

• C

om

inte

rpre

tar

/ mod

ifica

r u

n p

rog

ram

a in

form

àtic

se

nzi

ll

Exp

osi

ció

• E

ntr

eg

a i e

xplic

aci

ó d

e la

fitx

a d

e p

rob

lem

es i

exe

rcic

is U

Dx-

02

-

Com

enç

ar

a l’

au

la /

aca

bar

a c

asa

T

alle

r P

are

lles

S3

PROGRAMACIÓ DEL DISPOSITIU DE CONTROL – 2a Part

• E

ntr

eg

a i e

xplic

aci

ó d

e la

fitx

a d

e p

rob

lem

es i

exe

rcic

is U

Dx-

03

E

xpo

sici

ó G

rup

De

sdo

bla

t A

UL

A

INF

OR

MÀ

TIC

A

• P

rova

de

l pro

gra

ma

sob

re e

l mo

del

re

al d

el c

as

d’e

stud

i: S

emà

for

sim

ple

co

ntr

ola

t pe

r o

rdin

ad

or

Ta

ller

Pa

relle

s

S4

DEMOSTRACIÓ FINAL I RESOLUCIÓ DE QÜESTIONS OBERTES

• D

em

ost

raci

ó s

ob

re la

pla

ca d

e co

ntr

ol r

ea

l

• C

orr

ecc

ió c

onj

un

ta f

itxe

s U

Dx-

01

/UD

x-0

2/U

Dx-

03

• R

eso

luci

ó d

e d

ubte

s

Exp

osi

ció

Gra

n g

rup

TA

LL

ER

• P

rese

nta

r a

l’alu

mn

at r

ecu

rsos

dis

pon

ible

s p

er

am

plia

r te

mar

i

De

mo

stra

ció

Màs

ter

en F

orm

ació

del

Pro

fess

orat

d'E

duca

ció

Sec

undà

ria O

blig

atòr

ia i

Bat

xille

rat,

For

mac

ió

Pro

fess

iona

l i E

nsen

yam

ent

d'Id

iom

es

Dis

seny

d’u

n en

torn

de

treb

all p

er a

l’ap

rene

ntat

ge d

e le

s tè

cniq

ues

bàsi

ques

de

con

trol

i au

tom

atitz

ació

a 4

t d’

ES

O b

asat

en

la p

lata

form

a d’

arqu

itect

ura

ober

ta A

RD

UIN

O

Pàg

ina

16

S5

AVALUACIÓ DE LA UNITAT

• T

est

+ in

terp

reta

ció

d’u

n ll

ista

t de

pro

gra

ma

Exa

me

n G

ran

gru

p A

UL

A

ANOTACIONS DEL PROFESSOR SOBRE L’AVALUACIÓ DEL PROCÉS D’ENSENYAMENT APRENENTATGE

MILLORA CONTINUA DEL PROCÉS

S’o

bse

rvara

n e

ls s

egüent

s asp

ecte

s:

1.

L’ i

nte

rès

genera

t en

l’alu

mnat:

- L’a

ctitu

d o

bse

rvada a

l’aula

: q

üest

ions

i com

enta

ris p

lante

jats

per

l’alu

mnat

, in

terè

s per

amplia

r -

L’in

terè

s per

la r

eso

luci

ó d

els

exe

rcic

is p

lante

jats

a c

lass

e. La q

ualit

at d

e le

s re

spos

tes

- E

nq

uest

a i

propost

es

de

mill

ora

2.

L’a

ssim

ilaci

ó d

els

obje

ctiu

s de la

unita

t

- E

xam

en f

inal




Pàgina 17

5. MATERIAL PER L’ALUMNAT – FITXA_1

Títol Disseny electrònic del semàfor

Grup Individual Espai A casa

Avaluació Si. Es recull en sessió 2

Correcció Sessió 4

UDx- Control amb Sistemes Automàtics Programables

FITXA_1: Disseny Electrònic

Disseny d’un entorn de treball per a l’aprenentatge de les tècniques bàsiquesde control i automatització a 4t d’ESO basat en la plataforma d’arquitectura oberta ARDUINO

CONTROL D’UN SEMÀFOR

Volem dissenyar la maqueta d’un semàfor de cruïlla. Els llums del semàfor els modelarem amb díodes LED i el polsador de vianants amb un polsador en miniatura del tipus normalment obert. La seqüència i els temps estaran gestionats per un dispositiu programable.

Explicarem amb més detall la seqüència d’encesa dels llums del semàfor en l’activitat de programació. Ara només ens interessem en els dispositius electrònics que hem d’utilitzar.

CONTROLADOR PROGRAMABLE

ARDUINO és un controlador programable que es pot utilitzar per automatitza

mena de sistemes: màquines, joguines, robots, etc. Es tracta d’un producte lliure. És a dir, tothom el pot comprar, fabricar i modificar

lliurement. Tota la informació i eines de pr Pot funcionar alimentat amb una pila de 9V (Vcc) o connectat a un ordinador personal. Pot comunicar-se amb un ordinador personal i amb Internet. Ex. Publicar en una WEB

la temperatura d’un local, activar remotam La millor manera de començar un projecte amb

d’exemples publicats a Internet. Segur que n’hi ha algun similar al nostre i només l’haurem d’adaptar.

Senyals d’Entrada/Sortida Digitals

VCC Prog

USB Prog

amb Sistemes Automàtics Programables Nom_1:

Data: Tecnologia 4t ESO


SEMÀFOR PER VEHICLES I VIANANTS

Volem dissenyar la maqueta d’un semàfor de cruïlla. Els llums del semàfor els amb díodes LED i el polsador de vianants amb un polsador en

miniatura del tipus normalment obert. La seqüència i els temps estaran gestionats per un dispositiu programable.

Explicarem amb més detall la seqüència d’encesa dels llums del semàfor en l’activitat de programació. Ara només ens interessem en els dispositius

CONTROLADOR PROGRAMABLE - ARDUINO UNO

és un controlador programable que es pot utilitzar per automatitzamena de sistemes: màquines, joguines, robots, etc. Es tracta d’un producte lliure. És a dir, tothom el pot comprar, fabricar i modificar lliurement. Tota la informació i eines de programació estan disponibles gratuïtament. Pot funcionar alimentat amb una pila de 9V (Vcc) o connectat a un ordinador personal.

se amb un ordinador personal i amb Internet. Ex. Publicar en una WEB la temperatura d’un local, activar remotament un sistema de ventilació, etc. La millor manera de començar un projecte amb ARDUINO és mirar els centenarsd’exemples publicats a Internet. Segur que n’hi ha algun similar al nostre i només

Terminals

ARDUINO

D0, D1, D2, D4, D7, D8 D12, D13

Configurable:(1) Entrada digital(2) Sortida digital

D3,D 5, D6, D9, D10, D11

Configurable:(1) Entrada digital(2) Sortida digital(3) Sortida analògica

A0, A1, A2, A3, A4, A5

Entrades analògiques

Port USB (1) Programació del controlador(2) Comunicació amb un PC

Vcc Alimentació 7

Senyals d’Entrada/Sortida Digitals

Senyals d’Entrada Analògiques

Tecnologia 4t ESO

Pàgina 18

PER VEHICLES I VIANANTS

és un controlador programable que es pot utilitzar per automatitzar tota

Es tracta d’un producte lliure. És a dir, tothom el pot comprar, fabricar i modificar ogramació estan disponibles gratuïtament.

Pot funcionar alimentat amb una pila de 9V (Vcc) o connectat a un ordinador personal. se amb un ordinador personal i amb Internet. Ex. Publicar en una WEB

ent un sistema de ventilació, etc. els centenars

d’exemples publicats a Internet. Segur que n’hi ha algun similar al nostre i només

Funció

Configurable: (1) Entrada digital (2) Sortida digital

Configurable: (1) Entrada digital (2) Sortida digital (3) Sortida analògica

Entrades analògiques

(1) Programació del controlador (2) Comunicació amb un PC

Alimentació 7-12V



Nom_1:



Pàgina 19

ACTIVITATS

1. Quin tipus de components necessitaríem per construir el nostre semàfor amb un

circuit analògic, és a dir, sense utilitzar un controlador programable?

2. Quins d’aquests components hauríem de modificar per variar els temps del semàfor?

3. Quins creus que són els avantatges i els inconvenients de construir el nostre semàfor

amb components analògics o amb un dispositiu programable:

Opció Avantatges Inconvenients

Circuit analògic

Circuit amb dispositiu programable

4. Relaciona cadascun dels elements del nostre semàfor amb un terminal del controlador

ARDUINO on el podríem connectar. La solució no es única: Ex. El LED vermell el podem

connectar a diferents terminals. Tria’n un.

Dispositiu Tipus de

dispositiu [Sensor/Actuador]

Tipus de senyal

[Analògica/Digital]

Terminal ARDUINO

Polsador de Vianants

LED Vermell Vehicles

LED Ambre Vehicles

LED Verd Vehicles

LED Vermell Vehicles

LED Verd Vehicles



Nom_1:



Pàgina 20

5. En cas que volguéssim ampliar el nostre semàfor amb un detector de llum (ex.

resistència LDR) per passar a un mode nocturn i amb un brunzidor (ex. altaveu) per a

persones invidents:

Dispositiu Tipus de dispositiu

[Sensor/Actuador]

Tipus de senyal

[Analògica/Digital]

Terminal ARDUINO

Detector de llum

Brunzidor

El següent esquema ens mostra com es connecten els sensors i actuadors del semàfor al controlador ARDUINO.

Esquema elèctric del semàfor



Nom_1:



Pàgina 21

Muntatge en una placa de prototipus

a) Quina és la funció de les resistències?

b) Quina és la tensió a D0 quan POLSADOR està obert? I Quan és tancat?

Obert:____V (Estat normal del polsador)

Tancat: ____V (Un vianant demana el pas)

PER SABER-NE MÉS

Portal ARDUINO: Tota la informació necessària per fer projectes amb ARDUINO http://www.ARDUINO.cc/es

Video Tutorial ARDUINO: Primeros passos: Video molt interessant d’introducció a ARDUINO http://www.youtube.com/watch?v=qhy5UtIzZfo




Pàgina 22


Títol Programació

Grup Parelles Espai Sala d’informàtica

Avaluació Si. Es recull en sessió 3 Correcció Sessió 4


FITXA_2: Programació

Nom_1: Nom_2:



Pàgina 23

CONTROL D’UN SEMÀFOR PER VEHICLES I VIANANTS AMB POLSADOR

El dispositiu de control programable tindrà carregat a la seva memòria un programa que realitzarà la seqüència següent:

El semàfor es troba en estat “Pas de Vehicles” fins que algun vianant sol·licita el pas pitjant el polsador. Al cap de 5 segons s’avisa als vehicles que es cedirà el pas als vianants passant el semàfor de vehicles a groc. Es manté 2 segons en groc. Finalment es deixa 20 segons de temps als vianants per passar. Després d’aquest temps es torna a l’estat inicial.

ACTIVITATS: Interpretació / manipulació del programa de control

1. Obriu l’entorn de programació ARDUINO 022

2. Obriu el projecte practica_semafor.pde

3. Apareixerà un llistat escrit en llenguatge C com el que es reprodueix en les pàgines següents

4. Interpreteu el programa instrucció per instrucció amb l’ajut de la guia de referència que trobareu a http://ARDUINO.cc/es/Reference/HomePage. Escriviu comentaris sobre la fotocòpia indicant a quina fase del semàfor correspon cada instrucció.

5. Són correctes els valors de temps en el llistat? Corregiu-los amb els valors indicats en les figures de més amunt.

6. Tracteu de compilar el programa. Apareixeran almenys dos errors. Tracteu de corregir-los amb ajut de la guia de referència.

7. Quan tingueu el programa compilat tracteu de carregar-lo en la controladora ARDUINO amb el muntatge del semàfor per comprovar si funciona com esperàvem

Verd Vermell

Pas Vehicles

Verd Vermell

Espera 5 s

Groc Vermell

Espera 2 s

Vermell Verd

Vianants 20 s

Activar Polsador



Nom_1: Nom_2:



Pàgina 24

LLISTAT DEL PROGRAMA DE CONTROL

// RUTINA DE CONFIGURACIO DE LES ENTRADES / SORTIDES

void setup() // sortides digitals pinMode(9, OUTPUT); // vianants verd pinMode(10, OUTPUT); // vianants vermell pinMode(11, OUTPUT); // vehicles verd pinMode(12, OUTPUT); // vehicles groc pinMode(13, OUTPUT); // vehicles vermell // entrades digitals pinMode(0, INPUT); // polsador vianants // RUTINA PRINCIPAL: es repeteix continuament

void loop() // Estat inicial digitalWrite(9, LOW); // vianants stop digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(11, HIGH); // vehicles passen digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, LOW); // // llegix l'estat del polsador de vianants int estatPulsador = digitalRead(0); // "0" => polsat if (estatPulsador == 0) delay(4000); // avisar vehicles (activo groc) digitalWrite(11, LOW); digitalWrite(12, HIGH); delay(3000); digitalWrite(9, HIGH); // vianants passen digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, mal_mal);// vehicles stop delay(60000); aixo_no_compilara; // tornem a l'estat inicial

PER SABER-NE MÉS

1) Portal ARDUINO: Guia de referència d’instruccions

http://ARDUINO.cc/es/Reference/HomePage

2) Introducció a la programació en llenguatge C http://ies-jaumebalmes.xtec.net/montse/manualC/indexC.html




Pàgina 25


Títol Programació

Grup Parelles

Espai Sala d’informàtica Avaluació Si. Es recull al final de la sessió 3

Correcció Sessió 4



Nom_1: Nom_2:



Pàgina 26

AMPLIACIÓ DEL SEMÀFOR: Brunzidor i Sensor de llum Volem ampliar la funcionalitat del nostre semàfor:

1. Quan es detecti que és de nit desactivem el semàfor: Tots els llums apagats menys el

groc de vehicles que passa a intermitència

2. Quan el semàfor està actiu i obert als vianants activarem un senyal acústic per avisar

els invidents

Les entrades analògiques d’una placa de control com ARDUINO serveixen per llegir valors de sensors analògics. Recorda: Sensors Analògics: Capten senyals que poden prendre molts valors: sensor de llum (LDR), micròfon, etc. Sensors Digitals: Capten senyals que poden prendre dos valors (Activat/desactivat) (1, 0): polsador, interruptor, etc.

ACTIVITATS:

1. Obriu l’entorn de programació ARDUINO 022

2. Descarregueu de la web de la unitat el programa: practica_semafor_ampliat

3. Obriu-lo amb ARDUINO022 i guardeu-lo amb el nom: practica_semafor_ampliat_Gx

x és el vostre numero de grup

4. Tracteu de compilar-lo. Compila?

5. Respon a les següents qüestions

ACTIVITAT _1

Amb l’ajut de la guia de referència ARDUINO (http://ARDUINO.cc/es/Reference/HomePage) i amb el que saps del què fa aquest semàfor comenta la funció de les següents instruccions en el programa:

Q1 analogRead

Q2 return

Q3 for

Q4 Tone

Q5 noTone



Nom_1: Nom_2:



Pàgina 27

ACTIVITAT 2

Què haig de modificar en el meu programa si el meu sensor de llum desactiva el semàfor en els dies nuvolats? Es a dir, no és fosc del tot.

Fes la modificació en el propi programa i compila fins que no tinguem error de compilació.

ACTIVITAT 3

Què haig de fer en el meu programa si vull que el senyal acústic per a invidents tingui un to diferent i un ritme més ràpid?

Fes la modificació en el propi programa i compila fins que no tinguem error de compilació.

LLISTAT DEL PROGRAMA DE CONTROL // RUTINA DE CONFIGURACIO DE LES ENTRADES / SORTIDES void setup() // sortides digitals pinMode(9, OUTPUT); // vianants verd pinMode(10, OUTPUT); // vianants vermell pinMode(11, OUTPUT); // vehicles verd pinMode(12, OUTPUT); // vehicles groc pinMode(13, OUTPUT); // vehicles vermell // entrades digitals pinMode(0, INPUT); // polsador vianants // RUTINA PRINCIPAL: es repeteix contínuament void loop() // // sensorValue pot valdre entre 0 i 1023: veure analogRead a la guia de referencia // // Tal com tenim configurat el nostre sensor de llum: // - valors baixos de sensorValue corresponen a molta llum // - valors alts de sensorValue corresponen a poca llum // int sensorValue = analogRead(A0); // Q1 ???

if(sensorValue > 100) // es de nit digitalWrite(9, LOW); // Semafor parat digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(11, LOW);



Nom_1: Nom_2:



Pàgina 28

digitalWrite(13, LOW); // intermitencia de l'groc digitalWrite(12, LOW); // Desactivar groc delay(500); digitalWrite(12, HIGH); // Activar groc delay(500); return; // Q2 ??? // Estat inicial digitalWrite(9, LOW); // vianants stop digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(11, HIGH); // vehicles passen digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, LOW); // llegix l'estat del polsador de vianants int estatPulsador = digitalRead(0); // "0" => polsat if (estatPulsador == 0) delay(5000); // espera 5 segons // avisar vehicles (activo groc) digitalWrite(11, LOW); digitalWrite(12, HIGH); delay(2000); // espera 2 segons digitalWrite(9, HIGH); // vianants passen digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, HIGH);// vehicles stop // // gestió del brunzidor // for(int i=0; i< 20; i++) // Q3 ???

tone(3, 440, 500); // Q4 ???

delay (1000); noTone(3); // Q5 ???

// tornem a l'estat inicial

PER SABER-NE MÉS

3) Portal ARDUINO: Guia de referència d’instruccions

http://ARDUINO.cc/es/Reference/HomePage

4) Introducció a la programació en llenguatge C http://ies-jaumebalmes.xtec.net/montse/manualC/indexC.html




Pàgina 29

8. MATERIAL D’AULA

Diapositiva 1

Diapositiva

2




Pàgina 30

Diapositiva

3

Diapositiva

4




Pàgina 31

Diapositiva

5

Diapositiva

6




Pàgina 32

Diapositiva

7

Diapositiva

8




Pàgina 33

Diapositiva

9

Diapositiva

10




Pàgina 34

Diapositiva

11

Diapositiva

12




Pàgina 35

Diapositiva

13

Diapositiva

14

.




Pàgina 36

9. PROVA D’AVALUACIÓ DE L’ALUMNAT

Test de Coneixements

• Només hi ha una resposta valida. Marca la resposta correcta

• Les respostes incorrectes resten 0,2 punts de la nota de la pregunta. No responguis les preguntes que no saps

1. Un sensor és: (0,7 punts) a) Un dispositiu que transforma un senyal físic en un senyal elèctric b) Un dispositiu que transforma un senyal elèctric en un senyal físic c) Un dispositiu que realitza càlculs i pren decisions

2. Exemples de sensors són: (0,7 punts) a) Una placa ARDUINO, un PC b) Un resistència variable LDR, un micròfon, una càmera c) Un motor, un LED, un servo, un relé

3. D’un sensor analògic podem obtenir: (0,7 punts) a) Diversos valors d’una magnitud física b) Només dos valors: activat(1), desactivat (0) c) Els sensors no proporcionen valors de mesura

4. Un sistema de control programable consisteix de: (0,7 punts) a) Sensors, actuadors i un dispositiu de control programable amb el seu corresponent programa b) Transistors, díodes, resistències i condensadors c) Sensors i actuadors

5. Són dispositius programables: (0,7 punts) a) Un transistor, un condensador, un díode b) Un microcontrolador (com el d'ARDUINO), un PC c) Un circuit amb components analògics i portes lògiques

6. La funció principal d’un dispositiu de control programable és: (0,7 punts) a) Captar estímuls físics i transformar-los en senyals elèctrics b) Transformar senyals elèctrics en efectes físics c) Mesurar, memoritzar, calcular i prendre decisions en base a un programa

7. El principal avantatge de dissenyar solucions utilitzant sistemes programables:

(0,7 punts)

a) No tenen cap avantatge b) Podem modificar el funcionament variant només el programa c) Es sempre la solució més econòmica

8. La funció d’un compilador és: (0,7 punts) a) Traduir un programa escrit en un llenguatge de programació en codi màquina b) Compilar informació c) Traduir de codi màquina a un llenguatge de programació

9. Un llenguatge de programació com ara BASIC, C, JAVA: (0,7 punts) a) L’ordinador els entén directament b) Són tecnologies del passat. No s’utilitzen avui dia c) Permet escriure programes que després podran ser traduïts perquè l’ordinador els entengui

10. Els passos a seguir en un projecte de control amb sistemes programables són:

(0,7 punts)

a) Escriure els requeriments -> Dissenyar el Hardware -> Provar el sistema




Pàgina 37

b) Escriure els requeriments -> Dissenyar el Hardware -> Provar el sistema -> Escriure el programa -> Compilar -> Carregar el programa a la controladora

c) Escriure els requeriments -> Dissenyar el Hardware -> Escriure el programa -> Compilar -> Carregar el programa a la controladora -> Provar el sistema

Interpretació d’un Programa

A partir del següent programa en llenguatge C respon a les qüestions de més avall:

const int polsador = 2; // numero del terminal ARDUINO on conecto el polsador const int led = 13; // numero del terminal ARDUINO on conecto el LED // Setup: nomes s'executa una vegada void setup()

pinMode(led, OUTPUT); pinMode(polsador, INPUT);

// loop: vol dir que es repeteix constantment void loop()

int estatBoto = digitalRead(polsador); // HIGH: polsat, LOW: no-polsat if (estatBoto == HIGH) // "if" vol dir "si" digitalWrite(led, HIGH); else // "else" vol dir altrament digitalWrite(led, LOW);

Aquest programa controla l’estat (encès/apagat) d’un LED a partir de l’estat d’un polsador: Q1: Quin és l’estat del LED (encès/apagat) quan el polsador està polsat? Reescriu la línia del

programa que controla l’estat del polsador. (1 punt)

Estat:

Línia del programa:

Q2: Que s’ha de fer per invertit el funcionament, és a dir que passi just el contrari quan

premem el polsador? Escriu el canvi que faries en el programa. (1 punt)

Canvi en la línia del programa:




Pàgina 38

Q3: On haig d’introduir una instrucció delay dins de la condició if si vull que l’efecte de

prémer el botó trigui 2 segons a succeir? (1 punt)

Opció a:

if (estatBoto == HIGH) digitalWrite(led, HIGH); delay (2000);

Opció b:

if (estatBoto == HIGH) delay (2000);

digitalWrite(led, HIGH);

Opció c:

if (estatBoto == HIGH) delay (2);

digitalRead(boto); delay(2);

Recorda!: delay (x milisegons) => espera x milisegons




Pàgina 39

10. BIBLIOGRAFIA

10.1. Referències bibliogràfiques

REFERÈNCIA

[DC-143/2007] DECRET 143/2007, de 26 de juny, pel qual s'estableix l'ordenació dels ensenyaments de l'educació secundaria obligatòria. DOGC núm. 4915 - 29/06/2007

Taula 2. Taula de referències bibliogràfiques

10.2. Referències en línia

Nota: Referències disponibles a Internet a finals de juny de 2011.

REFERÈNCIA

[ARD] Portal principal d’ARDUINO

www.ARDUINO.cc

[ARD_REF]

Guia de referència per a la programació d’ARDUINO

http://ARDUINO.cc/en/Reference/HomePage

[PROC] Portal principal del llenguatge Processing

http://processing.org/

[VBB] Simulador VirtualBreadboard

http://www.virtualbreadboard.net/

[SCRT] Scratch + ARDUINO project

http://seaside.citilab.eu/scratch/ARDUINO

[FRITZ] Fritzing

http://fritzing.org/

[ARD_GUI] Guia d’iniciació a ARDUINO

http://ARDUINO.cc/en/Guide/HomePage

Taula 3. Taula de referències en línia




Pàgina 40

11. ACRÒNIMS

LDR Light Dependent Resistor

LED Light Emission Diode

TFM Treball de Fi de Màster

UD Unitat didàctica

Taula 4. Acrònims




Pàgina 41

#-- FI DEL DOCUMENT

Documents

Treball de fi de màster – DOCUMENT ANNEX · 2016. 10. 23. · El circuit es suficientment senzill per poder-lo reproduir en una placa de prototipus (protoboard). En aquest cas