Проектная работа «Arduino и программирование»

Опубликовано Кочеткова Марина Анатольевна вкл 20.09.2021 - 20:23

Автор:

Агафонов Вячеслав

В проекте описаны возможности среды Arduino для изучения основ алгоритмизации и программирования. Благодаря данному проекту, мы узнаем, с чего начинается электроника и как она работает. Проект направлен на развитие навыков детей по работе с настоящей электроникой и изучение основ программирования. Мы научимся читать электронные схемы и самостоятельно конструировать на макетной плате и писать скетч. Мы будем изучать язык программирования не стандартным методом.

Скачать:

Вложение	Размер
proekt.docx	61.6 КБ

Предварительный просмотр:

Районный конкурс учебно- исследовательских,

проектных и поисковых работ учащихся «Юный исследователь»

Направление конкурса: «Информационно –технологическое»

(математика, физика, информатика)

Проектная работа

«Arduino и программирование»

Автор проекта: Агафонов Вячеслав Сергеевич, ученик 10 класса

МОУ «Первомайская СОШ »

Руководитель проекта:

Кочеткова Марина Анатольевна, учитель МОУ« Первомайская СОШ»

2021г.

Содержание

1.	Паспорт проекта			4-10
		1.1.Общая информация		4
		1.1.1. Наименование проекта		4
		1.1.2. Участники проекта		4
		1.2. Описание проекта (аннотация)		5
			1.2.1. Проблема проекта	5
			1.2.2. Актуальность проекта	5
			1.2.3.Цель проекта	5
			1.2.4. Задачи проекта	6
			1.2.5.Ожидаемые конечные результаты реализации проекта	6
			1.2.6.Новизна проекта (научная, технологическая и пр.)	6
			1.2.7.Предполагаемая практическая значимость результатов проекта	7
			1.2.8.Оригинальность и качество результатов (решений) проекта	7
			1.2.9.Научное обоснование проекта	7
			1.2.10.Финансово-экономическое обоснование проекта	7
			1.2.11.Экология проекта	7
			1.3. Реализация проекта	7
			1.3.1. Границы проекта	7
			1.3.2. Методы исследования / реализации проекта	8
			1.3.3. Ресурсное обеспечение проекта	8
			1.3.4.Финансовое обеспечение	8
			1.3.5.Использование языка программирования	8
			1.3.6.Сроки и этапы реализации проекта	8
			1.3.7.Коммуникации проекта	9
			1.3.8.Проблемы проекта	9
			1.3.9.Состав проектной и сопроводительной документации	9
			1.4. Выводы / рекомендации	10
			1.5. Планируемое дальнейшее развитие / внедрение результатов проекта	10
2.	Содержание проекта			11
3.	Результаты реализации проекта			14
4.	Глоссарий			16
5.	Использованные литература и источники информации			17
	Приложение-презентация

ПАСПОРТ ПРОЕКТА

1.1.Общая информация.

1.1.1

Наименование проекта

Arduino и программирование

Период выполнения проекта

3 месяца (декабрь-февраль 2021 г.)

Ссылка на презентацию проекта

https://disk.yandex.ru/i/Bu3eYX5tCbVOVQ

1.1.2.

Участники проекта
Фамилия Имя Отчество	Место учебы, класс Место работы, должность	Контактный телефон, электронная почта	Роль в проекте
Кочеткова Марина Анатольевна	МОУ « Первомайская СОШ», учитель	89510510224 mak291277@yandex.ru	Руководитель проекта.
Агафонов Вячеслав Сергеевич	МОУ «Первомайская СОШ», 10 класс	pervomschule@yandex.ru 8(83441)27655	Автор проекта, исполнитель

Описание проекта.

Краткое описание проекта (аннотация)

В проекте описаны возможности среды Arduino для изучения основ алгоритмизации и программирования. Благодаря данному проекту, мы узнаем, с чего начинается электроника и как она работает. Проект направлен на развитие навыков детей по работе с настоящей электроникой и изучение основ программирования. Мы научимся читать электронные схемы и самостоятельно конструировать на макетной плате и писать скетч. Мы будем изучать язык программирования не стандартным методом.

1.2.1

Анализ проблемной ситуации (решаемая проблема)

Изучение программирования достаточно сложная задача для большинства ребят. Написать программу хоть на каком-нибудь языке могут только ученики профильных классов в школах с углублённым изучением физико-математических дисциплин. Робототехника, программируемые контроллеры, Arduino должны помочь разжечь интерес, дать возможность применить свои знания в программировании на практике при написании скетч.

Использование «Ардуино»- это изучение языка программирования не стандартным методом, который поможет повысить интерес в вопросах изучения школьного курса алгоритмизации и программирования.

1.2.2

Актуальность проекта

Arduino — это всемирно известная платформа, на которой удобно осваивать программирование, микроэлектронику и робототехнику.

Актуальностью проекта является то, что Arduino создает программы следующего поколения, которые расширяют возможности учащихся в процессе обучения в средней школе, старшей школе и университете и помогают нам развиваться.

1.2.3

Цель проекта

Развитие умений самостоятельно конструировать свои знания посредством исследования возможностей среды Arduino
Развитие познавательных навыков при изучении основ алгоритмизации и программирования в среде Arduino.

1.2.4

Задачи проекта

Изучение необходимой литературы по теме проекта.

Овладение умениями работать с платформой Arduino.

Познакомиться с алгоритмическими конструкциями и правилами их записи, с основными способами организации данных.

Научиться разрабатывать алгоритмы и реализовывать их на языке программирования Си ++ на основе Arduino.

1.2.5

Ожидаемые конечные результаты реализации проекта

Повышение уровня заинтересованности в процессе изучения программирования;
Существенное повышение усвоения в будущем основного материала по программированию.
Приобретение навыков работы по разработке алгоритмов и реализовывать их на языке программирования Си ++ на основе Arduino

1.2.6

Новизна проекта (научная, технологическая и пр.)

Новизной данного проекта является то, что Arduino — это удобный способ изучения языка программирования в старшей школе по информатике. Программируются микроконтроллеры на упрощенной версии языка C++ .

1.2.7

Предполагаемая практическая значимость результатов проекта

Практическая значимость очевидна:

Программирование микроконтроллера Arduino -это изучение языка программирования не стандартным методом , тем самым предполагается практическая значимость изучения данной темы.
Использование Arduino на уроках физики и информатики позволяет открыть новые возможности для ученика – увлечение проектно-исследовательской деятельностью, что способствует раскрытию творческих способностей и индивидуализации учебного процесса.

1.2.8

Оригинальность и качество результатов (решений) проекта

Отсутствие аналогов. Каждая модель индивидуальна.

Ардуино имеет полностью открытую архитектуру. Открытый исходный код. Это позволяет людям создавать свои собственные функции и библиотеки.

1.2.9

Научное обоснование проекта

Есть возможность реализации проекта в будущем. Arduino - одна из самых распространенных платформ для обучения программированию. Вышла новая линейка Arduino .

1.2.1

Финансово-экономическое обоснование проекта

Для того что бы начать создавать разнообразные электромеханические устройства нужен только сам микроконтроллер и компьютер с USB портом. Компьютер есть практически у всех, а микроконтроллер можно купить по цене от 100 рублей.

В состав электронного конструктора на основе Ардуино уже входит необходимый базовый комплект для конструирования и программирования.

1.2.11

Экология проекта

Исполнение проекта не оказывает отрицательного влияния на экологическую ситуацию.

Реализация проекта.

1.3.1.

Границы проекта

Сделать обязательно

Мы можем сделать

Не должны делать

Научиться собирать схемы
Проверять скетч и загружать на плату (контроллер)

Научиться писать скетч (программу) на основе Ардуино
Собирать робототехническое колесное шасси

( ШРЭК)

Ошибок в синтаксисе скетча

1.3.2.

Методы исследования / реализации проекта

Использованные методы исследования (реализации) проекта

Анкетирование:
Литературный обзор;
Практическая работа, конструирование;

Формулировка выводов.

1.3.3.

Ресурсное обеспечение проекта

Использованные ресурсы / инструменты / оборудование / программное обеспечение

ПК;

Электронный конструктор на основе Ардуино.

Макетная плата;
Батарейные отсеки;
Плата Ардуино совместимого контроллера;
Электронные модули;
Мотор-редуктор

1.3.4.

Финансовое обеспечение
Статьи расходов	Объем затрат		Источники финансирования
Не предусматривается	Не предусматривается	Материальное обеспечение школы

1.3.5.

Использование языка программирования
Язык программирования	Как использовался
Си++	Написание скетч

1.3.6.

Сроки и этапы реализации проекта
Ключевое событие	Дата	Задача
1 этап – подготовительный	23.11-28.11	Разработать содержание, формы и методы
2 этап – практический	01.12-15.01	Апробировать механизм реализации проекта
Модуль 1	01.12.2020	Овладение умениями управлять светодиодом
Модуль 2	08.12.2020	Овладение умениями управлять серводвигателем (тремя светодиодами)
Модуль 3	15.12.2020	Овладение умениями управлять RGB светодиодом
Модуль 4	22.12.2020	Овладение умениями собирать схему, в которой светодиод загорается при нажатии кнопки
Модуль 5	12.01.2021	Овладение умениями собирать схему светофора и запрограммировать алгоритм его работы.
Модуль 6	13.01.2021	Освоить работу с датчиками: термодатчиками.
Модуль 7	15.02.2021	Овладение умениями по сборке робототехнического колесного шасси ( ШРЭК)
3 этап – заключительный	15.02-22.02	Систематизировать и обобщить полученные материалы работы по проекту.

1.3.7.

Коммуникации проекта

Вид коммуникации

Инструменты

Периодичность

Беседы с консультантами, с руководителем проекта;

Сбор письменной информации (анкетирование учащихся школы)

Карандаш, ручка, бумага.

По мере необходимости.

1.3.8.

Проблемы проекта
Наименование проблемы	Причина	Меры реагирования
Отсутствие опыта в программировании и конструировании.	Недостаточный уровень сформированности информационной компетентности и мотивации в процессе изучения программирования.	Приобретение опыта.

Состав проектной и сопроводительной документации
Название документа	Объем (листов А4)
Паспорт проекта.	10 страниц
Презентация	слайдов

1.4 Выводы / рекомендации

Сегодня путем проведения занимательных экспериментов я собрал свою работоспособную электронную схему и написал управляющую программу. При создании Arduino- робота я изучал основы автоматики и робототехники путем проведения занимательных экспериментов . Принцип «от простого к сложному» обеспечил последовательное и эффективное освоение основ программирования и робототехники. Я изучаю язык программирования не стандартным методом и это повышает интерес, мне хочется экспериментировать и видеть результат своей работы.

1.5.Планируемое дальнейшее развитие / внедрение результатов проекта.

В дальнейшем я планирую познакомить со своим проектом всех детей нашей школы.

Хочу приобрести навыки работы в команде.

Я хочу углубленно заняться изучением программирования. Изучить языки высокого уровня.

Содержание проекта.

В базовом курсе информатики на алгоритмизацию и программирование отводится очень мало времени. Овладение даже основами программирования представляется весьма сложным вопросом. Написать программу хоть на каком-нибудь языке могут только ученики профильных классов в школах с углублённым изучением физико-математических дисциплин. С одной стороны, активно развивающиеся информационные технологии «выталкивают» программирование.

Но с другой стороны – олимпиады, различные конкурсы предусматривают наличие у нас хороших навыков формализации различных задач, уверенного владения приемами программирования.

21-столетие это век «цифры», инноваций, кибернетики, робототехники. Поэтому сейчас мы все чаще слышим такое слово, как «программирование». Робототехника, программируемые контроллеры, Arduino— всё это, на мой взгляд, помогает разжечь интерес. Использование Arduino – это изучение языка программирования не стандартным методом.

Что такое «Ардуино», и как это поможет при изучении алгоритмизации и программирования, эти вопросы стали основополагающими в моей проектной работе.

Этапы реализации проекта:

Сроки и этапы реализации проекта
Ключевое событие	Дата	Задача	Методы исследования
1 этап – подготовительный	23.11-28.11	Разработать содержание, формы и методы	Диагностика.
2 этап – практический	01.12-15.01	Апробировать механизм реализации проекта
Модуль 1	01.12.2020	Овладение умениями управлять светодиодом	Работа с интернет – источниками. Опыт. Эксперимент. Анализ.
Модуль 2	08.12.2020	Овладение умениями управлять серводвигателем (тремя светодиодами)	Опыт. Эксперимент. Анализ.
Модуль 3	15.12.2020	Овладение умениями управлять RGB светодиодом	Опыт. Эксперимент. Анализ.
Модуль 4	22.12.2020	Овладение умениями собирать схему, в которой светодиод загорается при нажатии кнопки	Опыт. Эксперимент. Анализ.
Модуль 5	12.01.2021	Овладение умениями собирать схему светофора и запрограммировать алгоритм его работы.	Опыт. Эксперимент. Анализ.
Модуль 6	13.01.2021	Освоить работу с датчиками: термодатчиками.	Опыт. Эксперимент. Анализ.
Модуль 7	15.01.2021	Овладение умениями по сборке робототехнического колесного шасси (ШРЭК)	Опыт. Эксперимент. Анализ.
3 этап – заключительный	15.01-22.01	Сравнительный анализ итогов диагностики на всех этапах проекта. 2. Выявление противоречий и пробелов, определение путей их устранения. 3. Внесение необходимых уточнений и дополнений в программу обучения. 4. Обобщение результатов работы. 5. Представление опыта, полученного в ходе реализации	Документирование. Анализ. Сравнение. Систематизация.

3. Результаты реализации проекта.

Позади 7 модулей, в каждом из которых присутствовал интересный эксперимент, направленный на изучение алгоритмизации и программирования. Все эти модули направлены еще и на получение практических навыков подключения к контроллеру различных электронных устройств и компонентов.

Этапы реализации проекта	Сроки реализации	Результат
Модуль 1	01.12.2020	Умею управлять светодиодом. Мигание светодиода на борту контроллера помогло понять мне принципы составления программного кода.
Модуль 2	08.12.2020	Собираю схему уже с использованием внешнего более крупного светодиода, который будет использоваться в дальнейшем для световой сигнализации в различных электронных схемах.
Модуль 3	15.12.2020	Умею управлять RGB светодиодом (три светодиода). Скетч, который я загрузил, демонстрирует красивые световые эффекты. В этом модуле я экспериментировал и дополнял скетч для получения различных оттенков RGB светодиод.
Модуль 4	22.12.2020	На этом этапе я отрабатывал умение собирать схему, в которой светодиод загорается при нажатии кнопки. Все модули, рассмотренные ранее, управлялись исключительно по заранее заданной программе, и повлиять на этот процесс не было никакой возможности. Однако возникла необходимость управления процессом в реальном времени. Этого я достиг при помощи датчика-кнопки.
Модуль 5	12.01.2021	Овладел умениями собирать схему светофора и запрограммировать алгоритм его работы. Собрал собственный светофор и заставил его работать.
Модуль 6	13.01.2021	Умею собирать схему с термодатчиками. При достижении температуры больше 29 градусов загорался светодиод, а при опускании ниже 29 градусов снова погасал.
Модуль 7	15.02.2021	Сборка робототехнического колесного шасси (ШРЭК). Собрал трехколесное шасси, которое двигается не по прямой линии. Созданный и запрограммированный мною, робот Ардуино танцует.

В результате реализации проекта выяснилось, что робототехника на платформе Arduino позволяет осваивать основы алгоритмизации и программирования. При изучении Робототехники, программируемых контроллеров, Arduino возникает интерес у ребят для того, чтобы начать изучать программирование.

Цель моего проекта была достигнута: Возможности среды Arduino для изучения основ алгоритмизации и программирования исследованы. Я умею самостоятельно конструировать свои знания.

Все поставленные задачи в начале нашего проекта были выполнены: Я научился разрабатывать алгоритмы и реализовывать их на языке программирования Си ++ на основе Arduino.

В результате проделанной работы я пришел к выводу, что робототехника на платформе Arduino располагает всеми возможностями для освоения основ алгоритмизации и программирования.

Используя платформу Arduino, я научился выбирать интересные для меня направления работы, формулировать свои идеи, воплощать их в жизнь, делиться результатами. И на этом моя работа ещё не закончена. В дальнейшем я хочу продолжить изучение языка программирования Си++, для того, чтобы усовершенствовать свою программу на платформе Ардуино, добавить больше новых функций. Мне также интересно познакомится и с другими языками программирования, чтобы шагать в ногу со временем.

4.Глоссарий.

Arduino — торговая марка аппаратно-программных средств для построения и прототипирования простых систем, моделей и экспериментов в области электроники, автоматики, автоматизации процессов и робототехники.

Плата - это платформа, которая состоит из двух основных частей: самой платы (часто называемой микроконтроллер) и программного обеспечения (специальной оболочки для программирования платы).

Скетч - это программа, написанная для платформы Arduino и имеющая определенную структуру.

Светодиод — это устройство, которое представляет собой полупроводниковый прибор, способный излучать свет при пропускании через него электрического тока в прямом направлении (от анода к катоду)

Сервопривод Ардуино (англ. - arduino servo) - устройство с электрическим мотором, которое можно повернуть на определенный угол и оставить в этом положении на определенное время.

RGB светодиод (R – red, G – green, B — blue) – это многоцветный (или полноцветный) светодиод, который может светиться различными цветами благодаря смешиваю 3х цветов (красный, зеленый, синий) различной интенсивности.

ШРЭК - шасси робототехническое « Эвольвектор» колесное

. Использованные литература и источники информации.

Автор	Название	Выходные данные /ссылка	Год издания
Савинский И.Н.	Учебное пособие по изучению программируемых контроллеров на основе АРДУИНО		2020
Джереми Блум	Изучаем Arduino		2019
Интернет-источники;	Что такое Arduino?	https://doc.arduino.ua/
Интернет-источники;	Ардуино - это очень просто!	https://arduino-kit.ru/
Интернет-источники;	Официальный сайт Ардуино	https://all-arduino.ru/