Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije

Transcription

1 UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA Program: Matematika in tehnika Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije DIPLOMSKO DELO Mentor: izr. prof. dr. Slavko Kocijančič Kandidatka: Urška Trošt Somentor: David Riharšič Ljubljana, januar 2009

2

3 Zahvala Zahvaljujem se vsem, ki so mi pomagali in svetovali pri nastajanju diplomskega dela. Posebej se zavaljejam mentorju izrednemu profesorju dr. Slavku Kocijančiču ter somentorju Davidu Rihtaršiču. Zahvaljujem se tudi svoji družini, ki mi je vseskozi stala ob strani. Še posebej sem hvaležna možu Andreju za vso pomoč in podporo.

4

5 Povzetek Diplomsko delo je namenjeno učiteljem tehnike v osnovni šoli kot pripomoček pri pouku Tehnike in tehnologije in pouku izbirnega predmeta Robotika v tehniki. Diplomsko delo je skupek uporabnih nalog, ki jih učenci izvajajo samostojno ali ob pomoči učitelja. Vsi izdelki v diplomskem delu so sestavljeni izključno iz gradnikov sestavljanke Fischertechnik Profi E-Tec in Profi Mehanika + Statika. V vsakem poglavju najdemo nalogo ali več nalog, ki obravnavajo enega ali več učnih ciljev. Naloge so kratke in razumljive. Vedno je prikazana izvedba naloge in na koncu njena rešitev. V prvem delu diplomskega dela je opisana razpoložljiva oprema za poučevanje tehničnih predmetov v osnovni šoli z vsebinami o elektriki, ter pripomočki in oprema, ki so potrebni za izvedbo vseh nalog v diplomskem delu. Srednji del diplomskega dela se navezuje na učno snov 7. razreda predmeta Tehnika in tehnologija. Podrobneje so predstavljene naloge in vsebine o električnem krogu, električnih motorjih, vezjih z več stikali, vezjih z več električnimi krogi in prenosih gibanja. Tretji del diplomskega dela je obsežnejši in vsebuje naloge za izbirni predmet Robotika v tehniki. Naloge so zamišljene kot del projekta in so urejene po korakih od lažjega k težjemu. Pri nalogah uporabljajo učenci računaniški merilno-krmilni vmesnik eprodas-rob1 in program Visual Basic. Učenci se naučijo programirati robota. Ključne besede: sestavljanka Fischertechnik; Tehnika in tehnologija; Robotika v tehniki; Visual Basic; programiranje vmesnika.

6 Using Fischertechnik building blocks interfaced to eprodas-rob1 in teaching Engineering and Technology Abstract Diploma thesis is designed for teachers of technical science in primary schools as a tool in lessons of Engineering and Technology and the optional subject Robotics with Technology. Diploma thesis is a set of applicable tasks, which can be performed by pupils alone or with the help of a teacher. All tasks described in the thesis are constructed exclusively from the building blocks of the Fischertechnik Profi E Tec and Profi Mechanic + Static kits. In each chapter we find one or more tasks, dealing with one or more didactic goals. The tasks are short and clear. Each of them includes description of its realization and at the end its result. The first part of the thesis describes the available equipment for teaching technical science subjects containing electricity in primary school. There are also listed all devices and equipment needed to carry out all tasks in the thesis. The middle part of the thesis is linked to the contents of 7th grade subject Engineering and Technology. Following tasks are thoroughly presented: electric circuit, electric motors, circuits with more switches, multiple circuits and mechanical transmissions. The third part of the thesis is more comprehensive and contains tasks for optional subject Robotics with Technology. The tasks are planned as part of a bigger project and are sorted step-by-step progressively from easier ones to more difficult. To complete the tasks pupils use computer guided control interface eprodas-rob1 and Visual Basic software. Within these tasks pupils learn how to program a robot. Keywords: Fischertechnik building blocks; Engineering and Technology; Robotics with Technology, Visual Basic, Programming Interface

7 Vsebina 1 UVOD MOŽNOSTI ZA POUČEVANJE PREDMETOV Z VSEBINAMI IZ ELEKTRIKE 3 3 OPREMA IN PRIPOMOČKI Zbirka Profi E-Tec Zbirka Profi Mechanic + Static Vmesnik eprodas-rob Program Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition Program Target 3001! VSEBINE O ELEKTRIKI IZ TIT ZA 7. RAZRED Električni krog Preprost električni krog: Električni krog s stikalom Prevodniki in izolatorji Vezja z več stikali Zaporedna vezava stikal Vzporedna vezava stikal Menjalno stikalo Elektromotor Smer vrtenja elektromotorja Menjalno stikalo za spreminjanje smeri vrtenja elektromotorja (električnega toka) ZOBNIŠKI PRENOSI GIBANJA IN UPORABA ELEKTROMOTORJA V TIT Valjasti zobniški pari Polžasto gonilo Zapornica Zobata letev Dvigalo ROBOTIKA V TEHNIKI Prvi koraki programiranja Priključitev vmesnika na osebni računalnik Nastavitev programske opreme za on-line način dela Priključitev vmesnika na elemente Fischertechnik in testni program eprodas-rob Programiranje v razvojnem okolju Visual Basic...53

8 7 PROJEKT: KRMILJENJE ZAPORNICE Z VMESNIKOM Prvo srečanje z robotom zapornico Opis zapornice Vmesnik eprodas-rob1 in testni program StartHere (Visual Basic) Vhodi in izhodi PROGRAMIRANJE ZAPORNICE Krmiljenje semaforja DoutNum Krmiljenje semaforja DoutBit Krmiljenje semaforja programska zanka For-Next Spuščanje in dviganje zapornice DoutDir Samodejno ustavljanje zapornice programska zanka Do-Loop Uporaba signalizacije zapornice pogojni stavek If-Then in časovnik Zapornica s signalizacijo in magnetno kartico Zapornica s signalizacijo, magnetno kartico in varnostnim zapiranjem Popolnoma nov projekt Nekaj nalog za ponavljanje in utrjevanje ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE Priloga 1: Električna shema vezja zapornice Priloga 2: Prilagojena shema vezja zapornice Priloga 3: DVD Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob

9 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 1 Uvod Mladi danes uporabljajo veliko elektronskih naprav in jih pravzaprav zelo dobro obvladajo. Ko začnemo pri pouku tehnike in tehnologije obravnavati elektriko in sorodne teme, pa izgubijo zanimanje. Namen te diplomske naloge je učencem približati vsebine o elektriki, elektroniki in robotiki na njim zanimiv način. To najlažje dosežemo tako, da učenci sami skonstruirajo, povežejo in programirajo naprave s pomočjo izbranih konstrukcijskih zbirk. Večinoma so zbirke s področja elektrike, elektronike in robotike predrage, da bi jih lahko vključili v redni osnovnošolski program. V šolskem letu 2007/08 je Ministrstvo za šolstvo in šport financiralo nakup zbirke Fischertechnik Profi E-tech in Profi Mehanika + Statika. Zbirki sta temelj te diplomske naloge. Pri načrtovanju vseh nalog smo izhajali izključno iz teh dveh zbirk prav zato, da bi učiteljem olajšali iskanje primernih elementov za izvedbo učnega programa. Vmesnik eprodas-rob1, ki smo ga uporabili v poglavju o robotiki in krmiljenju, so razvili na pedagoški fakulteti v okviru projekta ComLab-2 [1] in projekta Narteh, kjer najdemo tudi e-učbenike za izbrane naravoslovno-tehniške predmete [2]. Vmesnik je dostopen tudi osnovnim šolam. Pri poučevanju vsebin iz elektrike smo izhajali iz obsoječega učnega načrta za predmet Tehnika in tehnologija za 7. razred osnovne šole ter delno tudi 8. razreda. Pri tem smo se osredotočili na teme o tehničnih sredstvih: sistemi za prenos različnih oblik energije, sistemi za prenos in spremembo gibanja ter sistemi za sprejemanje, obdelavo in prenos informacij [3]. Naj omenimo še, da v diplomskem delu niso zajeti vsi cilji predmeta TiT v 7. razredu, ampak le tisti, ki se nanašajo na predstavljene vsebine. V učnem načrtu za TiT so tudi vsebine iz računalniškega krmiljenja, ki so lahko že uvod v izbirni predmet Robotika v tehniki. Pri teh urah lahko učence motiviramo za izbirni predmet tako, da jim pokažemo sestavljen model robota in na kratko prikažemo njegovo delovanje. V nadaljevanju bomo pokazali, kako lahko predmet Robotika v tehniki izvedemo s pomočjo projekta. V ospredju tega predmeta je konstruiranje modelov računalniško krmiljenih strojev in naprav s poudarkom na značilnostih robotike. Predmet je naravnan interdisciplinarno [4]. 1

10 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Poučevanje predmeta Robotika v tehniki je oteženo, ker primanjkuje učbenikov s tega področja. V tem diplomskem delu bomo zato našli konkretna in preprosta navodila za izpeljavo tega izbirnega predmeta. Namenjeno je tudi učiteljem z manj izkušnjami s tega področja, da s pomočjo predstavljenih nalog kakovostno izpeljejo pouk iz izbirnega predmeta Robotika v tehniki. Namen diplome je, da v učencih spodbudimo zanimanje za tehniko, elektriko, elektroniko in robotiko. Menimo, da so vsebine predstavljene na tak način, da učencem vzbudijo zanimanje. Pri tem pa je nepogrešljivo vodenje učencev, saj so predvsem vsebine zadnjih dveh poglavij prezahtevne, da bi se učenci lahko lotili nalog brez vodstva učiteljev. Zato je diplomsko delo v prvi vrsti namenjeno učiteljem kot priročnik za poučevanje. 2

11 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 2 Možnosti za poučevanje predmetov z vsebinami iz elektrike Učitelji se pri poučevanju obveznega predmeta Tehnika in tehnologija in ostalih izbirnih predmetov: Robotika v tehniki, Elektrotehnika in Elektronika z robotiko srečujejo z veliko ovirami. Največja je gotovo slaba opremljenost šol in pomanjkanje materialnih sredstev za izvedbo izbirnih predmetov in nekaterih tem iz tehnike in tehnologije. Na trgu obstaja kar nekaj zbirk, s katerimi bi lahko izvajali učne načrte tehničnih predmetov. Poznana je zbirka Lego oziroma bolj specifična Legomindstorms [5]. Zbirka vsebuje veliko kosov legokock, s katerimi lahko sestavimo več različnih manjših robotov. Žal pa ima zbirka veliko pomanjkljivost, ker je nezdružljiva s komponentami zunaj zbirke. Na vmesnik ne moremo priključiti poljubnih elektronskih gradnikov, senzorjev, stikal idr. Ima tudi omejeno število vhodov in izhodov (Slika 2.1). Slika 2.1: Mini računalnik NXT zbirke Legomindstorms z vsemi vhodnimi in izhodnimi enotami [5] Ugotovimo lahko, da je prenos znanja in učenje novih spretnosti v veliki meri oteženo. Ker je tudi programsko okolje specifično, se otroci ne morejo veliko naučiti o elektroniki, konstrukciji, mehanskih sistemih in podobno. Tudi ostali gradniki te sestavljanke so izdelani tako, da učenci sestavijo model v nekaj minutah po navodilu in ne omogočajo ustvarjanja novih modelov, ki bi izhajali iz otrokovih idej [6]. Druga konstrukcijska zbirka Fischertechnik ima tudi nekaj pomanjkljivosti, vendar je njena prednost, da je združljiva tudi s poljubnimi komponentami. Na njihov vmesnik ROBO interface lahko vežemo več vhodno-izhodnih enot. Ker je vmesnik velik, je tudi precej težak, 3

12 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 zato mobilni robot zelo hitro izrabi baterijo kot vir napajanja (Slika 2.2). V primerjavi s prejšnjo zbirko lahko gradnike Fischertechnik uporabimo za več različnih namenov, saj jih lahko poljubno sestavljamo in kombiniramo. Slika 2.2: Vmesnik ROBO zbirke Fischertechnik [7] Vtikače iz zbirke Fischertechnik preprosto prilagodimo tudi za druge vmesnike, kot je eprodas-rob1 [8]. Vsi senzorji, stikala, elektromotorji in drugi elementi so povezani z vodniki, ki jih lahko priklopimo na vmesnik (Slika 2.3). Slika 2.3: Vmesnik eprodas-rob1, razvit na pedagoški fakulteti [8] Že na prvi pogled lahko opazimo, da ima vmesnik eprodas-rob1 veliko več priključkov (vhodnih in izhodnih enot). 4

13 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Vmesnik je primeren za uporabo v osnovni šoli za otroke nad 12 let. Uporablja pa ga lahko kdorkoli, ki se zanima za elektroniko in robotiko, najsi bo začetnik ali ima že izkušnje. Če ga združimo s konstrukcijsko zbirko, kot je Fischertechnik, pa lahko izvajamo veliko več projektov in dejavnosti. Skonstruiramo lahko robote, ki so zelo podobni industrijskim robotom, mobilne robote. Napravimo lahko modele različnih naprav iz vsakdanjega in industrijskega okolja (recimo model garažnih vrat ali robotske roke) [6]. Otroci naj pri načrtovanju, konstruiranju, povezovanju, razreševanju problemov in uporabi tehnologij ne bodo omejeni na skupek skromnih možnosti delovanja. Pomanjkljivost zaključenih konstrukcijskih zbirk je ravno v tem, da lahko učenci rešijo in»sestavijo«zgolj predlagane naloge in probleme po načelu»plug and play«(priklopi in igraj), pri katerih ne sme biti velikih odstopanj. Ko se soočimo s popolnoma novim problemom, pa se pogosto zgodi, da konstrukcijske zbirke sploh ne omogočajo novih rešitev. Kadar so otroci ali odrasli sposobni rešiti nek povsem nov problem, to zelo dobro vpliva na njihovo motivacijo in čutijo se sposobne izvesti dokaj zahtevne projekte. Otroci se pri takem delu naučijo samostojno reševati probleme. Učitelj jih vodi skozi potrebne faze: zbiranje, analiza in organizacija informacij, posredovanje idej in informacij, načrtovanje in organizacija dejavnosti, uporaba različnih tehnik izdelave, razreševanje problemov, uporaba računalniških tehnologij [9]. Druga ovira, ki se pojavlja pri poučevanju tehničnih predmetov, pa je»strah«učiteljev pred poučevanjem izbirnih predmetov Elektrotehnika, Robotika v tehniki in Elektronika z robotiko. Pogost je očitek, da za te predmete ni učbenikov, delovnih zvezkov in drugih gradiv. Zato so ti predmeti okrnjeni le na izvajanje interesnih dejavnosti, pri katerih se učitelji in učenci pogosto poslužujejo že izdelanih zbirk. Da bi zapolnili pomanjkanje literature na tem področju, so študenti pod mentorstvom dr. Kocijančiča naredili diplomske naloge, ki služijo učiteljem kot učni pripomočki. Diplomske naloge so dostopne na spletnem naslovu [10]. Samo Meden je izdelal diplomsko delo z naslovom Elektrotehnika, izbirni predmet v osnovni šoli. Gorazd Šantej je izdelal diplomsko delo z naslovom Elektronika z robotiko izbirni predmet v osnovni šoli. 5

14 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Interesne dejavnosti in tehnični predmeti Nekateri učitelji izvajajo interesne dejavnosti iz robotike in elektronike. Pri tem uporabljajo sistem Lego Mindstorms. Najpomembnejši del je mini računalnik RCX s senzorji, s pomočjo katerih robot zaznava okolje. Otroke in njihove starše so pritegnili k sodelovanju z organizacijo tekmovanj Legobum na več ravneh [11]. V Šolskem centru Velenje so tudi tekmovanja Robosled in Robobum [12]. Danes je omogočeno učenje na daljavo prek spletnih učilnic ali interaktivnih strani. 6

15 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 3 Oprema in pripomočki V tem poglavju so predstavljeni materialni pripomočki in programska oprema, ki je potrebna za izvedbo nalog v drugem delu diplomskega dela. Predstavljene so zbirke Fischertechnik Profi E-Tec, Profi Mehanic + Static, vmesnik eprodas-rob1 ter programa Visual Basic 2008 Express Edition in Target 3001!. To poglavje je namenjeno učiteljem, da spoznajo vso materialno in programsko opremo, preden začnejo delati z učenci. Vse omenjene programe je potrebno predhodno namestiti na vse računalnike, ki jih uporabljajo učenci. 3.1 Zbirka Profi E-Tec Zbirka vsebuje električna vezja, elektromehansko in elektronsko krmiljenje. S pomočjo delujočih modelov je, po korakih, razložen način delovanja npr. vzporedne in zaporedne vezave stikal ali krmiljenja semaforjev (Slika 3.1). V ta namen je priložen mikrokrmilnik E- Tec, v katerem je že vpisanih osem različnih programov za krmiljenje npr. protivlomnega alarma s piskačem, sušilca rok s svetlobno zaporo ali garažnih vrat z magnetnim senzorjem. Vmesnik ima tri vhode za digitalne senzorje, npr. stikalo, fototranzistor ali magnetni senzor in izhod za motor ali dve žarnici [7]. Vmesnika E-Tec v diplomskem delu ne uporabljamo, ker ne ponuja možnosti programiranja. Slika 3.1: Zbirka Profi E-Tec [7] 7

16 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Zbirka vsebuje delovni priročnik [13] ter elektronske gradnike: mini motor, dve žarnici, vmesnik E-TEC, tri stikala, vodnike, svetlobno zaporo (fototranzistor in žarnico z usmerjeno svetlobo), magnetni senzor, trajni magnet in piskača (Preglednica 3.1). Skupaj z drugimi gradniki vsebuje zbirka 260 sestavnih delov. V navodilih za sestavljanje je predstavljenih dvanajst modelov [14]. Preglednica 3.1: Pregled elektronskih gradnikov zbirke Profi E-Tec [14] vodnik vtikača žarnica žarnica z lečo fototranzistor elektromotor stikalo piskač magnet magnetno stikalo 3.2 Zbirka Profi Mechanic + Static Zbirka je temeljni tehnološki konstrukcijski komplet za vse bodoče tehnike, strojne in druge inženirje. Opisani modeli predstavljajo npr. menjalnik, planetarni prenos, avtomobilske brisalce, trden most in druge modele (Slika 3.2). Zbirka vsebuje delovni priročnik [15] ter elektronske gradnike: mini motor, stikalo, vodnike in ohišje za 9-vatno baterijo glejte zgornjo preglednico (Preglednica 3.1). Skupaj z drugimi gradniki vsebuje zbirka 500 sestavnih delov. V navodilih za sestavljanje je predstavljenih 30 modelov [16]. 8

17 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 3.2: Zbirka Profi Mehanika + Statika [7] 3.3 Vmesnik eprodas-rob1 Vmesnik eprodas-rob1 je večnamenski in cenovno ugodni vmesnik. V nasprotju s prej predstavljenimi malimi računalniki iz konstrukcijskih zbirk je posebnost tega vmesnika, da ponuja odprte možnosti za izbiro vhodnih in izhodnih komponent in programske opreme. Komponente so torej lahko DC motorji, servo motorji, koračni motorji, različni senzorji (svetlobni, zvočni in drugi), luči, grelci, LCD enote in drugi moduli. Vmesnik lahko programiramo v različnih okoljih: MS Visual Basic, Delphi, Bascom, LabView [6]. Več o programskem jeziku Bascom si preberite na spletni strani [17]. Tehnični podatki 16-bitni AVR mikroprocesor LPT komunikacijska vrata za povezavo z računalnikom ali USB povezava 8 močnostnih izhodov Port C 4 digitalni vhodi B0 do B3 (ali stikala od S1 do S4) 20 programabilnih vhodno-izhodnih enot A0 A3 A4 A7 D0 D7 digitalno-analogni vhodi digitalno-analogni vhodi in digitalni izhodi digitalni vhodi in digitalni izhodi (3 pini) Port D (14 pinov) za povezavo z LCD prikazovalnikom in drugimi integriranimi vezji napajanje preko AC/DC adapterja nastavimo na baterijo s 7,5 V ali uporabimo 6 AA baterijo 9

18 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Če vas zanimajo natančnejši tehnični podatki, si oglejte spletno stran [18]. 3.4 Program Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition Vmesnik programiramo v programskem okolju Visual Basic. Razlogov za izbiro programskega okolja Visual Basic je več. Eden izmed njih je prav gotovo njegova cena. Program Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition je namreč brezplačna različica, ki jo lahko presnamemo s spletne strani [19]. Ta različica povsem zadošča našim potrebam, ne nazadnje nam omogoča tudi izdelavo XXX.exe datotek. Poleg tega je program zelo primeren za začetnike na področju programiranja. Programsko okolje je uporabniško zelo preprosto. Vse naloge iz programiranja v diplomskem delu so napisane v programu MS Visual Basic 2008 Express Edition. V Prilogi 11.3 se nahaja seznam vsebine priloženega DVD-ja, na katerem so zapisani vsi projekti iz programiranja, ki so predstavljeni v diplomskem delu. Vse projekte lahko uporabite kot osnovo za nove projekte, saj programske ukaze lahko enostavno presnamete in prilepite na želeno mesto. Več o programu si preberite v poglavju 6.1 Prvi koraki programiranja. 3.5 Program Target 3001! TARGET 3001! je program, ki združuje več različnih funkcij v procesu razvoja elektronskih vezij, a ni sestavljen iz posebnih samostojnih modulov. Ves proces načrtovanja teče v istem programu. V ceno programa so vključena močna orodja, ki omogočajo risanje električnih in elektronskih shem, električno simulacijo na narisanem vezju, načrtovanje tiskanih vezij in pripravo datotek za njihovo izdelavo in drugo. Osnovna različica programa je brezplačna in je omejena na uporabo 400 pinov, kar povsem zadošča za rabo v šoli. Program lahko presnamemo s spletne strani [20]. Več o programu in risanju shem si preberite v diplomskem delu J. Meleta [21] ali [10]. Vse električne sheme v diplomskem delu so narisane v programu Target3001! V Prilogi 11.3 se nahaja seznam vsebine priloženega DVD-ja, na katerem so zapisane vse električne sheme, ki so prikazane v diplomskem delu. Že izdelane sheme vam bodo v pomoč pri načrtovanju novih, saj lahko celotno shemo ali le posamezen element presnamete v novo datoteko. 10

19 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 4 Vsebine o elektriki iz TiT za 7. razred Električna energija nas obdaja tako rekoč povsod, ker so od nje odvisne vse električne naprave. Učenci spoznavajo učinke električnega toka s pomočjo modelov in naprav pri pouku tehnike in tehnologije v 7. razredu osnovne šole. V uvodni uri o elektriki se z učenci pogovorimo o električnih napravah okoli nas. Nato že lahko sledi poglavje o električnem krogu. Na tem mestu opozarjamo, da so naloge v tej diplomi zamišljene kot dopolnilo ostalim učbenikom in delovnim zvezkom. V nalogah so zajeti le operativni učni cilji, ki se nanašajo na uporabo sestavljanke Fischertechnik pri pouku predmetov Tehnika in tehnologija in Robotika v tehniki. Vse naloge v poglavju o elektriki so zasnovane tako, da jih učenci v čim večji meri naredijo samostojno. Za izvedbo vseh nalog iz poglavja Elektrika potrebujemo samo Konstrukcijsko zbirko Profi E-Tec Fischertechnik in je ni potrebno dopolnjevati z drugimi. Splošni cilji predmeta Tehnika in tehnologija [3]: učenci raziskujejo, odkrivajo, spoznavajo, oblikujejo, konstruirajo in gradijo preproste tehnične predmete; opazujejo, preizkušajo, razčlenjujejo, primerjajo in razumevajo sestavine tehničnih predmetov, procesov v njih in njihovo delovanje; z eksperimentiranjem, poustvarjanjem, ustvarjanjem, konstruiranjem, načrtovanjem in vrednotenjem dela rešujejo tehnične in tehnološke probleme ter pri tem razvijajo ustvarjalne sposobnosti; upoštevajo pravila za varno delo; ob uporabi računalniške tehnologije razvijajo in urijo delovne spretnosti; pri načrtovanju in projektiranju, razčlenjevanju, gradnji in vrednotenju se učijo samostojno izražati zamisli s skiciranjem, branjem in risanjem tehnološke dokumentacije (električnih shem) ter ustnega in pisnega sporočanja; uporabljajo ročna in računalniška grafična orodja; ob delu gojijo kulturo odnosov in sodelovanja v skupini, učijo se odgovornosti, gospodarno izrabljati čas, gradiva in energijo, natančnosti in reda; spoznavajo svoje sposobnosti in nagnjenja ter jih usmerjajo v ustvarjalno delo v poklicu in prostem času. 11

20 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Električni krog Operativni učni cilji [3] : opišejo električni krog z virom napetosti, stikalom in porabnikom; ugotovijo, kateri pogoji morejo biti izpolnjeni, da v električnem krogu teče elektrika; razložijo namen in delovanje stikala v električnem krogu Preprost električni krog: Električni tok teče samo v sklenjenem električniem krogu. Pogledali si bomo nekatere učinke električnega toka. Naloga: Sestavite preprost električni krog z virom napetosti in porabnikom žarnico. Narišite tudi shemo. Kako vemo, da po žicah teče električni tok? Izvedba: Potrebujemo vir napetosti baterijo in porabnika (žarnica) ter vodnike. V zbirki Profi E-Tec [13] imamo na voljo 9-vatno baterijo, ki jo vstavimo v priloženo ohišje (Slika 4.1) Slika 4.1: Baterija v ohišju 12

21 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Narišemo shemo (Slika 4.2), nato sestavimo še vse komponente in dobimo sklenjen električni krog. Napis v oklepaju pod sliko je ime datoteke Target 3001!, v kateri se nahaja električna shema (glej Prilogo 11.3) V Slika 4.2: Shema preprostega električnega kroga (elekt-krog) Rezultati in ugotovitve: Električni krog deluje, kar pokažemo z žarnico, ki zasveti (Slika 4.3). Slika 4.3: Baterija in žarnica v električnem krogu Dodatna naloga: Eden od elementov električnega kroga (žarnica, vodniki, baterija) ima napako, zato žarnica ne sveti. Kako ugotovimo, kateri element je to? 13

22 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Namig: Dodatno moramo imeti sestavljen delujoči krog, v katerega nato enega za drugim vstavljamo elemente nedelujočega kroga. Take napake se pogosto dogajajo, zato je smiselno, da se učenci čim prej samostojno lotijo reševanja težav Električni krog s stikalom Nekoliko nerodno je, če žarnico prižigamo in ugašamo tako, da vsakič izvlečemo vtikače. Za lažje prižiganje in ugašanje žarnice bomo dodali stikalo. Naloga: Vezju iz prejšnje naloge dodajte še stikalo in narišite shemo. Izvedba: Vezavi iz prejšnje naloge dodamo stikalo (Slika 4.4). Preberite še pojasnilo o stikalih Fischertechnik na koncu podpoglavja. S 9 V Slika 4.4: Električni krog z žarnico in stikalom (elekt-krog1) Rezultati in ugotovitve: Žarnico sedaj vključimo oz. izključimo veliko hitreje in bolj preprosto s pritiskom na stikalo. Možna pa je tudi nekoliko drugačna vezava. Učence opozorimo tudi na drugo možnost in naj jo poskusijo poiskati sami (Slika 4.5). 14

23 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Pri spodnji shemi smo zamenjali lego stikala in žarnice. Pri tej nalogi naj učenci ugotovijo, da ni pomembno, kje leži stikalo, pomembno je, da prekine oziroma sklene električni krog (Slika 4.6). S 9 V Slika 4.5: Električni krog s stikalom in žarnico (elekt-krog2) Slika 4.6: Razklenjeno in sklenjeno stikalo Pojasnilo o stikalih v zbirki Fischertechnik: Vsa stikala v zbirki so menjalna stikala s tremi priključki. En priključek ima stalen stik, med drugima dvema pa se stik menja. V shemah rišemo navadna stikala, uporabljamo pa menjalno stikalo Fischertechnik. Ta stikala so pravzaprav tipkala, saj se po pritisku vrnejo v prvotno stanje. V nalogi uporabimo samo dva priključka, t. i. delovno stikalo, ki s pritiskom na stikalo prižge žarnico; to sta priključka 1 in 3. Priključek 2 pustimo nepovezan. Za boljše razumevanje je spodaj dodana shema, ki ponazarja, kako vežemo menjalno stikalo v električni krog (Slika 4.7). V nadaljevanju tega ne bomo več omenjali in se razume, da če 15

24 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 imamo v vezju navadno stikalo, uporabljamo menjalno stikalo Fischertechnik kot delovno stikalo. 9 V Slika 4.7: Menjalno stikalo in shema električnaga kroga z menjalnim stikalom Primer mirovnega stikala je opisan v delovnem priročniku [13], in sicer za hladilnik: lučka se prižge, kadar stikalo ni prižgano; kadar vrata hladilnika ne pritiskajo na stikalo. V tem primeru povežemo priključka 1 in 2. Dodatne naloge 1. Stikalo Fischertechnik je tipka s tremi priključki. Kako lahko spremenimo stikalo, da nam ni potrebno tipke ves čas držati? To je, da iz tipkala naredimo stikalo. Rešitev: Pogledamo navodila za sestavljanje osvetlitve stopnišča [14] (Slika 4.8). Slika 4.8: Stikalo, ki ga ni potrebno držati 16

25 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 2. Sestavite model žepne svetilke. Pri tem pazimo, da pravilno povežemo priključke stikala. Narišite shemo. Rešitve so v navodilih za sestavljanje. Shema je Slika Sestavite model hladilnika z notranjo osvetlitvijo, ki sveti, kadar so vrata odprta. Rešitve so v navodilih za sestavljanje. 4.2 Prevodniki in izolatorji Nekatere snovi prevajajo električni tok zelo dobro, druge slabše, nekatere pa sploh ne. Učni cilj Učenci razlikujejo med električnimi prevodniki in izolatorji. Naloga: Sestavite vezje, s katerim boste lahko preizkusili prevodnost materialov. Takšno napravo imenujemo 'preizkuševalec stika'. Izpolnite preglednico Preglednica 4.1: Prevodniki in izolatorji. Namig: V prejšnji nalogi je žarnica svetila, ko je bil električni krog sklenjen. Če bi izpulili en vtikač, bi žarnica prenehala svetiti. Vodniki torej dobro prevajajo električni tok. Kaj se zgodi, če damo vmes še kakšen drug material? Izvedba: Potrebujemo baterijo, žarnico, vodnike in predmete iz različnih materialov. Namesto žarnice lahko uporabite tudi piskač. Kadar je sklenjen električni krog, bo piskač oddajal zvočni signal. V pomoč vam bo spodnja shema (Slika 4.9). 17

26 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana V Slika 4.9: Shema preizkuševalca stika (piskac) Na spodnji sliki je prikazan nekoliko drugačen preizkuševalec stika kot v konstrukcijski sestavljanki. Prikazani preizkuševalec stika je bolj preprost. Na sliki (Slika 4.10) preizkušamo prevodnost umetne snovi, iz katere je narejena ščipalka za perilo. Namesto ščipalke položimo med priključka še druge materiale. Slika 4.10: Preizkuševalec stika Rezultati in ugotovitve: Če piskač ne piska, pomeni, da material ne prevaja električnega toka. Rešite preglednico Preglednica 4.1 (pravilen odgovor označite s križcem): 18

27 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Preglednica 4.1: Prevodniki in izolatorji [22] MATERIAL PREVODNIK IZOLATOR guma baker umetna snov (akril) steklo grafit jeklo slana voda stiropor porcelan papir les Rešitev: Prevodniki so baker, grafit, jeklo in slana voda. 4.3 Vezja z več stikali Preberite si še pojasnila o stikalih Fischertechnik v poglavju Učni cilji: učenci na izbranih primerih ugotovijo potrebo po zaporedno vezanih stikalih; razložijo delovanje vezja z dvema zaporedno vezanima stikaloma; na izbranih primerih ugotovijo potrebo po vzporedno vezanih stikalih; razložijo delovanje vezja z dvema vzporedno vezanima stikaloma; narišejo sheme različnih vezav; na izbranih primerih ugotovijo potrebo po menjalnemu vezju; razložijo delovanje menjalnega vezja. 19

28 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Zaporedna vezava stikal Nekatere naprave pričnejo delovati šele, ko sta stisnjeni obe stikali, sicer pa ne. Tako je zaradi varnosti. Naloga: Naredite model vezave s konstrukcijsko sestavljanko, ki deluje samo, kadar sta sklenjeni obe stikali. Narišite shemo vezave. Nato rešite preglednico stanj. Izvedba: Potrebujemo baterijo, dve stikali, žarnico in vodnike. Vezavi stikal na shemi pravimo zaporedna vezava. (Slika 4.11 in Slika 4.12). S2 S1 9 V Slika 4.11: Shema dveh zaporedno vezanih stikal (stikala-zaporedno) Slika 4.12: Zaporedno vezani stikali 20

29 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Rezultati in ugotovitve: Izpolnite preglednico (Preglednica 4.2) stanj stikal in žarnice, ki ponazarja delovanje naprave. Legenda: vključeno stikalo 1 izključeno stikalo 0 žarnica sveti 1 žarnica ne sveti 0 Preglednica 4.2: Stanja zaporedno vezanih stikal in delovanje žarnice stikalo 1 stikalo 2 žarnica Rešitev: Preglednica 4.3: Rešitve stikalo 1 stikalo 2 žarnica Primeri naprav z zaporedno vezavo stikal: pralni stroj za začetek programa, stroji v proizvodnji, ki jih je potrebno zaradi varnosti vključiti z obema rokama. 21

30 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Vzporedna vezava stikal Žarnica v avtomobilu gori, kadar so vrata odprta, in ugasne, ko so zaprta vsa vrata. Imamo dve stikali (za dvoje vrat), ki prižigata in ugašata luč v avtomobilu. Če so vrata zaprta, luč ne gori, sicer pa [15]. Naloga: Naredite model take vezave s konstrukcijsko sestavljanko in narišite shemo vezave. Nato izpolnite še preglednico stanj. Izvedba: Potrebujemo baterijo, dve stikali, žarnico in vodnike. Vezavi stikal na shemi pravimo vzporedna vezava (Slika 4.13 in Slika 4.14). S2 S1 9 V Slika 4.13: Shema vzporedno vezanih stikal (stikala-vzporedno) 22

31 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 4.14: Vzporedno vezani stikali Rezultati in ugotovitve: Izpolnite preglednico (Preglednica 4.4) stanj stikal in žarnice, ki ponazarja delovanje naprave. Legenda: vključeno stikalo 1 izključeno stikalo 0 žarnica sveti 1 žarnica ne sveti 0 Preglednica 4.4: Stanja vzporedno vezanih stikal in delovanje žarnice stikalo 1 stikalo 2 žarnica Rešitev: Preglednica 4.5: Rešitev stikalo 1 stikalo 2 žarnica

32 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Primeri naprav z vzporedno vezavo stikal: luči v avtomobilu, osvetlitev GSM telefonov, prižiganje naprav (televizorja, radia) z daljinskim in navadnim upravljanjem Menjalno stikalo Na stopnišču imamo luč, ki jo lahko prižgemo v pritličju in ugasnemo v 1. nadstropju in obrnjeno. Lahko pa jo prižgemo in ugasnemo samo v pritličju ali samo v nadstropju. Naloga: Naredite model stopniščne razsvetljave. Narišite shemo vezja in na shemi določite smer toka. Izvedba: Imamo torej žarnico in menjalni stikali ter seveda vir napetosti. Model svetilke sestavimo po konstrukcijskih navodilih [14]. Z vodniki povežemo elemente, kot je prikazano na shemi (Slika 4.15). Pri tej nalogi uporabimo vse tri priključke menjalnega stikala. S1 S2 9 V Slika 4.15: Shema menjalnega stikala na stopnišču (stikalo-stopnisce) 24

33 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 4.16: Stopniščna razsvetljava z menjalnim stikalom Primeri uporabe: vse vrste razsvetljave, kjer prižigamo ali ugašamo na dveh mestih. Vprašanje: Ali se smer toka skozi žarnico menja glede na stanje stikal? Odgovor: Tok skozi žarnico teče vseskozi v isto smer ne glede na stanje stikal. Teče od pozitivnega pola napetosti k negativnemu. Pojasnilo: V delovnem priročniku [13] in v navodilih za sestavljanje [14] je drugačna shema električnega vezja, kot ga prikazuje Slika Shemi v priročniku predstavljata menjalno stikalo, ki spreminja smer toka skozi porabnika. Pri razsvetljavi smer toka ni pomembna, tako kot je pri elektromotorju, zato lahko uporabimo preprostejše menjalno stikalo. Omenjeno shemo pa bomo obravnavali v naslednjem poglavju. 25

34 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Elektromotor Učni cilji: učenci preverijo odvisnost vrtenja enosmernega motorčka od napetosti in polaritete priključkov vira; uporabijo menjalno vezje za spreminjanje smeri vrtenja elektromotorja in razložijo delovanje vezja Smer vrtenja elektromotorja Pomemben električni porabnik je elektromotor. Ko motor povežemo z virom napetosti, se prične vrteti. Elektromotor lahko zavrtimo v eno ali drugo smer. Naloga: Sestavite električno vezje z elektromotorjem, narišite shemo in ugotovite, v katero smer se vrti elektromotor. Na shemah še dorišite smer električnega toka. Nato zamenjajte priključka na bateriji. Kaj opazite? Izvedba: Potrebujemo elektromotor, baterijo, gradnik kvader in vodnike. Da bomo laže opazovali vrtenje motorja, dodamo propeler, ki ga namestimo na polža, ki ga žene motor (Slika 4.17). Motor povežemo z virom napetosti in sklenemo električni krog. 26

35 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 4.17: Opazovanje smeri vrtenja elektromotorja I V Slika 4.18: Shema motorja (motor-1) Rezultati in ugotovitve: Pred sklenitvijo električnega kroga ne vemo, v katero smer se bo motor zavrtel. Ko zamenjamo pola električne napetosti (pola baterije), se začne motor vrteti v drugo smer. Smer vrtenja motorja določa smer električnega toka skozi njega. Narišite shemo (Slika 4.19). 27

36 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 I + - Zamenjamo 9 V polariteto! Slika 4.19 : Shema motorja (motor-2) Dodatna naloga: Ker se motor vrti z visokim številom vrtljajev na minuto, težko opazujemo smer vrtenja. Motor pri taki hitrosti tudi ne zmore dvigovati težjih bremen. To nalogo lahko znova rešimo, ko bomo obravnavali zobniške prenose. Na motor bomo dali reduktor in znova opazovali vrtenje Menjalno stikalo za spreminjanje smeri vrtenja elektromotorja (električnega toka) Motorju iz prejšnje naloge smo spreminjali smer vrtenja s prestavljanjem vtikačev, kar je zelo zamudno. Potrebovali bi vezje, da bi bolj preprosto krmilili motor. Naloga: Naredite vezje, s katerim lahko krmilite smer vrtenja elektromotorja. Nato izpolnite preglednico stanj stikal. Izvedba: Uporabite dve menjalni stikali, elektromotor, baterijo in vodnike. V pomoč vam bo shema (Slika 4.20). Smer vrtenja elektromotorja najlaže opazujemo, če namestimo nanj propeler, kot je prikazano na sliki (Slika 4.21). 28

37 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Stikala so obrnjena navzgor, da lahko laže preverimo vsa stanja stikal. Upoštevajte, da smeri vrtenja motorja ne moremo določiti vnaprej! Smer vrtenja motorja vedno določamo na podlagi opazovanja. 9 V S1 S2 Slika 4.20: Shema motorja z menjalnim stikalom motor miruje (motor-menjalno) Slika 4.21: Motor z menjalnim stikalom Rezultati in ugotovitve: Izpolnite tabelo stanj (Preglednica 4.6). Pri tem upoštevajte legendo. Smer vrtenja motorja opazujemo pred propelerjem. Če se bo vrtel v smeri urinega kazalca, zapišemo»urno«, v nasprotnem primeru pa»protiurno«. 29

38 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Legenda: stikalo priključeno na pozitivni pol vira 1 stikalo priključeno na negativni pol vira 0 motor se vrti urno A / protiurno B 1A; 1B motor miruje 0 Preglednica 4.6: Stanja stikal in motorja z menjalnim stikalom stikalo 1 stikalo 2 motor Preglednica 4.7: Rešitev stikalo 1 stikalo 2 motor A ali 1B 1 0 1B ali 1A Ugotovimo, da motor miruje, če sta obe stikali bodisi nesklenjeni ali sklenjeni. Kadar sta stikali v različnih stanjih, pa se motor vrti (Slika 4.22 in Slika 4.23). Na ta način preprosto krmilimo motor. 30

39 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 9 V S1 I S2 Slika 4.22: Shema motorja z menjalnim stikalom motor se vrti (motor-menjalno01) 9 V S1 I S2 Slika 4.23: Shema motorja z menjalnim stikalom motor se vrti (motor-menjalno10) Vprašanje: Ali lahko namesto motorja uporabimo tudi žarnico? Ali je smer toka pri žarnici pomembna? Odgovor: Namesto motorja lahko uporabimo tudi žarnico. Smer toka pri žarnici ni pomembna. Naštejte nekaj primerov uporabe menjalnega stikala. Odgovor: Žarnica, dvigalo, zapornica, avtomobilček... 31

40 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Zobniški prenosi gibanja in uporaba elektromotorja v TiT V prejšnjem poglavju smo videli, da se motor vrti zelo hitro in da komaj lahko vidimo, v katero smer se vrti. Število vrtljajev elektromotorja bi morali zmanjšati. Tudi za delovanje nekaterih naprav moramo število vrtljajev motorja zreducirati. Pri tem uporabimo dva ali več zobnikov. Takemu sestavu zobnikov pravimo reduktor [23]. Včasih želimo število vrtljajev tudi povečati. Računanju prestavnih razmerij se bomo posvetili v nadaljevanju. Za izvedbo nalog v tem poglavju potrebujemo konstrukcijsko zbirko Profi Mechanic + Static, razen pri konstrukciji zadnjih dveh modelov zapornice in dvigala, ko potrebujemo zbirko Profi E-Tec. Učni cilji: učenci ugotovijo, da morajo za delovanje nekaterih naprav zmanjšati število vrtljajev motorja; opišejo zobniški par v ubiranju in ločijo pogonski in gnani zobnik; opišejo polžasto gonilo; izrazijo prestavno razmerje z razmerjem obsegov oziroma polmerov. Naloga 1: Na izhodnem polžu motorja naj visijo na vrvici različno težke uteži. Poženite motor in opazujte, kaj se dogaja. Izvedba: Na izhodni polž motorja namestite vrvico in jo pritrdite, da se ne zvrti. Na koncu vrvice namestite pladenjček (lonček), v katerega dodajate uteži. Uteži so lahko vijaki in matice. Primer izvedbe predstavlja Slika 5.1. Sprva poženite motor brez uteži, nato jih začnite dodajajti. 32

41 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 5.1: Motor dviguje breme brez reduktorja Rezultati in ugotovitve: Motor brez uteži hitro dvigne pladenj. Vidimo tudi, da ga dvigne prehitro, saj pladenj dobesedno izstreli. Ko dodamo manjšo utež, jo sicer dvigne, a pade nazaj dol, ko motor izklopimo. Ko dodamo več uteži, motor ne zmore več dvigovati bremena. Naloga 2: Namestite na motor še reduktor, vklopite motor in opazujte, kako dviguje bremena. Izvedba: Na izhod polža motorja namestimo reduktor iz sestavljanke (Slika 5.2). Vrvico zataknemo med navoj, da se ne zvrti okoli osi. Zdaj poskusimo dvigniti breme, ki ga v nalogi 1 motor ni več zmogel dvigniti. Slika 5.2: Motor dviguje breme z reduktorjem 33

42 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Rezultati in ugotovitve: Vrvica, na kateri visi pladenj, se zdaj vrti počasneje, vendar breme dvigne. Ugotovimo, da reduktor zmanjša število vrtljajev motorja v minuti in omogoči, da ta dviguje precej težja bremena. Ugotovimo tudi, da dvignjeno breme ne pade več navzdol, ko izklopimo vtikač. Razlaga sledi v naslednjem poglavju. (Lahko se zgodi, da vrvico sicer potegnemo navzdol, če kolesce ni dovolj močno pritrjeno na os, vendar vidimo, da se zobniki ne premikajo). Poglejte si video motor-reduktor.avi. Vprašanje: Kaj naredimo, da se pladenj spet spusti? Odgovor: Zamenjamo vtiča na motorju (zamenjamo pola napetosti), motor se prične vrteti v drugi smeri in pladenj se spusti navzdol, nato pa ga vnovič dvigne. Kako deluje reduktor in zobniški prenosi, bomo ugotovili v naslednjem poglavju. Ugotovili smo, da nekatere naprave delujejo le, če zmanjšamo število vrtljajev motorja. Za lažje razumevanje si bomo zobniške prenose ogledali najprej na enostavnih modelih, ki se jih poganja z roko in šele nato z motorjem. 5.1 Valjasti zobniški pari Sestavili bomo zobniška gonila. Kot že ime pove, bomo delali z zobatimi kolesi. Z njimi bomo prenesli krožno gibanje in spremenili smer vrtenja. Naloga 1: Želimo zmanjšati število vrtljajev v danem času in obenem doseči, da zobniški par lažje premaguje obremenitev. Sestavite zobniški par. Določite prestavno razmerje iz števila vrtljajev, števila zob, obsegov zobnikov in premerov zobnikov ter rezultate vpišite v preglednico (Preglednica 5.1) [24]. 34

43 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Izvedba: Sestavite zobniški par, kjer bo pogonski zobnik z 1 manjši kot gnani zobnik z 2 (Slika 5.3). Na manjši zobnik dajte ročico, preko katere ga boste poganjali z roko. To je pogonski zobnik, ki ga označimo z z 1. Na večji zobnik dajte paličico, da boste laže opazovali njegovo vrtenje. To je gnani zobnik in ga označimo z z 2. Z roko vrtimo pogonski zobnik in izpolnimo preglednico. Pojasnilo za reševanje preglednice: Premer zobnika merimo do delilnega kroga. (Pomagajte si z učbenikom [25] ali [26].) Obseg zobnika merimo do temenskega ali zunanjega kroga, ki ga predstavljajo vrhovi zob. Najlaže izmerimo premer zunanjega kroga in iz tega izračunamo obseg. Naj bo premer D = 2R. Iz tega sledi, da je D R =. Obseg je o = 2πR ali o = πd. 2 Število vrtljajev določimo tako, da s pisalom označimo oba zobnika na mestu stikanja in potem pogonskega zavrtimo enkrat, gnanega pa ocenimo. Slika 5.3: Pogonski zobnik je manjši od gnanega 35

44 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Rezultati: Preglednica 5.1: Računanje prestavnega razmerja pogonski zobnik z 1 gnani zobnik z 2 prestavno razmerje (i) (zapiši formulo) število zob (z) z 2 : z 1 premer zobnika (d) obseg zobnika (o) i = (zapiši rezultat) število vrtljajev (n) n 1 : n 2 Vprašanja: Ali se gnani zobnik vrti v isto smer kot pogonski zobnik? Odgovor: Gnani zobnik se vrti v obratni smeri kot pogonski. Ali se gnana gred vrti hitreje ali počasneje kot pogonska? Odgovor: Gnana gred (ki ima večji zobnik) se vrti počasneje. Število vrtljajev gnane gredi se zmanjša, poveča pa se navor, ki ga občutimo tako, da gnani zobnik zmore večji napor (npr. dvigne večje breme). Takemu mehanizmu pravimo reduktor [27]. Primer: V primerjavi z avtomobilom je traktor počasnejši, vendar ima veliko večji navor (zmore premakniti večje breme ali zvozi bolj strm klanec). Naštejte nekaj primerov, kjer uporabljamo reduktor. Odgovor: Dvigovanje in spuščanje zapornice ali dvigala, vrtenje koles avtomobilčka, vrtalni stroj, rezalnik za salame, delovna vozila... Naloga 2: Število vrtljajev želimo povečati. Sestavite zobniški par. Določite prestavno razmerje iz števila vrtljajev, števila zob, obsegov zobnikov in premerov zobnikov ter rezultate vpišite v preglednico (Preglednica 5.2). Izvedba: Sestavite zobniški par, kjer bo pogonski zobnik večji kot gnani zobnik (Slika 5.4). Določite prestavno razmerje iz števila vrtljajev, števila zob, obsegov zobnikov in premerov zobnikov. Zobnik z 1 je pogonski zobnik, z 2 pa gnani. 36

45 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Pojasnila za reševanje preglednice so pri prvi nalogi. Slika 5.4: Pogonski zobnik je večji od gnanega Rezultati: Preglednica 5.2: Računanje prestavnega razmerja število zob (z) pogonski zobnik z 1 gnani zobnik z 2 prestavno razmerje (i) (zapiši formulo) i = (zapiši rezultat) premer zobnika (d) d 2 : d 1 obseg zobnika (o) o 2 : o 1 število vrtljajev (n) Vprašanje: Ali se gnana gred vrti hitreje ali počasneje kot pogonska? Odgovor: Gnana gred ( ki ima manjši zobnik) se vrti hitreje. Število vrtljajev gnane gredi se poveča. Naštejte nekaj primerov, kjer povečamo število vrtljajev. Odgovor: Ročni brusilni stroj, palični mešalnik... 37

46 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Dodatna naloga 1: Kaj bi naredili, da pogonskega zobnika ne bi vrteli ročno? Odgovor je Slika 5.5. Slika 5.5: Zobnika žene elektromotor Kako bi ohranili smer vrtenja in obenem premaknili os vrtenja? Odgovor je Slika 5.6. Slika 5.6: Trije zobniki Kako bi ohranili smer vrtenja in zmanjšali vrtljaje? Odgovor: Napravimo reduktor s štirimi zobniki. Podoben reduktor ima tudi element Fischertechnik na sliki (Slika 5.7). 38

47 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 5.7: Reduktor iz zbirke Fischertechnik Dodatna naloga 2: Sestavite vozilo 1, 2 in 3 iz konstrukcijske sestavljanke na straneh od 13 do 18 [16]. Primeri vozil nazorno pokažejo, kako se z reduktorjem poveča navor vozila, saj zmore peljati po klancu navzgor. Po drugi strani pa ugotovimo, da ima hitrejše vozilo manjši navor [15]. 5.2 Polžasto gonilo Polžasti prenos je zelo primeren, kadar želimo zmanjšati število vrtljajev motorja. Polžasti zobnik pa nato poganja zobnik. Naloga: Sestavite polžasto gonilo iz polžastega in valjastega zobnika. Izvedba: Potrebujemo polžasti vijak, valjasti zobnik, ročico, nekaj kock iz sestavljanke in podstavek. Slika 5.8 predstavlja preprosto polžasto gonilo. 39

48 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Slika 5.8: Polžasto gonilo Ugotovitve in vprašanja: Za koliko zob se premakne valjasti zobnik, ko zavrtite polža? Odgovor: Valjasti zobnik se premakne za en zob. Kolikokrat morate zavrteti polža, da pride valjasti zobnik nazaj v prvotno stanje? Odgovor: Polža moramo zavrteti tolikokrat, kolikor ima valjasti zobnik zob. V našem primeru 20-krat. Izračunajte prestavno razmerje i. Odgovor: i = 20 : 1 = 20 Ali lahko uporabite valjasti zobnik kot pogonskega? Odgovor: Ne, v tem zobniškem paru je polž vedno pogonski, valjasti zobnik pa gnani. Naštejte primere uporabe polžastega gonila. Odgovor: Zapornice, vrtalni stroj, mešalec, dvigalo... Naštejte nekaj prednosti polžastega gonila. Polžast prenos ima več prednosti: zmanjša število vrtljajev, potrebuje malo prostora, deluje samozaporno, dviguje lahko težja bremena in spremeni os vrtenja za 90 [15]. 40

49 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Zapornica Polžast prenos uporabljamo tudi pri zapornici. Ker deluje polžasto gonilo samozaporno, dvignjena zapornica ne more pasti nazaj. Naloga 1: Sestavite zapornico, ki jo krmilite preprosto tako, da jo z enim stikalom dvigate, z drugim spuščate, lahko pa jo tudi ustavite. Narišite shemo. Izvedba: To je zapornica, ki jo poganja motor in jo krmilimo z menjalnim stikalom. Različna smer vrtenja motorja bo v tem primeru premikala zapornico v dveh smereh: gor ali dol. Model zapornice je iz konstrukcijske zbirke Profi E-Tec Fischertechnik. Pri sestavljanju si lahko pomagate s parkiriščno zapornico iz navodil za sestavljanje na str. 44 [14]. Pri tem izpustite vse elemente, ki se nanašajo na magnetni senzor, svetlobno zaporo, rdečo in zeleno luč ter mikroprocesor E-Tec. Sestavljeno zapornico predstavlja Slika 5.9. Slika 5.9: Zapornica Rezultati in ugotovitve: Shema je enaka kot v prejšnjem poglavju (Slika 4.20.). Pri zapornici je pomembno, da eno stikalo zapornico dviguje, drugo jo spušča, razklenjeni stikali pa pomenita mirovanje. Stikali sta v tem primeru konstrukcijsko izvedeni tako, da ne 41

50 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 moremo preveriti stanja, ko sta obe stikali sklenjeni, kar tudi ni naš namen. Če želite preverjati stanja stikal v menjalnem vezju, si preberite poglavje Ko poskusimo dvignjeno zapornico z roko potisniti navzdol, se noče premakniti, saj deluje samozaporno, ker je samo polžasto gonilo pogonsko. Vidimo, da se zapornica premika počasi, medtem ko se motorček vrti z velikim številom vrtljajev. To pomeni, da polžasto gonilo zmanjša število vrtljajev. Naloga 2: Kako bi spremenili zapornico, da bi se pri spuščanju v končno lego na koncu sama ustavila (motor se na koncu ustavi). Izvedba: Na pravo mesto postavite še eno stikalo, ki mu pravimo končno stikalo. Preučite najprej shemo (Slika 5.10, Slika 5.11). Rezultati in ugotovitve: Ugotovimo, da zapornico lahko delno krmilimo s stikali. Slabost takega krmiljenja je, da potrebujemo več stikal, kot jih vsebuje sama zbirka. Potrebovali bi dve končni stikali, da bi ustavili zapornico tudi v navpični legi. S 9 V S1 S2 Slika 5.10: Shema motorja z menjalnim stikalom in enim končnim stikalom (motor-zapornica) 42

51 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 5.11: Zapornica s končnim stikalom 5.3 Zobata letev Zobata letev omogoča spremembo gibanja iz vrtenja v premo gibanje in obratno Dvigalo Dvigalo se premika premo v navpični smeri. Pri tem mora nositi tudi lažje breme. Naloga: Skonstruirajte dvigalo, ki se bo lahko dvigalo oziroma spuščalo ter pri tem nosilo lažje breme. Narišite shemo. Izvedba: Model dvigala najdemo v navodilih za sestavljanje na str. 14 [14]. Shema je enaka pri zapornici (Slika 4.20). Menjalno stikalo je enako kot pri zapornici (Slika 5.13). 43

52 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Slika 5.12: Dvigalo [14] Rezultati in ugotovitve: Dvigalu zmanjša število vrtljajev polžasto gonilo, ki deluje tudi samozaporno, zato dvigalo ne pade pod lastno težo. Zaradi reduktorja lahko nosi tudi nekoliko večje breme (ne pretežko). Za krmiljenje uporabimo enako menjalno stikalo kot pri zapornici. Slika 5.13: Menjalno stikalo za zapornico ali dvigalo 44

53 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 6 Robotika v tehniki Robotika je veda, katere predmet zanimanja so roboti. Robot je izraz, ki se uporablja za vsak stroj, ki ga nadzoruje računalnik in ki ga lahko programiramo, da se premika ali da opravlja določeno opravilo. Robote pogosto uporabljamo v industriji za prenašanje materiala ali za opravljanje ponavljajočih se opravil. Tako lahko na primer robotsko roko, pritrjeno na delovno mizo, uporabljamo za barvanje delov stroja ali sestavljanje elektronskih vezij. Drugi roboti so zasnovani za delo v človeku nevarnih okoljih: na primer pri deaktiviranju bomb ali pri raziskovanju vesolja ali morskih globin. Nekateri roboti so opremljeni s senzorji, na primer s senzorji za dotik ali kamero, in jih lahko programiramo tako, da znajo na osnovi podatkov iz senzorjev sprejemati preproste odločitve [28]. Roboti so računalniško krmiljene naprave. Računalnik sprejema, obdeluje in posreduje informacije. Večinoma robote ne krmilijo osebni računalniki (PC), ampak so to posebni in prilagojeni računalniki in mikrokrmilniki, ki jih najdemo v avtomobilih, pralnih strojih, igračah, mobilnih telefonih ipd. Robotika v tehniki je enoletni tehniški izbirni predmet, pri katerem je v ospredju konstruiranje modelov računalniško krmiljenih strojev in naprav s poudarkom na specifičnih značilnostih robotike. Učenci spoznavajo in povezujejo vsebine različnih področij, prevladujejo pa geometrija, strojni elementi, elektronika, računalništvo in tehnologija. Učenci pridobijo osnovna spoznanja o geometriji in konstrukciji tipičnih robotskih rok, o elektronskih krmiljih, ki so potrebna za računalniško vodenje, o čutilnikih (senzorjih), ki vgrajeni v konstrukcijo omogočajo povratno delovanje na krmilje. Seznanijo se s temeljnimi načeli računalniško vodene proizvodnje in z mestom robotike v njej. Ugotavljajo prednosti takega načina proizvodnje in smeri v razvoju sodobne tehnologije. Spoznajo različna področja, v katerih ima robotika pomembno vlogo. Pri pridobivanju praktičnih izkušenj si pomagajo z uporabo ustreznih didaktičnih sestavljank, s katerimi gradijo delujoče, računalniško krmiljene modele strojev, naprav in robotskih rok. Predmeti dela oziroma izdelki učencev so uporabni. Učenci pri delu uporabljajo priročnike in druge vire. Pri konstruiranju iščejo lastne rešitve in samostojno organizirajo delovno mesto ter potek dela. Učitelj vrednoti delovanje konstrukcije in učenčev prispevek pri reševanju problema [4]. 45

54 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Splošni učni cilji [4] Učenci spoznajo različne oblike uporabe računalniške tehnologije; spoznavajo osnovne pojme robotike in računalniško vodene proizvodnje; berejo, rišejo in sestavljajo sheme električnih krmilij in razumejo njihovo delovanje; načrtujejo in s sestavljankami izdelajo različne računalniško krmiljene modele; uporabljajo računalnik in spoznavajo njegovo vlogo pri krmiljenju zgrajenih modelov; razvijajo sposobnost prostorske predstavljivosti; poznajo vlogo računalniškega vmesnika pri krmiljenju naprav; naštejejo in opišejo področja z računalniško vodeno tehnologijo in kritično presojajo vpliv tega področja na tehnologijo in okolje; pridobivajo in uporabljajo informacije in znanja s področja robotike iz monografij periodičnega tiska in spleta; z uporabo projektnega in eksperimentalnega dela in konstruiranja usvojijo temeljne metode in oblike dela, značilne za tehnično-tehnološko področje; razvijajo sposobnost za delo v skupini; razvijajo psihomotorične sposobnosti; pridobivajo sposobnost samostojnega reševanja problemov; spoznavajo poklice s področja elektronike, elektrotehnike, računalništva ipd. in katere sposobnosti so zanje potrebne. V projektu bomo dosegli vse splošne učne cilje predmeta Robotika v tehniki. 46

55 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 6.1 Prvi koraki programiranja To poglavje je namenjeno učiteljem, da pripravijo vmesnik in programsko opremo za prvo programiranje Priključitev vmesnika na osebni računalnik Vmesnik eprodas-rob1 povežimo z osebnim računalnikom s pomočjo LPT priključka (tiskalniški priključek), kot prikazuje Slika 6.1. Možna je tudi povezava na USB preko modula eprodas-sc1/sc2/spi. LPT priključek za povezavo z računalnikom. Štirje digitalni vhodi- od B0 do B3 (Stikala od S1 S4). Analogni vhodi ali digitalni vhodi oziroma izhodi- Port A. Močnostni izhodi- Port C. Digitalni vhodi ali izhodi- Port D. Priključek za napajanje. Port D. (Za povezavo z LCD prikazovalnikom in drugimi integriranimi vezji) Slika 6.1: Priključitev preko LPT priključka [8] Pravilno moramo nastaviti tudi priloženi napajalni adapter. Predvsem je pomembna nastavitev polaritete. Ta je nastavljena tako, da je sredinski del priključka na adapterju GND oz. '' '', zunanji del pa je +5 V (Slika 6.2). Nastavljiva je tudi napajalna napetost, ki nikakor ne sme biti manjša od +5 V, torej v našem primeru najmanj +6 V (Slika 6.3). Zaradi povečanih zagonskih tokov elektromotorčkov na mobilnem robotku priporočamo, da 47

56 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 nastavite napetost na 7,5 V. Če so nastavitve pravilne, bo po vklopu na vmesniku zasvetila zelena LED dioda. (Vmesnik je zaščiten pred napačno nastavitvijo polaritete!) V nasprotnem primeru je nekaj narobe. Še enkrat preverimo nastavitev polaritete oziroma preverimo, ali je adapter sploh priključen na omrežno napetost. Na vmesnik lahko priključimo tudi baterijsko napajanje, in sicer na priključka Pow in GND [29]. Notranji del priključka je GND oziroma ''-''. Slika 6.2: Nastavitev polaritete na adapterju [29] Slika 6.3: Nastavitev napajalne napetosti na 7,5 V [29] Nastavitev programske opreme za on-line način dela Kot smo omenili že na začetku, v programskem okolju Visual Basic programiramo robotka v stalni povezavi z računalnikom, to je tako imenovani on-line programming. Obstaja tudi offline programiranje; se pravi brez stalne povezave z računalnikom, kar je posebej uporabno za mobilne robote (avtomobile). Če želimo programirati brez stalne povezave, si izberemo programsko okolje Bascom. Mikrokrmilnik ATmega16, ki je 'srce' vmesnika, prvotno ne vsebuje nobene programske podpore, ki bi omogočala komunikacijo med vmesnikom eprodas-rob1 in programskim okoljem Visual Basic. V ta namen smo razvili posebno programsko podporo, ki jo morate naknadno prenesti v omenjen mikrokrmilnik. To je pravzaprav datoteka HEX, kjer so zapisane vse funkcije in postopki, ki omogočajo krmiljenje vmesnika. Ker so pri popolnoma novem mikrokrmilniku za pravilno delovanje potrebne še dodatne sistemske nastavitve, smo kompletu dodali testni program, s katerim se vse omenjene nastavitve izvedejo skoraj samodejno. A preden zaženemo omenjeni testni program, moramo na računalnik presneti štiri datoteke, ki prav tako vsebujejo funkcije in postopke, ki omogočajo komunikacijo. Na računalnik si namestimo program eprolab, ki ga presnamemo s spletne strani [30]. Datoteke se same namestijo na C:\Windows\System32. To so datoteke z imeni eprodas.dll, EPRODAS_ROB1_FWV14.HEX, eprodashl.dll, inpout32.dll. Poleg je tudi testni program za vmesnik eprodas_rob1. 48

57 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Če imate nov vmesnik oziroma mikrokrmilnik, se vam na zaslonu pokaže sporočilno okno (Slika 6.4), v katerem kliknete na gumb OK. Če ste zgoraj omenjene datoteke pravilno namestili, se bo programska podpora za komunikacijo z računalnikom samodejno namestila, na kar vas bo opozorilo sporočilno okno (Slika 6.5). Če na mikrokrmilniku ni programa za on line programiranje, se vedno pojavita ti dve okni (če prvič programiramo v Bascomu). Slika 6.4: Sporočilno okno ob prvi nastavitvi [29] Slika 6.5: Prenos programa je bil uspešen [29] V tem sporočilnem oknu morate biti pozorni samo na podatka eprodas_rob1_lpt is open in DLL Version: 17 (ali več, to je odvisno od zadnje ustvarjene različice). S klikom na gumb OK se vam končno odpre testni program, s katerim lahko preizkusite praktično vse vhodnoizhodne enote vmesnika eprodas-rob1 (Slika 6.9). Glejte naslednje poglavje. Če na zaslonu opazite zeleno svetlečo diodo, je komunikacija z vmesnikom vzpostavljena. Brez težav lahko testni program zaprete in začnete s programiranjem, ali pa vmesnik prej še preizkusite [29]. 49

58 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Priključitev vmesnika na elemente Fischertechnik in testni program eprodas-rob1 Na vodnike na eni strani namestite vtikače, drug konec vodnika pa olupite in pocinite žice (Slika 6.6). Ker želimo preizkusiti testni program, je najbolje, da vzamemo iz zbirke Profi E-Tec motor in žarnico. Slika 6.6: Pocinjena žica Vzememo žarnico in jo povežemo z vmesnikom. Prvi vodnik peljemo na digitalni izhod Port C0, drugi pa na GND. Z izvijačem sprostimo izbrani izhod in vanj namestimo pocinjeni del vodnika (Slika 6.7). Nato vzamemo še motor in ga povežemo z izhodoma: prvi vodnik na Port C4, drugega pa na Port C5. Poženemo testni program in ga preverimo. eprodas-rob1 C0 C1 C2 C3 C4 C5 GND +5V A0 A1 A2 A3 GND POW M Ž0 Slika 6.7: Shema vezave žarnice in motorja na vmesnik (test-zarnica-motor) 50

59 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Poiščite program eprolab na spletni strani [30]. Namestitev je sedaj narejena tako, da v opravilni vrstici za Windows kliknete Start Programi eprolab eprolab. Če je eprodas-rob1 povezan z računalikom in ima vključeno napajanje, dobite izbirni seznam, kot je razvidno na sliki (Slika 6.8). Izberite testiranje vmesnika. Slika 6.8: Program eprolab Če je to prva uporaba eprodas-rob1 po zagonu operacijskega sistema in je z računalnikom povezan preko paralelnega porta (LPT), traja okoli minuto, da se povezava vzpostavi ( 12 poskusov). Primer testnega programa po vzpostavljeni komunikacije prikazuje Slika 6.9. Med vzpostavjanjem povezave se vseh osem lučk Port C večkrat vključi in vmes tudi izključi. Če je eprodas-rob1 povezan z računalnikom preko USB vhoda, se povezava vzpostavi že pri prvem poskusu povezave. Prav tako, se povezava vzpostavi takoj, če preko LPT povezave vzpostavljamo povezavo z računalnikom drugič, tretjič,... po zagonu operacijskega sistema Windows. 51

60 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Slika 6.9: Testni program eprodas-rob1 Če ste povezali žarnico in motor, kakor je predlagano zgoraj, lahko preizkusite testni program. Na testnem programu pritisnite izbirni gumb C0 in preverite spodnjo preglednico (Preglednica 6.1). Če ste vse prav povezali, se prižge žarnica. Podobno preverite še motor in stikalo. Preglednica 6.1: Preverjanje vhodov in izhodov v testnem programu eprodas-rob1 Odkljukamo Port. C0 C4 C5 B0 po izbiri Dogodek žarnica zasveti motor se zavrti motor se zavrti v drugo smer samo na vmesniku zasveti zelena dioda Učenci se bodo najprej srečali s preprostejšim tesnim programom StartHere. Predstavili ga bomo v poglavju Kako preverimo vhode in izhode v testnem programu, si lahko ogledate v videu testni program_eprodas-rob1.avi. Video prikazuje testiranje končnega programa zapornica-lucimagnet-fototranz.sln. 52

61 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Programiranje v razvojnem okolju Visual Basic Namestitev programa Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition (krajše VB) Namestitev programa je preprosta, sledimo navodilom na Microsoftovi spletni strani [19]. Več si lahko preberete tudi na spletni strani [29]. Začetek popolnoma novega projekta [29] Končno lahko zaženemo program. V sistemu Windows kliknemo na ikono start Programi Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition. Prvič se bo program zaganjal nekoliko dlje časa, na zaslonu pa se nam bo prikazalo sporočilno okno (Slika 6.10). V vseh nadaljnjih zagonih tega okna ne bo več. Slika 6.10: Sporočilno okno ob prvem zagonu [29] Ko se program uspešno zažene, se nam prikaže začetna stran (Start Page), brez urejevalnega okna. To okno lahko mirno zapremo s klikom na križec desno zgoraj. Novo urejevalno okno odpremo v menijski vrstici s klikom na File New Project... Na zaslonu se pojavi novo pogovorno okno, kjer izberemo vrsto našega projekta, in sicer kliknemo predlagano ikono Windows Form Application (Slika 6.11). Vpišemo ime projekta. Slika 6.11: Ustvarjanje novega projekta [29] 53

62 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 V polju spodaj vpišemo ime projekta, na primer prvi_projekt. S klikom na gumb OK nastavitve potrdimo in odpre se nam novo urejevalno okno, hkrati pa so nam dostopne vse druge ikone in funkcije programa (Slika 6.12). Menijska vrstica. Ukazni gumb start, s katerim poženemo program. Obrazec ali Forma, kamor postavljamo objekte. Nekakšen raziskovalec našega projekta. Orodjarna. Lastnostno okno - tu določimo lastnosti in dogodke označenega objekta Slika 6.12: Novo urejevalno okno [29] Preden začnemo programirati, projekt shranimo v novo mapo na trdem disku. V menijski vrstici izberemo možnost File Save All. Prikaže se pogovorno okno (Slika 6.13). Zelo pomembno je, da projekta ne shranjujemo na predlagano mesto! Na tem mestu kliknemo gumb Browse in si izberemo novo mapo nekje na trdem disku, kjer imamo druge dokumente. Zaželeno je, da si ustvarimo neko novo mapo, kamor bomo pozneje shranjevali druge projekte (Slika 6.14). Slika 6.13: Shranjevanje projekta [29] 54

63 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 6.14: Določitev nove lokacije [29] Vstavljanje programske knjižnjice eprodasvblib.vb Za komunikacijo z vmesnikom pa potrebujemo še programsko knjižnjico, ki jo moramo vstaviti v vsak nov projekt. Knjižnjica nam omogoča klicanje funkcij in postopkov, s katerimi upravljamo vmesnik eprodas-rob1, in sicer je to knjižnjica z naslovom eprodasvblib.vb. Namestimo jo na mesto, kamor smo shranili svoj projekt, kot kaže Slika Najnovejšo različico je mogoče dobiti na spletni strani [30]. Seveda pa jo moramo nato še posebej vstaviti v projekt. Slika 6.15: Programska knjižnjica eprodasvblib.vb [29] Postopek je sledeč; v menijski vrstici izberemo možnost Project/Add Existing Item, nato poiščemo datoteko eprodasvblib.vb, kliknemo na gumb Add in v raziskovalnem oknu našega projekta (Solution Explorer) se nam prikaže ime vstavljene mape (Slika 6.16). Z dvojnim klikom nanjo lahko pogledamo njeno vsebino oziroma pogledamo, katere funkcije lahko uporabljamo. Slika 6.16: Vstavljanje knjižnjice eprodasvblib.vb [29] 55

64 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Projekt: krmiljenje zapornice z vmesnikom V tem projektu bomo sestavili računalniško krmiljeno zapornico. V nadaljevanju torej sledi projekt, ki predstavlja model zapornice. Ta model je sestavljen izključno iz konstrukcijske zbirke Profi E-Tec in vmesnika eprodas-rob1. Zapornico znamo sestaviti na ročno krmiljenje. Že v prejšnjih poglavjih smo se naučili o prestavnih razmerjih ter polžu, ki deluje samozaporno. Sestavili smo tudi zapornico, ki jo dviguje elektromotor, ne roka. Vendar je za krmiljenje zapornice še vedno potrebno naše posredovanje. Tokrat želimo, da bi zapornica delovala avtomatsko po naprej danem programu. Prednost takega krmilja je ravno v tem, da lahko program kadarkoli spremenimo, in zapornica bo delovala drugače. Za spremembo delovanja je dovolj sprememba programa, zato ostane vezje nespremenjeno. Zapornico lahko imenujemo tudi robot, ker jo upravlja in nadzoruje računalnik. Pri tem se bomo naučili programirati v okolju Visual Basic, uporabljati računalniški vmesnik eprodas- Rob1 in konstruirati zapornico v povezavi z vmesnikom (Slika 7.1). Slika 7.1: Zapornica z vmesnikom Projekt je zamišljen tako, da na začetku učitelj učence motivira s prikazom delovanja sestavljene zapornice, ki je podobno delovanju ročno krmiljenje zapornice. Zapornico dviga in spušča s pomočjo gumbov v programskem oknu. Težjih primerov na začetku otrokom ne 56

65 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije pokažemo, da ostane nekaj novih izzivov za nadaljnje delo. Lahko pa uvodno motivacijo tudi izpustimo. 7.1 Prvo srečanje z robotom zapornico V tem poglavju so predstavljene vsebine v takem vrstnem redu, kot jih predstavimo učencem na začetku projekta. Prva naloga je demonstracijska in je namenjena motivaciji učencev za delo. Učitelj lahko prvo nalogo tudi izpusti in začne z drugo. Operativni učni cilji: 1. Učenci si ogledajo in razlikujejo zapornico, vmesnik in računalnik. 2. Učenci poznajo vmesnik in ga pravilno povežejo z računalnikom ter napajanjem. V računalniškem programu Visual Basic (VB) znajo odpreti program, ga zagnati in zaključiti. Preverijo nekatere vhode in izhode s testnim programom. 3. Razlikujejo med nekaterimi vhodnimi in izhodnimi funkcijami vmesnika. Izvedba: Učitelj sestavi model zapornice (Slika 7.2), ki je enak kot v navodilih za sestavljanje na str. 44 [14]. Slika 7.2: Model zapornice Fischertechnik [14] 57

66 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Pri konstrukciji izpustimo samo dva elementa, ki jih ne bomo potrebovali: baterijsko napajanje in vmesnik E-Tec (mikrokrmilnik). Za demonstracijo je dovolj, če povežemo z vmesnikom le motor, kot prikazuje Slika 6.7. Podrobnejša navodila za sestavo vezja in programiranja pa najdemo v naslednjih poglavjih diplomskega dela. Pred prvo demonstracijo moramo vmesnik povezati z računalnikom, ker programiramo robota v stalni povezavi z računalnikom. Delovanje vmesnika preverimo s testnim programom (glejte poglavje 6.1) Opis zapornice Cilj: Učenci si ogledajo in razlikujejo zapornico, vmesnik in računalnik. Naloga: Oglejte si robota v povezavi z računalnikom in opišite, kaj vidite. Pripomočki in izvedba: Imamo sestavljeno zapornico (Slika 7.2), povezano z vmesnikom in računalnikom. Na začetku je zapornica spuščena. Zaženemo program zapornica-dvigni-spusti.sln, ki ga bomo napisali v poglavju 8.4. Učence povabimo, naj pridejo bližje, in jim pokažemo robota. Učitelj demonstrira dviganje in spuščanje zapornice s pritiski na gumbe programskega okna. Vprašanja (in odgovori): Pokažite in poimenujte glavne tri sestavne dele robota: model, vmesnik in računalnik. Kako sta povezana zapornica in vmesnik? Odgovor: Povezana sta z vodniki. Zakaj imajo vodniki na eni strani vtikače, na drugi pa ne? Odgovor: Vtikači so elementi sestavljanke Fischertechnik, vmesnik pa ne. Zato v vmesnik privijamo olupljene in pocinjene žice. Kaj dela računalnik in kaj vidimo na monitorju? 58

67 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Odgovor: Računalnik krmili zapornico s pomočjo vmesnika. Na monitorju vidimo odprt projekt programa Visual Basic. Vidimo programsko okno, na katerem so gumbi. Ko kliknemo na gumb»dvigni«, se zapornica dvigne Vmesnik eprodas-rob1 in testni program StartHere (Visual Basic) Cilj: Učenci poznajo vmesnik in ga pravilno povežejo z računalnikom ter napajanjem. V računalniškem programu Visual Basic znajo odpreti program, ga zagnati in zaključiti. Preverijo nekatere vhode in izhode s testnim programom. Naloga: Pravilno povežite vmesnik z računalnikom in napajanjem. Preverite delovanje testnega programa StartHere in pri tem opazujte diode na vmesniku. Pripomočki in izvedba Pri tej nalogi začnejo učenci s samostojnim delom. Ne gledajo več demonstracijskega modela, temveč imajo na voljo le vmesnik in računalnik. Podrobnejša navodila so v poglavju ) Pravilno povežemo vmesnik z računalnikom s priključkom LPT. 2) Pravilno priklopimo vmesnik na napajanje. 3) Preverimo, ali je napetost nastavljena na 7,5 V. 4) Priklopimo glavno stikalo (zelena dioda LED zasveti). 5) Odpremo projekt testni program StartHere StartHere.sln. Testni program je program, napisan v Visual Basicu in z njim ravnamo kot z vsakim drugim projektom VB. Programu, ki je napisan v VB, pravimo projekt. Ko namreč ustvarimo nov program, ne naredimo le ene izvršljive datoteke, ampak ustvarimo projekt, v katerem se nahaja več podmap in datotek. Dvakrat kliknemo na ikono in prikaže se nam sivo polje (Slika 7.3). Na desni strani je okno Solution Explorer, kjer poiščemo ikono Form1.vb in dvakrat kliknemo nanjo. Programiramo v pogledu Form1.vb[Design], ki je bolj pregleden za uporabnika kot sama koda oziroma programski urejevalnik. 59

68 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Program poženemo s klikom na gumb run. Solution Explorer Z dvojnim klikom na ikono Form1.vb odpremo obrazec Form1.vb[Design]. Properties (lastnosti) Z dvojnim klikom na sivo polje obrazca, nas urejevalnik postavi v programski urejevalnik (kodo) Form1.vb. Slika 7.3: Okno programa Visual Basic Poskusite odpreti polje obrazca Form1.vb[Design], nato pa še programski urejevalnik. V programskem urejevalniku (programski kodi) so napisane vse lastnosti posameznega elementa. Lastnosti lahko torej spreminjamo v obeh pogledih. V programskem urejevalniku moramo poznati določene ukaze, v obrazcu [Design] pa jih določamo v oknu Properties desno spodaj. Poženite program z zeleno ikono run, kot je prikazano na zgornji sliki. Odpre se novo okno, ki je enako pogledu Form1.vb[Design] (Slika 7.4). Prvič po zagonu operacijskega sistema Windows moramo počakati, da opravi program 12 poskusov povezave z računalnikom, če imamo povezavo LPT (pri povezavi preko USB to ni potrebno). 60

69 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Pomembno: po vsakem zagonu računalnika moramo, preden zaženemo katerikoli program Visual Basic, zagnati najprej testni program StartHere, da računalnik in vmesnik vzpostavita povezavo! Lahko zaženemo tudi obsežnejši testni program eprodas-rob1 (glejte poglavje 6.1.3). Zdaj lahko preverimo delovanje vmesnika. Slika 7.4: Testni program StartHere 6) Preverimo izhodne in vhodne enote. a) Močnostne izhode Port.C preverimo tako, da odkljukamo izbirni gumb pri C0. Kaj se zgodi? Na vmesniku zagori rdeča dioda LED pri tem izhodu. To pomeni, da je na tem izhodu napetost 5 V. Če še enkrat pritisnemo na isti izbirni gumb, izklopimo izhod Port.C0, napetost bo 0 V in dioda ne bo svetila. Enako preverimo še ostale izhode. b) Preverimo digitalne vhode B0 do B3 (stikala od S1 do S4). Poiščite na vmesniku štiri stikala in pritisnite na enega. V programu StartHere se bo gumb pri izbranem vhodu obarval modro. c) Vhodov/izhodov Port.A zdaj ne moremo preverjati. 7) Končamo izvajanje programa s klikom na križec aktivnega okna. Oglejte si video vb_spoznavanje.avi. V videu je prikazan drug program, ki je predstavljen v nadaljevanju. 61

70 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Vprašanja in odgovori Kaj je vmesnik? Vmesnik je elektronsko vezje, ki omogoča neposredno povezavo med računalnikom in drugimi elektro deli: motorji, stikali, čutilniki. Vmesnik je, kot pove že koren te besede»vmes«, med računalnikom in okolico, s katero računalnik povezujemo [23]. Kaj pomeni on-line programiranje? Pomeni, da programiramo robota v stalni povezavi z računalnikom. Pojasnilo: Program Visual Basic ne omogoča delovanje robota brez stalne povezave. Če bi želeli programirati mobilnega robota (avtomobil), bi morali programirati v drugem programskem jeziku, npr. v programu Bascom. Dodatna naloga: Preverite vse vhode in izhode še s testnim programom eprodas-rob1. Učitelj naj presodi, ali je smiselno, da učencem predstavi še drug testni program. Izvedba: 1) Poiščite Port.C in pritisnite na gumb za izhod C0. Na vmesniku zasveti dioda, kar pomeni, da je na izhodu 5 V. 2) Poiščite Port.B in odkljukajte izbirni gumb pri vhodu B0. Ali kaj opazite? Na mestu, kjer je bil prej zapisan vprašaj, je zdaj število 0. To pomeni, da je stikalo nesklenjeno (ni pritisnjeno). Poskusite na vmesniku pritisniti stikalo S1 (B0). V testnem programu se bo poleg vhoda B0 pojavilo število 1, kar pomeni, da je stikalo sklenjeno. 3) Drugih vhodnih ali izhodnih enot zdaj ne moremo preverjati. 62

71 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Vhodi in izhodi Cilji: Učenci razlikujejo med nekaterimi vhodnimi in izhodnimi funkcijami vmesnika. Naloga: Ugotovite, kje na vmesniku se nahajajo vhodne in kje izhodne enote. Opišite tudi, katere funkcije opravljajo. Izvedba: 1) Že pri prejšnji nalogi smo govorili o vhodih in izhodih vmesnika. Izhod pomeni izhodno informacijo, torej se bo na izhodu nekaj»zgodilo«. Opazili smo rdečo diodo LED pri izhodu Port.C in povedali, da je v tem primeru na izhodu napetost. Če bi v tem trenutku vezali na ta izhod npr. žarnico in seveda sklenili električni krog (jo povezali še na GND), bi žarnica zagorela. 2) Vhod pa je vhodna informacija za vmesnik. Vhodna enota je stikalo. Ker vmesnik ne ve, kdaj naj dvigne napetost na izbranem izhodu, mu bomo to povedali s stikalom. Poenostavljeno si lahko predstavljamo ukaze za vmesnik tako: ko bomo pritisnili na vhod B0, se na izhodu C0 prižge žarnica. Ali: ko bo stikalo B0 sklenjeno, se bo na izhodu C0 povišala napetost. Če razumete zadnja dva stavka, potem tudi že razumete programiranje. Katere so vhodne in katere izhodne enote računalnika? Vemo že, da so vhodne enote računalnika tipkovnica, miška, mikrofon, modem ipd. Izhodne pa zaslon monitorja, zvočniki, tiskalnik idr. Katere so vhodne in izhodne enote vmesnika? Tudi vmesnik ima vhodne in izhodne enote. Izhodne enote so tiste, katerih delovanje spreminja vmesnik: prižge se lučka, motor se zavrti. Vhodne enote pa so tiste, ki jih spreminjajo mi, in sicer s stikali ali različni čutilniki (senzorji). 63

72 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Programiranje zapornice Učenci že poznajo model zapornice, vmesnik, tesni program in program Visual Basic. V tem poglavju se bomo naučili programirati. Naučili se bomo računalniško krmiliti zapornico. Operativni učni cilji (kot si sledijo v naslednjih poglavjih): učenci pravilno povežejo rdečo in zeleno žarnico z vmesnikom, uporabijo računalnik za krmiljenje luči na semaforju, odprejo narejen projekt za Visual Basic, ga poženejo, preizkusijo njegovo delovanje in ga zaprejo, spoznajo in uporabijo nov ukaz DoutNum, v program dodajo nov element: gumb, razumejo stanja posameznih bitov na izhodu C, z računalniškim programom krmilijo luči na semaforju, znajo uporabiti programsko zanko For-Next. pravilno povežejo elektromotor z vmesnikom, uporabijo računalnik za krmiljenje smeri gibanja oz. mirovanja mehanskega sistema in ga programirajo, ugotovijo, da z računalnikom določimo tri stanja motorja (dve smeri vrtenja in mirovanje), ugotovijo potrebe po krmiljenju s povratnim delovanjem ob podpori vhodnih funkcij vmesnika, uporabijo mehansko stikalo kot način za vzpostavitev povratnega delovanja, spoznajo značilnosti uporabe digitalnega vhoda, znajo uporabiti programsko zanko Do Loop, uporabijo mehansko stikalo kot način za vzpostavitev povratnega delovanja, znajo uporabiti pogojni stavek If-then in razumejo njegovo delovanje, ugotovijo potrebo po časovniku in ga znajo uporabiti, ugotovijo lastnosti magnetnega stikala, razložijo lastnosti svetlobnih čutilnikov v vlogi stikal in pojem svetlobne zapore, spoznajo lastnosti in uporabo analognega vhoda. 64

73 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Načrt dela Do tega koraka so učenci opazovali model zapornice in spoznavali programsko opremo. Nato je čas, da pričnejo samostojno konstruirati in, če je mogoče, samostojno programirati. Upoštevajmo postopnost. Ne pozabimo na primerno programsko opremo na vseh računalnikih, s katerimi učenci delajo. 1) Učenci sestavijo celoten model zapornice iz zbirke Profi E-Tec po navodilih za sestavljanje [14] brez Fischerjevega vmesnika E-Tec in ohišja za baterijo (Slika 8.2). 2) Učenci skupaj z učiteljem povežejo vmesnik z računalnikom in ga pravilno priklopijo na napajanje. 3) Učenci preizkusijo delovanje vmesnika s testnim programom. 4) Učenci pričnejo s programiranjem. 5) Preizkusijo delovanje programa in ga nato zaključijo. Nekatere od zgoraj naštetih postavk smo že izvedli v prejšnjem poglavju, zato so tukaj napisane zgolj kot informacija. Na naslednji strani je predstavljena prilagojena shema vezave zapornice (Slika 8.1). Električna shema zapornice se nahaja v Prilogi Zapornico sestavimo v celoti že na začetku, elektronske elemente pa vežemo z vodniki na vmesnik postopno, tako da sledimo navodilom pri nalogah. Oznake elektronskih gradnikov si pogledamo na sliki (Slika 8.2). Ker projekt izvajamo v več zaporednih urah, modela zapornice ne razdiramo, moramo pa vsakič znova vmesnik povezati z računalnikom in ga priklopiti na napajanje. Vsakič moramo po zagonu operacijskega sistema zagnati tudi testni program. Učitelj presodi, v kateri fazi projekta bodo učenci zmogli samostojno napisati popolnoma nov projekt. Navodilo, kako napišemo povsem nov projekt je v poglavju 8.9 Popolnoma nov projekt. V začetnem delu so naloge zamišljne tako, da učenci programe zgolj preučujejo in dopolnjujejo. Izvajanje programa in delovanje zapornice je posneto na videoposnetku za vsako nalogo posebej (zapornica.wmv). Posnetke si lahko ogledamo tudi na koncu projekta. 65

74 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Slika 8.1: Prilagojena shema vezave zapornice 66

75 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Ž0 Ž1 S0 S1 M MS Mag Ž2 FT LEGENDA rdeča žarnica zelena žarnica zgornje stikalo spodnje stikalo elektromotor magnetno stikalo magnet žarnica z lečo fototranzistor Slika 8.2: Zapornica in njeni elektronski gradniki 8.1 Krmiljenje semaforja DoutNum Naš vmesnik eprodas-rob1 ima 20 digitalnih izhodov, od katerih je 8 močnostnih (Port C). Torej jih uporabljamo za krmiljenje lučk in elektromotorjev. Najbolj preprosti so ukazi za krmiljenje luči na semaforju. Cilji: učenci pravilno povežejo rdečo in zeleno žarnico z vmesnikom, uporabijo računalnik za krmiljenje luči na semaforju, odprejo narejen projekt za Visual Basic, ga poženejo, preizkusijo njegovo delovanje in ga zaprejo, poznajo in uporabijo nov ukaz DoutNum, v program dodajo nov element: gumb. 67

76 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Naloga 1: S klikom na gumb vklopimo obe luči (zeleno in rdečo) na semaforju. Izvedba: Povežemo najprej vodnike za rdečo žarnico (Ž0): rdeč vodnik povežemo z izhodnim priključkom C0, zelen vodnik pa s priključkom GND. Na enak način povežemo še zeleno žarnico (Ž1) z izhodom C1 in GND. Glejte shemo vezave (Slika 8.3). Opozorilo! Pazite, da istočasno ne delujeta dva programa, ki komunicirata z vmesnikom. Torej imamo zagnan bodisi projekt Visual Basic bodisi testni program. Sicer lahko pride do nasprotujočih si podatkov in računalnik ne ve, katerim dati prednost. Preden zaženete narejen program, preverite, ali ste testni program zaprli. eprodas-rob1 C0 C1 C2 C3 C4 C5 GND +5V A0 A1 A2 A3 GND POW Ž0 Ž1 Slika 8.3: Shema vezave semaforja (zapornica-luci) Odpremo vajo digitalni izhod-luci.sln. Odpre se nam zaprto programsko okno. Na desni strani v raziskovalnem oknu poiščemo ikono Form1.vb in dvakrat kliknemo nanjo. Prikaže se obrazec programa. Program poženemo s klikom na gumb. Ko se prične program izvajati, pritisnemo na gumb»vklopi«. Opazujte delovanje programa in ga na koncu izklopite s klikom na križec aktivnega okna. 68

77 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Opozorilo! Vsakič ko program poženete, se projekt samodejno shrani in prejšnje različice programa ne boste imeli več. Če želite vrniti prejšnjo različico programa, pritisnete»undo«ali»ctrl+z«. Program: Public Class Form1 Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load eprodasinit(0) End Sub Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click DOutNum(Port.C, 3) 'gorita obe lučki End Sub End Class Razlaga ukazov: DOutNum(Port.C, 3) Ime ukaza je sestavljeno iz okrajšav besed Digital, Output, Number (= Digitalni, Izhod, Število). Z ukazom zapišemo stanje na posamezna izhodna vrata. Parameter Port(= vrata) določa, katera vrata bomo uporabljali kot izhodna, in ima vrednosti PortA, PortB, PortC, PortD ali PortE. V parameter Num vpišemo vrednost, ki jo želimo imeti na izhodu vrat (desetiška vrednost). Spremenljivka je tipa Byte, kar pomeni, da lahko vpišemo vsa števila od 0 do 255. Primer: število 255 pomeni, da bo vseh osem bitov v logični ''1'' [29]. Vprašanja: Kako bi prevedli v slovenščino izraz DOutNum(Port.C, 3) 'gorita obe lučki Rešitev: Digitalni izhodi C imajo vrednost 3 'gorita prvi dve lučki. Razmislimo, katero število moramo vpisati v ukaz DOutNum, da se nam prižge samo rdeča ali samo zelena luč. Rešitev: DOutNum(Port.C, 1) 'gori samo rdeča DOutNum(Port.C, 2) 'gori samo zelena 69

78 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Kako določimo pravo število za ukaz DOutNum(Port.C,?) Rešitev: V spodnji preglednici pomenijo enice 5 V napetosti na izhodu oz. prižgano lučko. Parameter Num je desetiška vrednost, ki jo želimo imeti na izhodu vrat. Vpišemo lahko števila od 0 do 255. V spodnji preglednici (Preglednica 8.1) so prikazane različne vrednosti za prve tri bite (izhode C0 C2). Preglednica 8.1: Preračun dvojiških vrednosti v desetiške Num C2 C1 C Naloga 2: Na obrazec dodajmo nov gumb, s katerim bomo lučki ugasnili. Na novem gumbu dodajmo tudi napis»izklopi«. Izvedba vaje: Prepričamo se, ali smo ugasnili izvajanje prejšnjega programa, sicer ne moremo spreminjati okna Form1. Če ste pozabili, kako menjamo poglede med Form1 in Form1.vb[Design], si poglejte poglavje Vmesnik eprodas-rob1 in testni program StartHere (Visual Basic). S klikom na zavihek Form1.vb[Design] se postavimo na obrazec programa (Slika 8.4). V orodjarni (Toolbox) na desni strani poiščemo element Button in ga vstavimo v obrazec na želeno mesto s potegom z miško. Napis na gumbu spremenimo bodisi z ukazno vrstico (v programski kodi) bodisi ga določimo v lastnostnem oknu (Properties Window). Če želimo spremeniti napis na Buton1, ga označimo (enkrat kliknemo) in na desni spremenimo lastnost Text. Vstavimo želeni napis. Če želimo, da se ob kliku na nov gumb izvrši ukaz ali več ukazov, jih moramo zapisati v programsko kodo. Na naš novi gumb dvakrat kliknemo in prestavi nas v programsko kodo na pravo mesto, kjer vpišemo ukaz, s katerim ugasnemo vse lučke. 70

79 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Program najdete pod naslovom digitalni izhod-luci1.sln. Slika 8.4: Obrazec programa digitalni izhod-luci.sln Preberite tudi razlago ukazov in spletno stran [29] in si oglejte video vb_novprojekt.avi in video vb_dodaj gumb.avi. Program: V prejšnji program dodamo: Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button2.Click DOutNum(Port.C, 0) 'ugasnemo obe lučki End Sub Vprašanje: Kako bi prevedli izraz DOutNum(Port.C, 0) 'ugasnemo obe lučki Rešitev: Digitalni izhodi C imajo vrednost 0 'ugasnemo obe lučki (še točneje: izklopimo vse izhode C). Dodatne naloge Vpišite v ukaz DOutNum(Port.C,?) števila: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 in 128. Opazujte diode LED na vmesniku. Kaj opazite? Vpišite še kombinacije zgornjih števil, npr in opazujte LED diode na vmesniku. 71

80 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana Krmiljenje semaforja DoutBit Kadar želimo krmiliti vsako lučko posebej, bomo uporabiti ukaz, s katerim bomo za vsak bit posebej določili stanje. Na primer: želimo, da je bit 2 (C1) v stanju logične '1'. Cilji: učenci razumejo stanja posameznih bitov na izhodu C, z računalniškim programom krmilijo luči na semaforju. Naloga: Želimo, da rdeča lučka trikrat utripne, nato ugasne in se za tri sekunde prižge zelena. Izvedba vaje: Lučke so povezane tako kot pri prejšnji vaji. Spomnimo se: C0 rdeča žarnica (Ž0) C1 zelena žarnica (Ž1) Odpremo program digitalni izhod-utripanje.sln. Poženimo program, pritisnimo na gumb»začni«in opazujemo izvajanje. Program: Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click DOutNum(Port.C, 0) 'izklopimo vse lucke DOutBit(Port.C, 0, 1) 'vklopimo rdečo lučko Wait(0.3) 'počakamo 0,3s DOutBit(Port.C, 0, 0) 'izklopimo rdečo lučko Wait(0.3) DOutBit(Port.C, 0, 1) Wait(0.3) DOutBit(Port.C, 0, 0) Wait(0.3) DOutBit(Port.C, 0, 1) Wait(0.3) DOutBit(Port.C, 0, 0) Wait(0.3) DOutBit(Port.C, 1, 1) 'vklopimo zeleno lučko Wait(3) 'počakamo 3s DOutBit(Port.C, 1, 0) 'izkopimo zeleno lučko DOutNum(Port.C, 0) 'izklopimo vse lucke End Sub 72

81 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Razlaga ukazov: DOutBit(Port.C, nbit, BitState) Ime ukaza je sestavljeno iz okrajšav besed Digital, Output, Bit (Digitalni, Izhod, Bit). Z ukazom določimo logično stanje posameznega bita. S parametrom Port določimo, katera vrata bomo uporabljali kot izhod. V parameter nbit vpišemo, kateri bit bomo naslavljali. Izbiramo lahko med vrednostmi od 0 do 7. S parametrom BitState določimo stanje izbranega bita. Tu imamo le dve možnosti, in sicer BitState=1 (bit je v logični enici, na njem je napetost +5 V) in BitState=0 (bit je v logični ničli, na njem ni napetosti potencial 0V) [29]. Wait(1.5) Kot pove že ime, je to ukaz, ki ustavi izvajanje programa za določen čas. Številka v oklepaju predstavlja čas v sekundah. Slika 8.5: Obrazec programa digitalni izhod-utripanje.sln Vprašanja: Kako bi prevedli izraz: DOutBit(Port.C, 0, 1) 'vklopimo rdečo lučko Rešitev: Digitalni izhod C0 je v logični '1'(na njem je napetost +5 V)'vklopimo rdečo lučko. Kaj pomeni, da je bit (izhod/vhod) v logični enici, in kaj, če je v logični ničli? Rešitev: Če je bit v logični '1', pomeni, da je na njem napetost +5 V. Če je bit v logični '0', pomeni, da na njem ni napetosti; potencial je 0 V. 73

82 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Dodatna naloga: Spremenite obstoječi program, kjer bo najprej 3 sekunde gorela zelena žarnica, nato trikrat utripnila in se ugasnila. Nato bo trikrat utripnila rdeča žarnica, se prižgala za 3 sekunde in ugasnila. 8.3 Krmiljenje semaforja programska zanka For-Next V prejšnji nalogi smo želeli, da luči na semaforju utripajo. Čim večkrat utripne luč, več vrstic moramo dodati v programsko kodo. Želimo skrajšati program in ga napisati bolj pregledno. Cilji: Učenci znajo uporabiti programsko zanko For-Next. Naloga: Rdeča luč na semaforju naj utripne desetkrat in se nato ugasne. Izvedba: Lučke ostanejo povezane tako kot pri prejšnji nalogi. Odpremo program digitalni izhod-utripanje1.sln. Poženimo program, pritisnimo na gumb»utripaj«in opazujemo izvajanje. Vidimo, da je program kratek. Namesto, da desetkrat vpišemo ukaze za vklop/izklop luči, napišemo, da se zanka For-Next izvede desetkrat. Program: Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click Dim i As Integer For i = 0 To 9 DOutBit(Port.C, 0, 1) 'prižgemo rdečo lučko Wait(0.4) 'počakamo 0,4s DOutBit(Port.C, 0, 0) 'izklopimo rdečo lučko Wait(0.4) Next i DOutNum(Port.C, 0) 'izklopimo vse lucke End Sub 74

83 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Razlaga ukazov: Dim i As Integer Prevedemo: Deklariramo (določimo, definiramo) spremenljivko i kot Integer Novo spremenljivko i smo določili kot spremenljivko tipa integer, za kar smo uporabili ukaz Dim ime_spremenljivk e As Integer. Tako lahko določimo še druge spremenljivke, ki pa so lahko tipa byte, integer, word, long, single, double, string itd. V programu ločimo globalne in lokalne spremenljivke. Če definiramo spremenljivko povsem na začetku programa, to predstavlja globalno spremenljivko, ki jo pozneje lahko uporabljamo kjerkoli v programu. Če jo določimo nekje v programu, na primer ob dogodku klik na gumb, bomo to spremenljivko uporabljali le za tisti gumb, torej jo določimo samo lokalno (tako smo naredili v našem primeru). For i = zacetna_vrednost To koncna_vrednost Ukaz 1 Ukaz 2 Next i Prevedemo: Za i = zacetna_vrednost Do koncna_vrednost Ukaz 1 Ukaz 2 Naslednji i Lastnost zanke For-Next je, da lahko določimo tudi začetno vrednost števca, ki jo vpišemo v parameter zacetna_vrednost. Zanka se bo ponavljala, dokler števec ne doseže končne vrednosti, ki jo določimo s parametrom koncna_vrednost. Razložimo delovanje zanke po korakih [29]. Ko računalnik prvič prebere stavek For i = 0 To 9, priredi spremenljivki i vrednost = 0. Nato prebere in izvrši naslednje ukazne vrstice, ki so napisane v zanki. DOutBit(Port.C, 0, 1) 'prižgemo rdečo lučko Wait(0.4) 'počakamo 0,4s DOutBit(Port.C, 0, 0) 'izklopimo rdečo lučko Wait(0.4) Ko prebere besedico Next, poveča spremenljivko za ena. Nato se vrne v vrstico z besedico For. Takoj preveri, ali je spremenljivka i že dosegla končno vrednost 9. 75

84 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Če je to res, nadaljuje z branjem programa v vrstici, ki sledi vrstici z besedico Next. Spremenljivka i še ni dosegla končne vrednosti 9, zato nadaljuje z ukazi v zanki. Vprašanje: Katero končno vrednost zapišemo v ukaz, če želimo, da lučka utripne 5-krat? Rešitev: Napišemo ukaz For i = 0 To 4. Dodatna naloga: Spremenite program tako, da bo namesto rdeče lučke 10-krat utripnila zelena. 8.4 Spuščanje in dviganje zapornice DoutDir Elektromotor, ki dviga zapornico, lahko krmilimo z vmesnikom eprodas-rob1. Pri tem uporabljamo močnostne izhode. Cilji: učenci pravilno povežejo elektromotor z vmesnikom, uporabijo računalnik za krmiljenje smeri gibanja oz. mirovanja mehanskega sistema in ga programirajo, ugotovijo, da z računalnikom določimo tri stanja motorja (dve smeri vrtenja in mirovanje). Naloga: Zapornica naj se ob pritisku na gumb»dvigni«dvigne, ob pritisku na gumb»spusti«spusti. S klikom na gumb»ustavi«pa se ustavi (Slika 8.7). Izvedba: Elektromotor povežemo z vmesnikom eprodas-rob1, kar prikazuje Slika 8.6. Rdečo žico povežemo na izhod C4, zeleno pa na izhod C5. 76

85 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije eprodas-rob1 C0 C1 C2 C3 C4 C5 GND +5V A0 A1 A2 A3 GND POW M Ž0 Ž1 Slika 8.6: Shema vezave semaforja in motorja (zapornica-dvigni-spusti) Pomembno: smer vrtenja motorja bo lahko drugačna, kot je predstavljeno na shemi. Za pravo smer spremenimo priključka na motorju, ne pa programa! Odpremo program zapornica-dvigni-spusti.sln. Poženemo program in preizkusimo delovanje. Pritisnemo gumb»dvigni«, nato gumb»ustavi«, gumb»spusti«in spet»ustavi«. Program: Public Class Form1 Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load eprodasinit(0) End Sub Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click DoutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'dvignemo zapornico End Sub Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button2.Click DoutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Minus) 'spustimo End Sub Private Sub Button3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button3.Click DoutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ustavimo End Sub End Class 77

86 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Razlaga ukazov: DoutDir(Port.C, nbita, nbitb, DirectX.Plus) Ime ukaza je sestavljeno iz besed D digital, Out izhod in Dir smer (angl.: direction). Ukaz je uporaben, ko želimo istočasno zamenjati logični stanji na dveh izbranih bitih. S parametrom Port določimo, katera vrata bomo uporabljali kot izhodna. S parametroma nbita in nbitb določimo, katera dva bita na teh vratih bomo uporabljali. Na izbiro imamo vrednosti od 0 do 7. Velja opozoriti, da morata biti vrednosti parametrov nbita in nbitb različni, sicer ta funkcija nima pomena. Parameter DirectX je namenjen določanju logičnih stanj bitov A in B. Tu lahko izbiramo med tremi možnostmi: Plus, Minus in Off. Če nastavimo parameter DirectX na Plus, potem bo nbitb v logični 1, nbita pa v logični 0. Situacija pa bo obrnjena, če nastavimo parameter na vrednost Minus. Če izberemo vrednost Off, bosta oba bita v logični 0. Ta ukaz je zelo priročen, ko želimo krmiliti vrtenje elektromotorja, kar smo videli v tej vaji. Slika 8.7: Okno programa zapornica-dvigni-spusti.sln Vprašanja: S katerim ukazom dvignemo zapornico? Rešitev: DoutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'dvignemo zapornico. Prevedite izraz: DoutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Minus) 'spustimo zapornico Rešitev: Digitalni izhod C4 je v logični '1', C5 pa v logični '0' 'spustimo zapornico. 78

87 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Dodatna naloga: Spremenite program tako, da se bo zapornica dvigala 1 sekundo, se ustavila za 0,3 sekunde, se spuščala 1 sekundo in se ustavila za 0,3 sekunde. Naredite še tako, da se bo bodo prejšnji ukazi ponovili 4-krat, 5-krat... Torej, da se zapornica večkrat dvigne in spusti. 8.5 Samodejno ustavljanje zapornice programska zanka Do-Loop Zapornico znamo dvigati, spuščati in ustaviti. Pri spuščanju ali dviganju moramo biti pozorni, da zapornico ustavimo takoj, ko pride v končno lego (navpično ali prečno). Zelo bi si olajšali delo, če bi se zapornica znala sama ustaviti. Takemu načinu krmiljenja pravimo krmiljenje s povratnim delovanjem. Cilji: učenci ugotovijo potrebe po krmiljenju s povratnim delovanjem ob podpori vhodnih funkcij vmesnika, uporabijo mehansko stikalo kot način za vzpostavitev povratnega delovanja, poznajo značilnosti digitalnega vhoda, znajo uporabiti programsko zanko Do-Loop. Naloga: Zapornica naj se dviguje samo do vertikale, nato pa naj se ustavi. Enako naj se spušča do horizontale, nato pa naj se sama ustavi. Izvedba: Zgornje stikalo (S0): tik za zapornico smo že dodali stikalo, ki bo motor izklopilo. Menjalno stikalo vežemo takole (Slika 8.8): priključek 1 na digitalni vhod A0, priključek 2 na GND, priključek 3 na napetost +5 V. 79

88 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Opozorilo: Nikoli ne vežemo GND na priključek 1, ker lahko pride do kratkega stika (Slika 8.9). +5V GND digitalni vhod Slika 8.8: Pravilno povezano menjalno stikalo +5 V digitalni vhod GND Slika 8.9: Napačno povezano menjalno stikalo Slika 8.10: Menjalno stikalo Fischertechnik Spodnje stikalo (S1): enako storimo za drugo stikalo pod zapornico, ki ga vežemo na digitalni vhod A1, GND in +5 V (Slika 8.11). V programu zapornica-stikalo.sln pritisnemo gumb»dvigni«, potem še gumb»spusti«. Opazujemo delovanje zapornice. 80

89 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije eprodas-rob1 C0 C1 C2 C3 C4 C5 GND +5V A0 A1 A2 A3 GND POW M S0 Ž0 Ž1 S1 Slika 8.11: Shema vezave semaforja, motorja in stikal (zapornica-stikalo) Program: Public Class Form1 Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load eprodasinit(0) End Sub Private Sub Form1_FormClosing(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.Windows.Forms.FormClosingEventArgs) Handles MyBase.FormClosing Process.GetCurrentProcess.Kill() End Sub 'dviganje zapornice Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'dvignemo Me.Focus() Do 'začetek zanke Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 0) = 1 'konec zanke DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'in potem ugasni motor End Sub 'spuščanje zapornice Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button2.Click DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Minus) 'spustimo Me.Focus() Do 'začetek zanke Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 1) = 1 'konec zanke DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'in potem ugasni motor End Sub 'ustavimo 81

90 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Private Sub Button3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button3.Click DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'se ustavimo End Sub End Class Razlaga ukazov: Do 'zacetek zanke Zaporedje ukazov... Loop Until pogoj 'konec zanke ob izpolnjenem pogoju Pri programiranju pogosto začutimo potrebo po ponavljanju določenega ukaza. V takih primerih uporabimo zanke. Z njimi ponavljamo določene ukaze, npr. beremo podatke iz datoteke, obdelujemo večje skupine podatkov ipd. V našem primeru smo dosegli utripanje lučk. Vse, kar vpišemo med besedi Do in Loop, se bo torej ponavljalo v neskončnost, vse dokler iz zanke ne izstopimo! Ker računalnik nenehno ponavlja določene ukaze, ne sprejema nobenih drugih ukazov. Zato takih zank navadno pri programiranju ne uporabljamo. Dodamo jim nek pogoj, da se ustavi (Until). Preberite še opozorila na koncu tega poglavja. Vprašanja: Kaj pomeni izraz krmiljenje s povratnim delovanjem? Rešitev: Pomeni vodenje robota po vnaprej določenem programu, ki pri izvajanju upošteva stanje (stanja) na vhodu (vhodih). Glede na različno vhodno informacijo, se program odziva z različno izhodno informacijo (povratnim delovanjem). Kateri pogoj v našem programu ustavi zanko pri dviganju zapornice in kaj pomeni? Rešitev: DInBit(Port.A, 0) = 1 Pomeni, da se zanka ustavi, ko je digitalni izhod A0 v logični '1' ( zgornje stikalo je sklenjeno). Kateri ukaz se izvaja v sami zanki? Rešitev: Wait(0.1) Kaj se dogaja, ko pritisnemo gumb»dvigni«? 82

91 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Rešitev: Zapornica se prične dvigati. Nato pride računalnik v zanko Do-Loop, kjer vsakih 100 milisekund preveri, ali je pogoj izpolnjen. To pomeni: če je zgornje stikalo sklenjeno, preneha preverjati pogoj in skoči na naslednji stavek, ki mu ukaže, da ugasne motor. Zakaj ni ukaz za dviganje zapornice zapisan v zanki? Rešitev: Ukaz za dviganje ali spuščanje zapornice je zunaj zanke Do-Loop zato, da razbremenimo računalnik in ni polno zaposlen samo s tem opravilom. Zato tudi vstavimo ukaz Wait(0.1). Kateri gumb bi zdaj lahko izbrisali iz programa? Rešitev: Ugotovimo, da lahko gumb za ustavljanje zapornice»ustavi«izbrišemo iz programa, ker se zdaj sama ustavi v skrajnih legah. Pojasnilo: Ukaza Wait(0.1) ne smemo izpustiti iz zanke Do-Loop, sicer zapornica ne bo delovala. Na splošno za zanko Do-Loop velja, da deluje tudi, če nima znotraj zanke nobenega ukaza. Ukaz Wait pa lahko nadomestimo tudi z ukazom Application.DoEvents(). Opozorilo: Prvotno je bil program napisan brez zeleno osenčenih polj. Te ukaze smo dodali, da smo rešili dve težavi. Program lahko poskusite zagnati tudi brez zeleno označenih polj. To storite tako, da jih označite in daste med navednice. Navednice ali komentar poiščemo v orodni vrstici (Slika 8.12). Nato program zaženemo. Program vrnemo v prvotno stanje tako, da označimo del besedila med narekovajema (zeleno obarvano besedilo) in kliknemo sosednji gumb (nahaja se desno od prejšnjega). Slika 8.12: Gumb: Izbrano besedilo zapišemo kot komentar 83

92 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Prva težava: Dvojni klik Če pritisnemo na gumb stop med izvajanjem zanke Do-Loop, se zapornica ne ustavi, ampak je potrebno gumb klikniti še enkrat; torej skupaj dvakrat. Zato smo dodali ukaz Me.Focus(). Zdaj bo zapornica ubogala katerikoli ukaz na prvi klik. Druga težava: Program se ne preneha izvajati Kadar zapornico dvignemo ali spustimo do konca (da sklene končno stikalo) in prekinemo izvajanje programa, vse deluje dobro. Težava nastane, kadar zapornico ustavimo s klikom na gumb»ustavi«in takoj nato prekinemo izvajanje programa (pritisnemo križec na Form1 in okvir izgine). V tem primeru se program v resnici ni prenehal izvajati. To opazimo, če pogledamo na orodno vrstico, kjer je gumb (Stop Debugging) vklopljen (Slika 8.13). Program se bo torej zaključil šele, ko pritisnemo na ta gumb. Da se program ni prenehal izvajati, nas opozorita tudi ključavnici na zavihku Running. in napis gumb Stop Debugging ključavnici Ko kliknemo križec, se Form1 zapre. Slika 8.13: Okno programa, kadar se izvaja 84

93 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Zakaj se je to zgodilo? Pogledamo program. Možna sta dva dogodka; zapornico ustavimo s klikom na gumb»stop«med dvigovanjem ali med spuščanjem. V obeh primerih se zanka Do-Loop sploh ne konča. Program bo izvajal zanko tudi potem, ko prekinemo izvajanje programa. Kako rešiti težavo? Pravila lepega programiranja velevajo, naj ne uporabljamo takih zank, ki imajo možnost, da se ob določenih dogodkih ne končajo. Če pa že uporabljamo take zanke, moramo imeti še dodaten pogoj ali ukaz, ki bo tako zanko res končal, ko bomo zaprli program. Kot vedno, je pri programiranju na voljo več rešitev. Prva rešitev: Težavo rešimo tako, da vstavimo v program podprogram, ki ob zapiranju okvira prekine vse zanke. Private Sub Form1_FormClosing(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.Windows.Forms.FormClosingEventArgs) Handles MyBase.FormClosing Process.GetCurrentProcess.Kill() End Sub Kliknemo na ovir Form1.vb[Design], na desni strani pogledamo okno Properties, pritisnemo gumb Events (Slika 8.14). Izberemo ukaz FormClosing in ga dvakrat kliknemo. V programski kodi zapišemo ukaz Process.GetCurrentProcess.Kill() ali System.Diagnostics.Process.GetCurrentProcess.Kill(). Slika 8.14:Okno Properties 85

94 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Druga rešitev: Dodamo izbirni gumb (Checkbox), s katerim zaključimo vse zanke. Odpremo program zapornica-stikalo2.sln. Slika 8.15:Okno programa zapornica-stikalo2.sln Na obrazec dodamo izbirni gumb in vpišemo besedilo»končaj zanko«(slika 8.15). V programski kodi nato v samo zanko Do Loop napišemo ukaz If CheckBox1.Checked Then Exit Do. Ukaz moramo vstaviti na obeh mestih, kjer se zanka pojavlja: pri dviganju in spuščanju zapornice. Do 'začetek zanke Wait(0.1) If CheckBox1.Checked Then Exit Do Loop Until DInBit(Port.A, 0) = 1 'konec zanke Na izbirni gumb»končaj zanko«kliknemo samo takrat, ko zapornico ustavimo, preden doseže končno stikalo S0 ali S1. Ko prenehamo izvajati program, se tudi zares zaključi. Če se zapornica ustavi samodejno s končnima stikaloma, izbirnega gumba ni potrebno odkljukati. Tretja rešitev: Zelo preprosta rešitev bi bila tudi, da gumb»ustavi«enostavno brišemo iz okna programa. V tem primeru bo program sam zaključil zanko, ko bo sklenjeno končno stikalo. Verjetno obstaja še katera druga rešitev. 86

95 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 8.6 Uporaba signalizacije zapornice pogojni stavek If-Then in časovnik Zdaj znamo krmiliti signalne luči in zapornico. To znanje bomo združili v skupen program, da bodo zapornice in luči delovale usklajeno. Naš robot bo torej uporabljal svoje senzorje, da bo vedel, kdaj prižgati zeleno in kdaj rdečo luč. Cilji: učenci uporabijo mehansko stikalo kot način za vzpostavitev povratnega delovanja, znajo uporabiti pogojni stavek If then in razumejo njegovo delovanje, ugotovijo potrebo po časovniku in ga znajo uporabiti. Naloga: Napišite program, da bo na semaforju gorela rdeča luč, ko bo zapornica spuščena in dokler ne bo povsem dvignjena. Ali drugače: zelena gori samo, kadar je zapornica povsem dvignjena. Izvedba: Luči, stikala in motor pustimo vezana tako kot pri prejšnjih nalogah. Robotova čutila so v naši nalogi kar končna stikala na zapornici. Spomnimo se: dig. izhod C0 rdeča lučka (Ž0) dig. izhod C1 zelena lučka (Ž1) dig. izhod C4 motor (M) dig. izhod C5 motor (M) dig. vhod A0 zgornje stikalo (S0) dig. vhod A1 spodnje stikalo (S1) Pogledamo si program zapornica-stikalo-luci1.sln. Poženemo program in vklopimo luči. Če je zapornica zaprta, sveti rdeča luč. Zapornico nato dvignimo. Ko bo dosegla skrajno lego, se mora prižgati zelena luč. 87

96 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Opazimo, da je program sestavljen iz dveh delov. Prvi del je enak kot v prejšnji nalogi, ko smo zapornico spuščali in dvigali. Drugi del se nanaša na signalizacijo ali luči in vsebuje pogojni stavek If-Then. Slika 8.16 Okno programa zapornica-stikalo-luci1.sln Program: 'signalizacija Private Sub Timer1_Tick(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Timer1.Tick If DInBit(Port.A, 0) = 1 Then DOutBit(Port.C, 0, 0) ' ugasnemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 1) 'in prizgemo zeleno Else DOutBit(Port.C, 0, 1) ' prizgemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 0) 'in ugasnemo zeleno End If End Sub 'vklop časovnika Private Sub CheckBox1_CheckedChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles CheckBox1.CheckedChanged Timer1.Enabled = CheckBox1.Checked If Not CheckBox1.Checked Then DOutBit(Port.C, 0, 0) DOutBit(Port.C, 1, 0) End If End Sub Razlaga ukazov: Stavek if then uporabljamo v kombinaciji z digitalnim vhodom. Če je nek pogoj izpolnjen (npr. stanje na stikalu), se izvrši določen ukaz. Če zapišemo pogoje v več vrsticah, moramo na koncu dodati ukaz end if. V našem programu smo dodali še ukaz else, ki ga prevedemo z besedo»sicer«. V grobem je program takšen: 88

97 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Če (je) pogoj_1 (izpolnjen) potem ukaz_1 (se izvrši) sicer ukaz_2 (se izvrši) konec. If pogoj_1 then ukaz_1 else ukaz_2 end if. If DInBit(Port.A, 0) = 1 Then DOutBit(Port.C, 0, 0) ' ugasnemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 1) 'in prizgemo zeleno Else DOutBit(Port.C, 0, 1) ' prizgemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 0) 'in ugasnemo zeleno End If V slovenščino bi te ukaze lahko prevedli: Če je digitalni vhod A0 v logični '1'(stikalo je sklenjeno) potem naj bo digitalni izhod C0 v logični '0' ' ugasnemo rdečo in digitalni izhod C1 v logični '1' 'in prizgemo zeleno sicer naj bo digitalni izhod C0 v logični '1' ' prizgemo rdečo in digitalni izhod C1 v logični '0' 'in ugasnemo zeleno konec stavka če Če dodamo programu samo if stavek, nam sporoči napako. Manjka metoda oziroma dogodek, ob katerem naj se if stavek izvede. Lahko bi dodali še en gumb, ki bi ga med dvigovanjem/spuščanjem zapornice večkrat pritisnili, da bi preverili stanje na digitalnih vhodih (stikalih). Veliko bolj elegantna rešitev pa je, da dela to namesto nas računalnik. Zato dodamo programu časovnik (timer), ki večkrat v sekundi preveri stanje stikal. Časovnik vstavimo s dvojnim klikom na objekt Timer. Če želimo pisati ukaze v programskem urejevalniku, ga v sivem obrazcu dvakrat kliknemo. Prvotno je časovnik izključen. Vključimo ga z ukazom Timer1.Enabled = True v polju Properties. Lahko ga določimo tudi v lastnostnem oknu, tako da enkrat kliknemo na objekt Timer. Tu navadno določamo samo dve lastnosti: Enabled in Interval. Lastnosti, ki jih določimo tu, se bodo izvajale že ob zagonu programa. Enabled nastavimo na True ali False, Interval pa pustimo na predlaganih 100 milisekundah. V nalogi smo časovnik vklopili in izklopili z izbirnim gumbom CheckBox. Kadar je gumb odkljukan, je časovnik vklopljen. V prvotnem stanju je časovnik vklopljen. To pomeni, da na semaforju svetijo luči, ko poženemo program. Timer1.Enabled = CheckBox1.Checked 89

98 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Ukaz je tipa Boolean in zahteva za enačajem spremenljivko z vrednostjo True ali False. Namesto, da pišemo ukaze, bo časovnik zavzel vrednost, ki je v izbirnem okencu. Če bo na njem kljukica, je vrednosti True, sicer pa vrednosti False. If Not CheckBox1.Checked Then DOutBit(Port.C, 0, 0) DOutBit(Port.C, 1, 0) Zgornji ukazi zagotovijo, da se luči zagotovo ugasnejo, če izbirni gumb ni odkljukan. Če je časovnik izklopljen, tudi luči ne gorijo. Kaj se zgodi, če tega ukaza ne dodamo programu? Poskusite in postavite ta del v navednice, zaženite program. Dvignite zapornico, nato izključite časovnik. Ko boste zapornico spustili, se zelena luč ne bo ugasnila, ker je časovnik ugasnjen. Časovnik ne preverja več stanja na stikalu A0. Vprašanje: Zakaj potrebujemo časovnik? Odgovor: Časovnik neprenehoma izvaja ukaze, ki so zapisani v podprogramu. V našem primeru vsako 100 milisekundo preveri, ali je zgornje stikalo sklenjeno; na podlagi te ugotovitve prižge bodisi zeleno bodisi rdečo luč. Dodatna naloga: Napišite podoben program brez uporabe časovnika. Poglejte program brez-casovnika.sln. 90

99 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 8.7 Zapornica s signalizacijo in magnetno kartico Kadar pripeljemo z avtomobilom pred zapornico, jo želimo odpreti z magnetno kartico. Cilj: Učenci ugotovijo lastnosti magnetnega stikala. Naloga 1: Zapornica naj se sama dvigne, takoj ko magnetnemu stikalu pred zapornico približamo magnet. Izvedba: Pred zapornico namestimo magnetno stikalo (hermetični kontaktnik ali reed contact), ki sklene kontakte takoj, ko mu približamo trajni magnet. Magnetno stikalo povežemo na digitalni vhod A2, drug vodnik pa na ozemljitev GND. Vezavo prikazuje Slika eprodas-rob1 M S0 C0 C1 C2 C3 C4 C5 GND +5V A0 A1 A2 A3 GND POW Ž0 Ž1 S1 MS Mag N S Slika 8.17: Shema vezave semaforja, motorja, stikal in magnetnega stikala (zapornica-magnet) 91

100 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Imamo že tri digitalne vhode: dig. vhod A0 zgornje stikalo (S0) dig. vhod A1 spodnje stikalo (S1) dig. vhod A2 magnetno stikalo (Mag) Magnetno stikalo, je stikalo, ki se sklene takoj, ko mu približamo trajni magnet (Slika 8.18). Slika 8.18: Magnetno stikalo, ko mu približamo trajni magnet [31] Slika 8.19: Fotografija magnetnega stikala [32] Magnetno stikalo deluje tako, da se priključka, kadar je med njima dovolj velika napetost, skleneta. Če pa med njima ni dovolj velike napetosti, ostaneta razklenjena (Slika 8.19). Odpremo program zapornica-luci-magnet.sln in zaženemo program. Vklopimo časovnik, če je prvotno izklopljen. Magnetnemu stikalu približamo magnet in opazujemo, kaj se zgodi z zapornico. Program: 'signalizacija Private Sub Timer1_Tick(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Timer1.Tick If DInBit(Port.A, 0) = 1 Then DOutBit(Port.C, 0, 0) ' ugasnemo rdečo 92

101 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije DOutBit(Port.C, 1, 1) 'in prizgemo zeleno Else DOutBit(Port.C, 0, 1) ' prizgemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 0) 'in ugasnemo zeleno End If 'proženje zapornice z magnetom If DInBit(Port.A, 2) = 0 Then DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'dvignemo Do 'začetek zanke Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 0) = 1 'konec zanke DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ugasnemo motor End If End Sub Vprašanja: Kako se zapornica prične dvigati? Odgovor: Zapornica se prične dvigati, ko magnetnemu stikalu približamo magnet. Kako jo spustimo? Odgovor: Spustimo jo s klikom na gumb»spusti«. Kateri ukaz smo uporabili za dviganje zapornice in kaj pomeni? Odgovor: Uporabili smo if stavek in ukaz DInBit(Port.A, 2) = 0. Ukaz pomeni: digitalni vhod A2 je v logični ničli. Elektromagnetni senzor je vezan na A2 in GND. Namesto na GND bi bila razumljivejša vezava na +5 V, a je zaradi vezja v vmesniku pravilna vezava na GND. Če bi hoteli vezati na +5 V, bi morali imeti pred tem delilnik napetosti. Preizkusite, kako daleč in pod kakšnim kotom magnet sklene magnetno stikalo. Naloga 2: Dviganje zapornice sprožimo z magnetom, ki predstavlja magnetno kartico. Ko z avtomobilom zapeljemo mimo zapornice, želimo, da se ta po določenem času sama zapre. Popravite program tako, da se bo zapornica po 6 sekundah samodejno spustila. 93

102 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Izvedba: Odprite program zapornica-luci-magnet2.sln. V podprogram 'proženje zapornice z magnetom damo ukaz Wait(6). Nato dodamo še zanko Do Loop za spuščanje zapornice, ki jo poznamo že od prej. Program: 'proženje zapornice z magnetom If DInBit(Port.A, 2) = 0 Then DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'dvignemo Do 'začetek zanke Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 0) = 1 'konec zanke DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ugasnemo motor 'samodejno zapiranje zapornice Wait(6) DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Minus) 'spustimo Do Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 1) = 1 DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ugasnemo motor End If Vprašanje: Kako bi čas dvignjene zapornice podaljšali na 10 sekund? Odgovor: V ukazu Wait(6) spremenimo parameter v oklepaju tako, da napišemo število 10: Wait(10). Naloga 3: Razmislite, katere gumbe v programu (Form2.vb[Design]) bi lahko v tej fazi projekta preprosto zbrisali? In katere ukaze v programskem urejevalniku? Izvedba: Ugotovimo, da lahko zbrišemo prav vse gumbe v oblikovnem načinu [Design](Slika 8.20). V programskem urejevalniku pa pustimo samo podprogram 'signalizacija in podprogram 'proženje zapornice z magnetom. Poglejmo si program zapornica-lucimagnet3.sln. Zapornico odpiramo in zapiramo brez klikov na gumbe v programu, ampak jo prožimo z magnetom, spusti pa se samodejno po 6 sekundah. 94

103 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 8.20: Okno programa zapornica-luci-magnet3.sln Program: Public Class Form1 Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load eprodasinit(0) End Sub Private Sub Form1_FormClosing(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.Windows.Forms.FormClosingEventArgs) Handles MyBase.FormClosing Process.GetCurrentProcess.Kill() End Sub 'signalizacija Private Sub Timer1_Tick(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Timer1.Tick If DInBit(Port.A, 0) = 1 Then DOutBit(Port.C, 0, 0) ' ugasnemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 1) 'in prizgemo zeleno Else DOutBit(Port.C, 0, 1) ' prizgemo rdečo DOutBit(Port.C, 1, 0) 'in ugasnemo zeleno End If 'proženje zapornice z magnetom If DInBit(Port.A, 2) = 0 Then DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'dvignemo Do 'začetek zanke Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 0) = 1 'konec zanke DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ugasnemo motor 'samodejno zapiranje zapornice Wait(6) DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Minus) 'spustimo Do Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 1) = 1 DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ugasnemo motor End If End Sub End Class 95

104 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Naloga 4 (dodatna naloga) V prejšnji nalogi smo ugotovili, da lahko izbrišemo vse gumbe in oznake v oblikovnem pogledu. Tokrat bi radi dodali oznake na obrazec, da bi tudi na monitorju lahko sledili dogajanju na zapornici. Obrazcu dodajte dve oznaki (Label). Na prvi naj se med izvajanjem izpisuje, kaj se dogaja z zapornico, npr.:»zapornica se dviguje«. Druga oznaka naj predstavlja luč na semaforju. Kadar na semaforju gori rdeča, naj bo tudi oznaka rdeče obarvana (Slika 8.21). Slika 8.21: Okno programa zapornica-luci-magnet4.sln Namig: V orodjarni poiščemo oznako Label1 in jo prenesemo na obrazec. V oknu z lastnostmi napišemo začetno besedilo. Nato razmislimo, kje v programski kodi se mora nahajati besedilo»zapornica se dviguje«. Besedilo vstavimo z ukazom: Label1.Text = "zapornica se dviguje". Na podoben način vstavimo še napise»zapornica je dvignjena«,»zapornica se spušča«,»zapornica je spuščena«. Drugi oznaki Label2 na pravem mestu v programski kodi določimo barvo ozadja. Poskusite najprej napisati samo Label2. in počakajte, da vam program sam ponudi možnosti. V pomoč vam je lahko program zapornica-luci-magnet4.sln. 96

105 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 8.8 Zapornica s signalizacijo, magnetno kartico in varnostnim zapiranjem Zapornico lahko zdaj odpremo z magnetno kartico, sama se zapre po šestih sekundah. Kaj pa, če se avtomobil v trenutku zapiranja zapornice nahaja pod njo? Cilji: učenci razložijo lastnosti svetlobnih čutnikov v vlogi stikal in pojem svetlobne zapore, poznajo lastnosti analognega vhoda. Naloga: Preden se zapornica samodejno spusti, naj čutilniki preverijo, da se pod njo ne nahaja noben objekt. Izvedba: Žarnico z usmerjeno svetlobo vežemo na izhod C2. Fototranzistor vežemo na napetost +5 V in na digitalno-analogni vhod A3. Shemo vezave prikazuje Slika Koristno je, da v tem trenutku preverimo delovanje fototranzistorja v testnem programu. Zaženemo testni program. Poiščemo okvir za Port C in kliknemo na gumb C2. S tem prižgemo žarnico z usmerjeno svetlobo. Sedaj pogledamo še v okvir za Port A in odkljukamo analogni vhod AInA3. Če je vse pravilno povezano, se bo izpisala napetost +5 V, ko pa prekinemo snop z oviro, se bo napetost znižala. Zapomnimo si, kje je mejna vrednost. Če želimo izpis vrednosti v številkah, označimo zgoraj izbirni gumb Numbers. 97

106 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 eprodas-rob1 C0 C1 C2 C3 C4 C5 GND +5V A0 A1 A2 A3 GND POW M Ž2 Ž0 S0 FT Ž1 S1 MS Mag N S Slika 8.22: Končna shema vezave semaforja, motorja, vseh stikal in svetlobne zapore (zapornica) Spomnimo se: dig. izhod C0 dig. izhod C1 dig. izhod C2 dig. izhod C4 dig. izhod C5 dig. vhod A0 dig. vhod A1 dig. vhod A2 analog. vhod A3 rdeča žarnica (Ž0) zelena žarnica (Ž1) žarnica z lečo (Ž2) motor (M) motor (M) zgornje stikalo (S0) spodnje stikalo (S1) magnetno stikalo (Mag) fototranzistor (FT) Fototranzistor (Slika 8.23 b) je elektronski element, ki se odziva na spremembe v osvetlitvi. Skupaj z žarnico z lečo tvori svetlobno zaporo. 98

107 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Prvi prikazan znak je simbol tranzistorja, ki ga uporabljamo v shemah (Slika 8.23 a). Običajen tranzistor ima tri priključke: emitor, bazo in kolektor. Največkrat ga uporabljamo za ojačitev šibkih signalov. Šibek tok, ki teče od vira signala v bazo tranzistorja, ojačamo v veliko večji tok med kolektorjem in emitorjem. Tokovno ojačanje lahko presega celo faktor tranzistor fototrantistor kolektor baza emitor Slika 8.23 Shema (a) tranzistorja(tranzistor) in (b) fototranzistorja (fototranzistor) svetlobna zapora Slika 8.24: Shema svetlobne zapore (fototranzistor) Fototranzistor (Slika 8.24) iz zbirke pa ima samo dva priključka (baza nima zunanjega priključka). Fototranzistor deluje podobno kot sončna celica: svetloba, ki pada na bazo fototranzistorja, ustvari zelo majhen tok, ki ga tranzistor ojača. Ta ojačan tok steče med kolektorjem in emitorjem. Čim več svetlobe pade na fototranzistor, tem večji je tok. V testnem programu si lahko ogledamo, kako se na osvetljenem fototranzistorju napetost poveča. 99

108 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Odpremo program zapornica-luci-magnet-fototranz.sln in ga zaženemo. Zapornico sprožimo z magnetom in opazujemo. Program: V prejšnji program dodamo v podprogram 'proženje zapornice z magnetom nov ukaz AIn10bNum(ADC.No3). Wait(6) 'preverimo, ce je svetlobni snop prekinjen DOutBit(Port.C, 2, 1) 'svetlobni snop preverjanje_snopa: 'mesto skoka If AIn10bNum(ADC.No3) > 950 Then DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Plus) 'spustimo Do Wait(0.1) Loop Until DInBit(Port.A, 1) = 1 DOutDir(Port.C, 4, 5, DirectX.Off) 'ugasnemo motor DOutBit(Port.C, 2, 0) 'ugasnemo svetlobni snop Else Wait(0.1) GoTo preverjanje_snopa Razlaga ukazov: AIn10bNum(ADC.No3) Poleg digitalnih vhodov lahko z vmesnikom eprodas-rob1 spremljamo osem 10-bitnih analognih vhodov. Ukaz za branje teh vhodov je sestavljen iz besedic Analog Input 10b- 10- bitni in Number. Funkcija nam vrne vrednost tipa Integer in lahko zavzame vrednosti od 0 do S parametrom ADC določimo, kateri vhod bomo spremljali. Na voljo imamo vhode z oznako od No0 do No7. preverjanje_snopa: 'mesto skoka Dodamo novo tekstovno spremenljivko, na katero se bomo sklicevali v zadnji vrstici z ukazom GoTo preverjanje_snopa. Vprašanja: Poskušajte ugotoviti, kaj se zgodi, če pod zapornico ni ovire. Kaj pa se zgodi, če se pod zapornico nahaja ovira? 100

109 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Odgovor: Kadar pod zapornico ni ovire, se po šestih sekundah prižge žarnica z lečo in zapornica se spusti. Če se pod zapornico oz. med žarnico z lečo in fototranzistorjem nahaja vozilo, se zapornica ne spusti, ampak čaka, da se avto odstrani. Kako nastavimo pravo število v pogoju: If AIn10bNum(ADC.No3) >? Then? Odgovor: V testnem programu eprodas-rob1 odkljukamo AInA3 (Slika 8.25). Vidimo, da se nam poleg oznake AInA3 izpiše vrednost vhoda v voltih. Verjetno okrog 4 V. Za izpis napetosti v številu pritisnemo izbirni gumb Numbers (vrednost okrog 900). Nato prižgemo žarnico z usmerjeno svetlobo na C2. Vidimo, da se vrednost na analognem vhodu dvigne na 1023 ali 5 V. Ker hočemo, da se zapornica začne spuščati takrat, ko zagotovo ni nikogar pod njo, nastavimo vrednost v ukazu nad 900. Takrat namreč pod zapornico ni nobenega objekta in je na analognem vhodu AInA3 najvišja napetost. Slika 8.25: Testni program eprodas-rob1 Zakaj vežemo fototranzistor na analogni vhod? Odgovor: Digitalni vhod ima to lastnost, da lahko zazna samo dve vrednosti, ki sta bodisi 0 bodisi 1. Drugače povedano ločijo dve vrsti napetosti: 0 V ali +5 V. Analogni vhod pa razlikuje vse napetosti med 0 in +5 V. V naši nalogi pa moramo z vhodno napetostjo krmiliti zapornico in le analogni vhod razlikuje padec napetosti za 1 V. 101

110 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Kaj bi se zgodilo, če bi fototranzistor vezali na digitalni vhod? Odgovor: Nič se ne bi zgodilo. V stanju, ko je fototranzistor zatemnjen, napetost na njem premalo pade, da bi prešel v stanje logične '0'. Digitalni vhod bi bil vseskozi v stanju logične '1', zato ne bi mogli vnesti pogojnega stavka: če pade napetost na 4V, naj se zapornica ustavi. Kaj je svetlobna zapora? Odgovor: Svetlobno zaporo sestavljata dva elementa: žarnica z usmerjeno svetlobo in fototranzistor, ki to svetlobo»zaznava«. Ko pade na fototranzistor svetloba, se skozenj poveča tok. Napetost na analognem vhodu zavzame svojo maksimalno vrednost: +5 V. Ko se svetlobni snop prekine zaradi ovire, pa napetost pade na okoli +4 V. Dodatna naloga Kaj storimo, če pride ovira pod zapornico med samim spuščanjem? Dodajte v program ukaz, ki bo zapornico ustavil, če se bo svetlobni snop prekinil med samim spuščanjem. Izvedba: Dodajte ukaz pogoju za ustavitev zanke Do-Loop. Rešitev: Poiščite ukaz v programu zapornica-luci-magnet-fototranz.sln, ki je zapisan v komentarju. S to nalogo smo prispeli do konca projekta krmiljenja zapornice. Osvojili smo vsa interdisciplinarna znanja za krmiljenje in programiranje naprav. Na podoben način bi lahko naredili še druge projekte z napravami, ki opravljajo drugačne funkcije. Predstavljeni programi za krmiljenje zapornice niso edine možne rešitve, saj nam programiranje ponuja vedno več možnih rešitev. Naš model zapornice je v končni fazi precej podoben pravi zapornici na parkirišču. Projekti, ki so podobni realnim napravam, dajo učencem še večjo motivacijo za delo. Veliko pomenijo tudi uspehi v vseh posameznih korakih, od začetnih dalje. Zato je pomembno, da načrtujemo prve korake tako, da ne bodo pretežki za razumevanje. Ta pristop je zanimiv, ker učencem najprej ponudimo v opazovanje in razmislek delujoč model. Če bi začeli najprej s programiranjem, bi morda hitreje obupali, ker ne bi poznali končnega cilja. 102

111 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 8.9 Popolnoma nov projekt Cilji: učenci odprejo nov projekt in ga shranijo, poznajo in uporabijo ukaz eprodasinit(0), poznajo in uporabijo ukaz eprodasclose(), program poženejo, preverijo njegovo delovanje in ga zaključijo. Naloga: Naredite popolnoma nov projekt, ga poimenujte in shranite. Izvedba: Zaženemo program vbexpress.exe in odpre se nam okno za nov projekt, kjer izberemo ikono Windows Form Application. Natančna navodila so v poglavju Skrajšana navodila za pisanja novega projekta so povzeta spodaj. Postopek pisanja novega programa: 1) Začnemo nov projekt in ga shranimo (glejte poglavje 6.1.4). 2) V projekt vstavimo knjižnjico eprodasvblib.vb (glejte poglavje 6.1.4). 3) Programskemu urejevalniku dodamo ukaz eprodasinit(0)(glejte spodaj). 4) Če sta vmesnik in računalnik povezana preko USB priključka, moramo dodati še ukaz eprodasclose()(glejte spodaj). 5) Če tega že nismo storili prej, je zdaj zadnji čas, da zaženemo testni program, počakamo, da se vmesnik poveže z računalnikom ter nato testni program izklopimo. 6) Program poženemo s klikom na gumb. 7) Preizkusimo delovanje programa. 8) Končamo izvajanje programa. Učenci naj na novo napišejo nek projekt, ki so ga že preizkusili, vendar ne smejo uporabiti ukazov kopiraj/prilepi. 103

112 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Razlaga ukazov: eprodasinit(0) Ukaz eprodasinit je najpomembnejši ukaz in je neposredno povezan z vmesnikom eprodas. Zapisati ga moramo v vsakem novem programu, in sicer ob dogodku, ko se zažene program. Ta dogodek se imenuje Form_Load. Z omenjenim ukazom namreč vzpostavimo komunikacijo med vmesnikom in računalnikom. To storimo tako, da dvakrat kliknemo na sivo polje obrazca, ki nas postavi v programsko kodo, kjer vpišemo samo še omenjeni ukaz. Lahko pa te vrstice preprosto z ukazoma copy/paste postavimo v nov projekt. Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load eprodasinit(0) End Sub eprodasclose() Ukaz eprodasclose() zapišemo, če imamo vmesnik in računalnik povezana preko USB priključka. Zapisati ga moramo v vsakem programu ob zapiranju programa. Ta dogodek se imenuje FormClosing. To storimo tako, da kliknemo na ovir Form1.vb[Design], na desni strani pogledamo okno Properties, pritisnemo gumb Events (Slika 8.14). Izberemo ukaz FormClosing in ga dvokliknemo. V programski kodi zapišemo ukaz eprodasclose(). Private Sub Form1_FormClosing(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.Windows.Forms.FormClosingEventArgs) Handles MyBase.FormClosing eprodasclose() End Sub Oglejte si video vb_novprojekt.avi. 104

113 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 8.10 Nekaj nalog za ponavljanje in utrjevanje 1) Delovanje zapornice Naloga: Odgovorite na vprašanja: 1. Katera luč na semaforju gori, ko je zapornica spuščena? 2. Kako zapornico sprožimo, da se dvigne? 3. Kaj se zgodi z zapornico, ko pride v navpično lego, in kaj z lučjo na semaforju? 4. Kako zapornico spustimo? 5. Kaj se zgodi, tik preden se zapornica prične spuščati? 6. Kaj se zgodi, če je pod zapornico (pred svetlobnim snopom) še ovira (avto), in kaj se zgodi, ko oviro odstranimo? 7. Katera luč gori na semaforju, ko se zapornica spušča? 8. Kdaj se zapornica pri spuščanju ustavi? Rešitve: 1. Ko je zapornica spuščena, sveti na semaforju rdeča luč. 2. Zapornica se prične dvigati, ko magnet približamo magnetnemu stikalu. 3. Ko pride zapornica v navpično lego, se samodejno ustavi, na semaforju pa zasveti zelena luč. 4. Zapornica se samodejno spusti po šestih sekundah. 5. Tik preden se prične zapornica spuščati, se prižge lučka ob zapornici (svetlobni snop). 6. Če je pod zapornico ovira, ki zastira svetlobni snop, se zapornica ne bo spustila, dokler ovire ne bomo odstranili.. 7. Med spuščanjem zapornice sveti na semaforju rdeča luč. 8. Zapornica se samodejno ustavi, ko pride v končno lego in pritisne na spodnje stikalo. 105

114 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana 2009 Elektrogradniki sestavljanke Naloga: Določite elektrogradnike na sliki (Slika 8.26) in vpišite v kroge kratice elementov: Ž0 rdeča žarnica Ž1 zelena žarnica S0 zgornje stikalo S1 spodnje stikalo M elektromotor MS magnetno stikalo (hermetični kontaktnik) Mag magnet Ž2 žarnica z lečo, ki usmerja svetlobo (močnejši svetlobni snop) FT fototranzistor Slika 8.26: Zapornica in njeni elektronski gradniki 106

115 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije 2) StartHere Naloga: Preverite izhode s testnim programom StartHere in izpolnite preglednico (stolpec Dogodek pustimo prazen) (Preglednica 8.2): Preglednica 8.2: Preverjanje izhodov v testnem programu StartHere Odkljukamo Port Dogodek C0 zasveti rdeča žarnica C1 zasveti zelena žarnica C2 zasveti žarnica z lečo C4 motor se zavrti (zapornico dvigne) C5 motor se zavrti v drugo smer (zapornico spusti) 3) Testni program eprodas-rob1 Naloga: Preverite izhode s testnim programom eprodas-rob1 in izpolnite preglednico (stolpec Dogodek pustimo prazen) (Preglednica 8.3) Preglednica 8.3: Preverjanje vhodov in izhodov v testnem programu eprodas-rob1 Odkljukamo Port. Dogodek C0 zasveti rdeča žarnica C1 zasveti zelena žarnica C2 zasveti žarnica z lečo C4 motor se zavrti (zapornico dvigne) C5 motor se zavrti v drugo smer (zapornico spusti) A0 izpiše stanje zgornjega stikala (0 - razklenjeno, 1 - sklenjeno) A1 izpiše stanje spodnjega stikala (0 - razklenjeno, 1 - sklenjeno) A2 izpiše stanje magnetnega stikala AInA3 izpiše napetost na fototranzistorju 107

116 Diplomsko delo, Pedagoška fakulteta, matematika in tehnika, Ljubljana ) Vhodne in izhodne enote vmesnika Naloga: Katere so vhodne in izhodne enote vmesnika pri našem robotu? Izpolnite preglednico (Preglednica 8.4) Preglednica 8.4: Vhodi in izhodi Port. Vhod / izhod C0 digitalni izhod C1 digitalni izhod C2 digitalni izhod C4 digitalni izhod C5 digitalni izhod A0 digitalni vhod A1 digitalni vhod A2 digitalni vhod AInA3 analogni vhod 5) Digitalni vhod Port.B Naloga: Spremenite program zapornica-dvigni-spusti.sln tako, da boste krmilili zapornico z digitalnimi vhodi Port.B. Izvedba: Namesto gumbov v programu boste pritiskali stikala na vmesniku. Stikalo B1 naj zapornico dvigne, stikalo B2 spusti, stikalo B0 pa ustavi. Uporabite časovnik iz orodjarne. Primite ga in nesite na obrazec. Prikazal se bo v spodnjem sivem polju. Dvakrat kliknite nanj in zapišite v programskem urejevalniku prave ukaze. Uporabite If stavek. Ne pozabite vklopiti časovnika. Kako časovnik vstavimo in vklopimo, si preberite v poglavju 8.6 Uporaba signalizacije zapornice pogojni stavek If-Then in časovnik. Nalogo rešujte samostojno, rešitev pa preverite s programom zapornica-dvigni-spusti1.sln. 108

117 Urška Trošt: Uporaba sestavljank Fischertechnik in vmesnika eprodas-rob1 pri pouku Tehnike in tehnologije Slika 8.27: Zapornica Dodali bi lahko še veliko novih nalog ali predelali obstoječe programe. Učitelj si lahko zamisli drugačne naloge, kot so predstavljene tukaj. Upoštevamo tudi zamisli učencev pri snovanju nalog, saj so velikokrat problemi, ki jih odprejo učenci, zelo zanimivi in običajno tudi zahtevni za reševanje. Izzivov nam torej ne bo zmanjkalo! 109