Важко уявити своє життя без електричних помічників(кавоварки, мультиварки, пральної машини, тощо), вони значно полегшують наше існування, беручи на себе частину нашої роботи. Сучасні електронні прилади оснащують мікрокомп’ютерами, які знають десятки програм для розширення їх функціональності. Дані мікрокомп’ютери називають мікроконтролерами.
Дійсно, який би сучасний прилад ви б не придбали в ньому уже наявний мікроконтролер або навіть їх там може бути декілька. Напрошується логічне питання про те навіщо їх там використовують? Використання мікроконтролерів дозволяє спростити схемотехніку приладу, при цьому використовується менша кількість радіодеталей, здешевлюється вартість приладу, проте зростає навантаження на програмістів, які будуть реалізовувати логіку роботи приладу. Не зважаючи на це, переписати навіть сотню рядків коду простіше, чим розробляти нову електричну схему, а випустивши нову прошивку, зазвичай функціональність вашого приладу розширюється.
Пропоную розглянути дане питання за наступним планом:
- Що таке мікроконтролер? Різновиди та основні параметри мікроконтролерів
- Застосування мікроконтролерів в побуті на виробництві та навчанні фізиці інформатиці
- Приклад застосування мікроконтролера Arduino при реалізації проекту «Розумний будинок»
Що таке мікроконтролер? Різновиди та основні параметри мікроконтролерів
Мікроконтролер – одно кристальний комп’ютер, який реалізовується у вигляді невеликої мікросхеми, поблизу якої знаходяться деталі, які забезпечують живлення та правильні режими його роботи.
На сьогодні в продажі існує велика кількість різноманітних мікроконтролерів на різних архітектурах(AVR, ARM) наприклад: Arduino, STM-8, STM-32, ESP-32
За будовою структура мікроконтролера нагадує структуру звичайного ПК, в ньому є процесор, тимчасова і постійна пам’ять, порти вводу/виводу, регістри.
До основних параметрів мікроконтролера відносять: робочу напругу, силу струму необхідну для роботи, об’єм оперативної та постійної пам’яті, кількість портів вводу виводу, кількість аналогових та цифрових портів.
Зображення мікроконтролерів
Застосування мікроконтролерів в побуті на виробництві та навчанні фізиці інформатиці
Оскільки мікроконтролери можна програмувати, підключати до них різноманітні датчики та споживачі(реле, різного виду двигуни) сфера їх використання досить широка.
Мікроконтролери вбудовують у різноманітні верстати та автоматичні лінії, які за допомогою перепрограмування можна заставити виробляти різні вироби, тобто без модернізації лінії, змінюючи програму, один завод може виробляти від мобільних телефонів до марсоходів.
Оскільки мікроконтролери набувають все більшого і більшого застосування потрібно навчити учнів працювати з ними, створювати хоча б найпростіші пристрої на їх основі та програмувати їх. Оскільки без даних знань випускник навчального закладу сильно втратить позиції у конкурентоспроможності на ряду з іншими спеціалістами, яких так потребує не тільки наша країна а й увесь світ.
В плані навчання фізики на базі мікроконтролерів можна розробляти фізичні прилади, такі як динамометри, гауссметри, люксометри, анемометри, барометри і інше. Конструювання даних приладів, дозволить поглибити знання учнів у читанні та складанні електричних схем, розумінні протікання фізичних явищ.
Також мікроконтролери можна застосовувати для реалізації STEMпроектів, оскільки можна розробити такі системи, які потребують знань з стека таких предметів як інформатика, математика, фізика, біологія, хімія. Оскільки до мікроконтролера можна підключити пульсомір, крокомір і контролювати стан організму, або застосовуючи датчик вологи, освітлення, газу, температури та тиску можна створити розумний будинок, теплицю, інкубатор.
Мікроконтролери будуть досить корисними при вивченні тем «Алгоритми та виконавці» а також програмування оскільки можна створити виконавця робота і діти зможуть самостійно складати для нього програми та реалізовувати їх в реальності, отримуючи навички програмування та побудови різноманітних автоматизованих систем. Побудова простих автоматизованих систем дозволить більш краще вивчити мови програмування Python, Lua, C++, оскільки більшість контролерів добре розуміють програми реалізовані на їх основі
Приклад застосування мікроконтролера Arduino при реалізації проекту «Розумний будинок»
Відносно мене, я застосовував мікроконтролер Arduino при виконані з учнями дослідницької роботи на тему «Розумний будинок». Дана система може контролювати температуру, вологість, освітлення, рівень вуглекислого газу, забезпечувати пожежну безпеку, контролювати витік газу. В планах було додати можливість віддаленого керування будинком з використанням Телеграм або Вайбер бота а також реалізувати систему безпеки з використанням RFID карти.
Висновок: Використання мікроконтролерів під час вивчення природничих наук дозволяє підвищити пізнавальний інтерес, винахідливість, формує навички роботи в групах, дозволяє розвинути навички приладобудування, реалізувати цікаві проекти, які об'єднують в собі знання з декількох предметів. За можливості варто застосовувати їх на уроках.
