Аннотация
В статье описывается методика подключения датчика влажности почвы к Arduino и методика реализации такой практической работы с учениками на уроках робототехники.
Ключевые слова: методика обучения робототехнике, микроконтроллерная платформа Arduino, датчик влажности почвы.
Сегодня робототехника стремительно развивается. Согласно «Атласу новых профессий», разработанным при поддержке агентства стратегических инициатив и инновационного центра «Сколково», большинство перспективных отраслей и профессий на ближайшие 15–20 лет будут тесно связаны с информационными технологиями и робототехникой. Уже сейчас связь робототехники со многими сферами человеческой деятельности очевидна.
О государственной поддержке развития робототехники в образовании свидетельствует большое количество мероприятий: конкурсы, конференции и выставки. Школьники могу принять участие в проектных конкурсах, например, «Курчатовский проект», в различных соревнованиях, к примеру, «Junior skills»
Основой различных «умных» электронных устройств как правило является микроконтроллер. Микроконтроллерная платформа Arduino – это наиболее популярная электронная плата для реализации функциональных возможностей микроконтроллеров. Прежде чем обучать реализации сложных проектов на основе Aduino, необходимо научиться подключать к платформе простые радиоэлементы и датчики, а также их программировать.
Рассмотрим методику применения микроконтроллерной платформы Arduino при обучении основам робототехники на примере подключения датчика влажности почвы. Принцип работы этого датчика основан на измерении сопротивления тока между двумя металлическими пластинами, вставленными в почву. Из физики мы знаем, что чем влажнее почва, тем меньше ее сопротивление. Так, по выходному аналоговому сигналу с датчика можно судить о степени влажности.
Датчик влажности почвы работает в 2-х режимах: 1) В цифровом, где при превышении определенного уровня влажности на выход подается логическая единица. Чувствительность порога настраивается резистором, расположенным на плате. 2) В аналоговом, где значение влажности выводится в виде определенного напряжения (0..5 в).
Рассмотрим назначение выводов датчика (4 провода): VCC: +5В; GND: земля; DО: цифровой выход (0/1); АО: аналоговый выход (0..5B).
Для выполнения практической работы по подключению датчика влажности почвы нам понадобятся: Arduino UNO R3 - 1шт; Датчик влажности почвы - 1 шт; Красный светодиод - 1 шт; Зеленый светодиод - 1 шт; Синий светодиод - 1 шт; Резистор 220 Ом - 3 шт; Макетная плата - 1 шт. Соединительные провода - 12 шт.
Последовательность выполняемых действий (согласно схеме Рис.1):
1. Подключите к питанию макетную плату: порты «5V», «GND» платы Arduino соедините с соответствующими портами на макетной плате («5V» - красный провод, «GND» - черный провод).
2. Подключите к питанию датчик влажности почвы: соедините порты «+» и «-» макетной платы с соответствующими контактами датчика влажности почвы («VCC» - красный провод, «GND» - черный провод).
3. Подключите аналоговый выход «АО» датчика влажности почвы к одному из аналоговых портов Arduino, например к порту «A0».
4. Для вывода информации в схеме используются разноцветные светодиоды. Для подключения светодиода необходимо соединить цифровой порт платы Arduino, например, порт «4» с гнездом макетной платы, затем подключить к гнезду на той же дорожке резистор сопротивлением 220 Ом, к резистору подключается длинная ножка светодиода. Короткая ножка светодиода подсоединяется к земле. Остальные светодиоды подключаются аналогично (см. рис.).
Рисунок 1 –Схема подключения датчика влажности почвы
Собранную схему нужно подключить к компьютеру для загрузки программы. Ниже приведен возможный вариант программы:
#define soil_sensor A0
#define led_r 4
#define led_g 5
#define led_b 6
int humidity;
void setup(){
humidity = 0; //Обнуляется значение уровня влажности
digitalWrite(led_r,0); //Выключается красный светодиод
digitalWrite(led_g,0); //Выключается зеленый светодиод
digitalWrite(led_b,0); //Выключается синий светодиод
Serial.begin(9600); //Инициализируется отладочный порт
}
void loop(){
delay(1800000); //Опрашивается датчик 1 раз в 30 минут
humidity = analogRead(soil_sensor);
Serial.print("Humidity: "); //Выводится значение влажности в порт
Serial.println(humidity);
if (humidity < 350){ // Условие низкой влажности
digitalWrite(led_r,1); //Включается красный светодиод
}
else { //Иначе почва влажная
digitalWrite(led_r,0); //Выключается красный светодиод
}
if (humidity >= 350 && humidity < 750){ //Если влажность в норме
digitalWrite(led_g,1); //Включается зеленый светодиод
}
else { //Иначе почва не в норме
digitalWrite(led_g,0); //Выключается зеленый светодиод
}
if (humidity > 750){ //Условие высокой влажности
digitalWrite(led_b,1); //Включается синий светодиод
}
else {
digitalWrite(led_b,0); //Выключается синий светодиод
Результатом этой практической работы является устройство, которое производит мониторинг влажности почвы, например, в цветочном горшке и с помощью светодиодов показывает необходимость полива цветка, например: красный - почва сухая; зеленый - почва влажная; синий - почва мокрая.
Полученное устройство можно усовершенствовать, добавив дополнительный функционал, например, через реле подключить насос для осуществления полива растений, по соответствующему сигналу от датчика влажности почвы.
Список литературы
1. Атлас новых профессий URL: http://atlas100.ru/ (дата 12.03.2017). ФГОС 44.04.01 Педагогическое образование (уровень магистратуры). URL: http://xn--80abucjiibhv9a.xn--p1ai/documents/5034 (Дата 12.03.2017).
2. Абдулгалимов Г.Л. Проблемы и решения внедрения ФГОС. Педагогика. 2013. № 10. С. 57-61.
3. Абдулгалимов Г.Л., Гулюта А.А., Казагачев В.Н. Профессиональная подготовка будущего
учителя информатики к преподаванию робототехники. Успехи современной науки и образования. 2016.
Т. 2. № 12. С. 29-31.
4. Абдулгалимов Г.Л. Система профессиональной подготовки преподавателя информатики:
компетентностный подход, проектирование, внедрение. Монография. Московский гос. гуманитарный
ун-т им. М. А. Шолохова. Москва, 2008.
5. Абдулгалимов Г.Л. Лабораторный стенд для программирования микроконтроллеров. Техника
и технология. 2013. № 5-6 (59). С. 26-28.
6. Абдулгалимов Г.Л. Информационные технологии для учителя предметника. Учебное пособие. Московский гос. гуманитарный ун-т им. М.А. Шолохова. Москва, 2008.
7. Блум. Дж. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства. БХВПетербург. 2015. 336 с.