MECHATRONIKA według
ch!
"Strategia Wolnych i Otwartych Implementacji jako innowacyjny model zainteresowania kierunkami informatyczno-technicznymi oraz wspierania uczniów
i uczennic w kształtowaniu kompetencji kluczowych”,
którego celem jest zainteresowanie uczniów i uczennic szkół gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych naukami
informatyczno-technicznymi.
Niniejsze opracowanie zostało
przygotowane na potrzeby projektu:
W ramach projektu, uczniowie biorą udział w zajęciach pozalekcyjnych tzw. Koła
Zainteresowań, podczas których poznają wolne i otwarte języki oprogramowania tj. Lazarus, Python, C++, Java, Html, Scratch oraz poznają podstawy
mechatroniki w oparciu o moduł interfejsu Arduino.
Niniejsze opracowanie poświęcimy
MECHATRONICE.
Czym jest mechatronika ?
Mechatronika:
dziedzina inżynierii stanowiąca połączenie -
inżynierii mechanicznej, elektrycznej, automatyki i robotyki, służąca - projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych urządzeń.
Informatyka Mechatronika Elektronika
● Określenie mechatronika po raz pierwszy pojawiło się w 1969 roku w Japonii, a użył go inżynier pracujący w firmie Yaskawa
Electric Corporation, Tetsuo Mori.
● W 1972 r. firma uzyskała ochronę patentową słowa „mechatronics”.
● Mianem mechatroniki określano wówczas działalność projektową, która wprowadzała układy elektroniczne do konstrukcji mechanicznych.
● Dopiero po 1982 r. zrezygnowano z ochrony
patentowej, przez co mechatronika mogła szerzej i szybciej rozwijać się w świecie przemysłu i nauki.
● Przez wiele lat niechętnie odnoszono się do
terminu mechatronika. W Stanach Zjednoczonych preferowano określenie inżynieria systemów.
● Podejmowano różne próby zdefiniowania
mechatroniki, jednak zgodnie z przyjętą definicją przez International Federation for the Theory of
Machines and Mechanism:
MECHATRONIKA jest synergiczną kombinacją mechaniki precyzyjnej, elektronicznego
sterowania i systemowego myślenia przy
projektowaniu produktów i procesów produkcyjnych.
Urządzenia mechatroniczne są:
WIELOFUNKCYJNE
jedno urządzenie może wykonywać wiele różnych zadań np. poprzez zmianę w oprogramowaniu.
MODUŁOWE
urządzenia mechatroniczne mają wieloelementową strukturę budowy (np. zespoły elektromechaniczne, mikromechaniczne, elektroniczne, optyczne, układy sterowania oparte o technikę mikroprocesową).
Urządzenia mechatroniczne są:
INTELIGENTNE
mogą podejmować decyzje komunikując się
z otoczeniem (po uprzednim zaprogramowaniu).
ELASTYCZNE
można je modyfikować na różnych etapach projektowania, produkcji czy eksploatacji urządzenia.
ZALEŻNE
od wymagań rynkowych i możliwości technologicznych wykonania.
Obszary zastosowań mechatroniki
oraz wiele innych…
Sprzęt AGD
Automatyka przemysłowa
Sprzęt elektroniczny
Robotyka
Motoryzacja
Jak działa układ mechatroniczny?
sensory
układ mechaniczny
procesory aktory
otoczenie
energia
Aktor (ang. Actuator). Jest to elektronicznie
sterowany człon wykonawczy. Jest on łącznikiem między urządzeniem przetwarzającym informację (mikroprocesorem) i procesem, którego parametry należy zmieniać.
Sensor inaczej czujnik, narzędzie będące elementem składowym większego układu. Jego zadaniem jest
wychwytywanie sygnałów z otaczającego środowiska, rozpoznawanie i rejestrowanie ich.
Procesor układ scalony, który pobiera dane, interpretuje je i przetwarza. Wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne, na podstawie instrukcji, odczytanych z pamięci operacyjnych określonych zazwyczaj przez producenta. Jego rolę można porównać do roli jaką pełni mózg u człowieka.
Jak działa układ mechatroniczny?
Po uprzednim zaprogramowaniu, zbiera on z otoczenia sygnały za pomocą sensorów
(czujników), przetwarza je, interpretuje i na tej podstawie - odpowiednio do sytuacji - reaguje za pomocą aktuatorów (członów wykonawczych).
Przykładem takiego urządzenia i konstrukcji może być, archaiczny dziś odtwarzacz VHS. Wewnątrz odtwarzacza zawarta była precyzyjna mechanika, napędy oraz układy sterujące połączone
z wyświetlaczami lub wyświetlaniem informacji poprzez OSD (On-Screen-Display- to system wyświetlania poszczególnych parametrów wprost na monitorze).
A jak na zajęciach lekcyjnych wprowadzić elementy mechatroniki?
Za pomocą zestawu mikrokontrolera Arduino w łatwy i przystępny sposób można wprowadzić młodzież w świat mechatroniki. Kilka elementów
zestawu i szkolny komputer wystarczą do wykonania ciekawych implementacji.
Czym jest Arduino, z czego się składa i co można z niego zrobić, przedstawiam na kolejnych
slajdach.
Czym jest Arduino?
Arduino wg. Wikipedii to: platforma dla systemów
wbudowanych oparta na prostym projekcie Open Hardware przeznaczonym dla mikrokontrolerów montowanych
w pojedynczym obwodzie drukowanym, z wbudowaną obsługą wejścia/wyjścia oraz standaryzowanym językiem
programowania […].
Arduino jest platformą umożliwiającą proste tworzenie elektronicznych projektów
począwszy od pojazdów mechanicznych zdalnie sterowanych poprzez roboty, aż po inteligentne systemy do domu (sterownik rolet w oknach, stację meteo czy sterownik oświetlenia i ogrzewania w akwarium itp.).
mówiąc prościej...
Arduino występuje w wielu wersjach, ale generalnie
funkcjonują one podobnie i są ze sobą w większości wypadków kompatybilne bez konieczności dokonywania zmian w kodzie.
Arduino Uno Arduino Leonardo
Arduino Mega 2560 Arduino Mega ADK
Arduino Ethernet
Arduino Due
Opis wyprowadzeń Arduino UNO R3
Uruchomienie układu Arduino jest bardzo proste,
sprowadza się do połączenia przewodem USB modułu
z komputerem.
Kabel połączeniowy USB pełni wiele ról:
● Dostarcza zasilanie do płytki,
● Służy do programowania mikrokontrolera,
● Funkcjonuje jako wirtualny port COM.
Aby przystąpić do pracy należy jeszcze zaopatrzyć się w odpowiedni edytor
Arduino IDE, który można pobrać ze strony http://arduino.cc/en/Main/Software.
Środowisko Arduino IDE 1.0.
Język programowania Arduino oparty jest na Wired i zaimplementowany w C/C++.
Środowisko Arduino IDE posiada wiele bibliotek, które pozwalają na dużo szybsze pisanie kodu poprzez krótkie i wygodne funkcje.
Uruchomienie i konfiguracja środowiska Arduino IDE.
Z zakładki Tools wybieramy Board a następnie wersję, którą posiadamy, w tym wypadku (Arduino UNO).
Następnie należy wybrać port, pod który został
podłączony układ
(Tools → Serial port → odpowiedni port)
Korzystając z różnych elementów zestawu mikrokontrolera można skonfigurować różne zadania. Jedyną barierą jest wyobraźnia.
Te elementy po złożeniu będą mierzyć temperaturę.
Arduino
Czujnik temperatury
LCD
+
+
+
dioda RGB
Płytka stykowa
+
+
+
Arduino
A te elementy spowodują, że dioda zacznie nabierać kolorów.
Opracowanie:
Karolina Michalak
Fundacja Wolnego i Otwartego Oprogramowania Andrzej Stefaniuk
trener Fundacji Wolnego i Otwartego Oprogramowania oraz nauczyciel informatyki w Zespole Szkół w Lubianie.
http://www.automotopedia.pl http://www.mechatronika.eu http://www.ppelczynski.swspiz.pl Źródła:
Strategia Wolnego i Otwartego Oprogramowania http://pl.wikipedia.org/wiki/Arduino
