Oppgåve

NDLA-boksen: Bommen

Har du nokon gong køyrt fram til ein bom, så har han opna seg automatisk? Dette kan verke som eit avansert system, men i denne oppgåva skal du lage din eigen automatiske bom.

Grå boks med to tilkoplingar, ein sensor, ein lysdiode og ein raud utstikkande pinne. Illustrasjon. — Denne bommen kan bevege seg når ultralydsensoren registrerer eit signal. Korleis, og kva trur du skjer?

Ein sensor beståande av ein mikrofon og ein høgtalar står montert på ein mikrokontrollar. Foto. — Ultralydsensorar sender ut eit lydsignal og måler kor lang tid det tek før signalet returnerer. Kva kan vi bruke ein slik sensor til?

Ultralydsensor

Ultralydsensoren "ser" med lyd. Han sender ein kort lydpuls og måler tida det tek før ekkoet kjem tilbake – slik finn vi avstanden til eit objekt.

Ein vanleg modul (til dømes HC-SR04) har to "auge": TRIG (sendar) og ECHO (mottakar). Arduino lagar ein mikropuls på TRIG, og sensoren sender ei 40 kHz lydbølge i lufta. Når lyden treffer noko, blir han reflektert tilbake, og ECHO-pin blir høg akkurat når ekkoet frå lydbølga treffer.

Servomotor

Ein servomotor er ein elektrisk motor som vanlegvis berre kan rotere ei halv omdreiing, 180 gradar. Desse motorane veit kva posisjon dei til kvar tid har, og kan bevege seg til og stoppe på kva posisjon som helst innanfor rørsleområdet.

Ein elektrisk motor innkapsla av blå plast med tilkoplingsleidningar. Foto. — Ein servomotor kan brukast som ein aktuator for ein mikrokontrollar. Vanlegvis roterer han berre 180 gradar og går ikkje konstant rundt som ein vanleg motor.

Lysdiode

Ein lysdiode er ein elektronisk komponent som gjer om elektrisk energi til lys. Han er bygd slik at straum berre kan gå éin veg (frå anode til katode). Inni er det eit tynt lag halvleiarmateriale som sender ut lys når elektron og hol møtest – dette blir kalla elektroluminescens.

Når spenningskjelda blir kopla rett veg (framover), "hoppar" elektron over ein barriere i halvleiaren og frigjer energi i form av lys.

Viss du koplar ho feil veg, slepper ho nesten ikkje straumen gjennom, og då lyser det ikkje.

Ti lysdiodar med ulik utforming og fargar. Foto. — Ulike typar lysdiodar

Programmering

Når du skal begynne å programmere Arduinoen i denne boksen, kan du dele opp dette i fleire trinn.

Trinn 1. Instruks

Du kan begynne med å instruere prateroboten i kva rolle han skal ha, og kva han skal hjelpe deg med.

Døme på rolleinstruks

Eg vil at du skal vere den digitale rettleiaren min og hjelpe meg med oppkopling og programmering av ein Arduino Uno R3.

Du skal bruke faguttrykk og elles eit språk og forklaringar som er tilpassa elevar i vidaregåande skule. Du skal vere engasjerande og motiverande.

Først skal du forklare korleis systemet eg spør om, verkar.

Så vil eg ha ei oversikt over komponentane eg kan ha bruk for når eg bygger dette systemet. Gi meg både namn og bruksmåtar.

Eg treng òg forslag til korleis systemet skal koplast saman. Gi meg instruksjonar om kva pinnar som skal nyttast på komponentane og Arduinoen, og om det er behov for resistorar i kretsen.

Du skal så lage ein programkode som kan nyttast på systemet. Først forklarer du godt kvar enkelt del av programmet. Så skriv du ein komplett programkode.

Eg ønsker at du lagar ei liste over eventuelle vanskelege fagomgrep og forklarer dei med eit lett og engasjerande språk.

Du skal òg lage ei liste med praktiske døme på bruk av eit slikt system i det verkelege livet.

Eg vil at du til slutt lagar eit samandrag av dei viktigaste punkta i svaret ditt.

Trinn 2. Ultralydsensoren

Du må no fortelje prateroboten at du skal nytte ein ultralydsensor, til dømes HC-SR04. For å ta dette trinnvis kan det vere formålstenleg å starte med berre å kople opp denne.

Ut frå utforminga av NDLA-boksen kan det vere greitt å programmere Arduinoen slik at han skal gjere noko når sensoren registrerer ein gjenstand innan 10 cm frå boksen. Ver spesielt merksam på at det finst ultralydsensorer med både 3 og 4 tilkoplingspinnar.

Du skal no programmere Arduinoen til å bruke ultralydsensoren til å måle avstanden mellom seg sjølv og eit objekt rett framfor han.

Bruk instruksen under, og opne deretter seriell monitor i Arduino IDE og sjå kva som skjer når du forandrar avstanden mellom sensoren og objektet.

Forslag til instruks

Eg skal kople opp ein ultralydsensor som skal måle avstand. Eg ønsker at ultralydsensoren skal registrere rørsle. Eg ønsker at du skal skrive avstanden mellom sensoren og objektet i seriell monitor.

Trinn 3. Lysdioden

No skal du programmere Arduinoen slik at ein lysdiode lyser viss avstanden mellom sensoren og objektet er mindre enn 10 cm. Du kan bruke forslaget til instruks under.

På grunn av konstruksjonen av NDLA-boksen stikk bommen cirka 10 cm ut, så det er formålstenleg å nytte denne avstanden.

Kople opp prosjektet, programmer, og prøv å forandre avstanden mellom sensoren og objektet. Fungerer lysdioden slik du har tenkt det?

Forslag til instruks

Eg skal kople til ein lysdiode som lyser når ultralydsensoren registrerer eit objekt mindre enn 10 cm framfor seg. Er avstanden større enn 10 cm, skal ikkje lysdioden lyse.

Trinn 4. Programmere servomotoren

Når du har fått ultralydsensoren og lysdioden til å fungere, er du klar for å programmere servomotoren som trekker bommen inn og ut.

Prosjektet skal no registrere eit objekt framfor ultralydsensoren, til dømes ein bil. Lysdioden skal tenne, og bommen skal opne seg. Når det ikkje er noko objekt innanfor 10 cm framfor ultralydsensoren, skal bommen lukke seg.

For at bommen ikkje skal lukke seg med ein gong bilen køyrer forbi og ut av måleområdet for ultralydsensoren, må det leggast inn ei forseinking, til dømes på 10 sekund.

Når du programmerer og koplar dette, er det viktig å kjenne til i kva posisjon servomotoren står når programmet startar. Utforsk dette, og gjer eventuelt endringar i oppsettet.

Forslag til instruks

Eg skal utvide prosjektet ved å kople til ein servomotor som skal opne og lukke ein bom. Viss sensoren oppdagar eit objekt innan 10 cm framfor seg, skal lysdioden tenne, og servomotoren skal bevege seg 180 gradar. Når objektet forsvinn frå sensoren, skal det leggast inn ein pause på 10 sekund, så skal servomotoren bevege seg 180 gradar tilbake, og lysdioden skal sløkke.

Døme på oppkopling

Eit slikt oppsett kan koplast på ulike måtar, du kan velje å nytte eit koplingsbrett, lodde leidningar direkte på komponentar eller bruke jumper-leidningar. Du kan òg nytte ulike pinnar på Arduinoen.

Her får du eit døme på kopling og koplingsskjema:

Mikrokontrollar med sensorar og aktuatorar kopla saman med leidningar. Illustrasjon. — Her er eit døme på korleis du kan kople opp komponentane. Dette kan òg simulerast i til dømes programmet Tinkercad.

Elektrisk koplingsskjema som viser Arduino, ultralydsensor, servo, resistor og lysdiode. Tilkoplingspunkt er merkte. Illustrasjon. — Her ser du det elektriske koplingsskjemaet. Kjenner du igjen symbola for servomotor, ultralydsensor, resistor og lysdiode?

Lag din eigen NDLA-boks

NDLA-boksen kan skrivast ut på ein 3D-skrivar, og alle nødvendige filer og teikningar ligg vedlagt. Du kan òg kombinere ulike element ved å skifte ut anten lokk eller sidevegger på boksen, slik at du kan lage ditt heilt eige prosjekt.