Smart stavebnice pre Micro:bit
Možnosti populárnej mikropočítačovej dosky BBC Micro:bit, ktorá sa využíva aj v školách pri výučbe informatiky, programovania a robotiky, naplno vyniknú pri rôznych názorných scenároch, ktoré sú deťom školského veku blízke, ako je napríklad simulovanie riadiacich systémov inteligentného bytu, automatizácia pestovania rastliniek a podobne.
Môžete síce rozložiť na stôl Micro:bit s vhodným rozširujúcim modulom a popripájať k nemu moduly snímačov, LED diód, akčných členov, teda motorov a servomotorov, prípadne modul s displejom, ale nie každému bude zrejmé, o čo ide. Stačí však pridať konštrukciu z pomaľovaného a pozliepaného papiera, kartónu, prípadne hračkárske postavičky či nábytok a účel scenára bude každému jasný. Žiaci môžu prejaviť svoju tvorivosť pri konštrukcii dverí či okeníc z kartónu či iného vhodného materiálu, otváraných pomocou servomotora na podnet z fotobunky, prípadne na simuláciu automatizácie zalievania použiť rastlinku z farebnej plastelíny vo vhodnej nádobke a podobne. Samozrejme, môžete použiť aj skutočnú rastlinku v kvetináči, ale radšej až po odladení programu na jej zalievanie, aby nevyschla alebo, naopak, aby ste ju príliš intenzívnym polievaním nevytopili. Rovnako pri domčeku z kartónu najskôr vyskúšate rozsah otáčania serva, aby ste si pri nesprávne nastavenom uhle pootočenia nezbúrali prácne postavenú konštrukciu. Na realizáciu scenárov môžete používať aj komponenty z Lega či iných konštrukčných stavebníc. Napríklad domček z Lega je ideálny na scenár smart home.ň
Súpravy Smart Home Kit a Smart City Kit
Ku každej stavebnici je podrobný návod, nielen pribalený papierový, ale aj na wiki webe výrobcu, odkiaľ môžete kopírovať aj zdrojové kódy. Súpravy Smart Home Kit a Smart Health Kit sú určené pre mladšiu vekovú kategóriu. Obsahujú rozširujúci modul sensor:bit. Niektoré moduly sú v týchto súpravách rovnaké, takže na ilustráciu predstavíme Smart Home Kit. Smart riešenia pre dom, byt a záhradu sú jedným zo súčasných trendov a vďačným námetom na programovanie. Hravou formou si vyskúšate fungovanie jednotlivých senzorov, akčných členov či zobrazovanie informácií na displeji. Technológia inteligentného domu môže riešiť aj veľa automatizovaných procesov, napríklad na samočinné zaťahovanie závesov, rozsvietenie svetiel podľa pohybu osôb, automatické zabezpečenie miestností v noci a ďalšie veci, ktoré jeho obyvateľom uľahčia život.
Súprava obsahuje najpoužívanejšie komponenty domácej automatizácie, ako je teplotný snímač, senzor intenzity zvuku, senzor na meranie intenzity svetla, snímač vlhkosti, jednosmerný motorček, servomotor, relé, displej OLED, modul s RGB diódou, čerpadlo na vodu a ďalšie súčiastky. Samozrejme, všetko je prispôsobené tak, aby to fungovalo s bezpečným napätím. Na napájanie všetkých projektov vám stačia dve ceruzkové batérie. Základom súpravy je už spomínaný modul sensor:bit, do ktorého sa zasunie mikropočítačová doska BBC Micro:bit. Modul má konektor, na ktorom je 16 vstupov/výstupov GVS a takisto konektor s rozhraním I2C, do ktorého možno priamo zasunúť displej OLED. Súčasťou modulu je aj minireproduktor a 3,5 mm konektor jack na pripojenie slúchadiel alebo externého reproduktora. Vstupy GVS, majú na červenom pine napájacie napätie, na čiernom pine GND a na žltom pine port mikropočítačovej dosky Micro:bit. Podľa toho, o ktorý pin ide, a podľa softvérovej inicializácie to môže byť vstupný alebo výstupný, digitálny alebo analógový port.
Súpravy Smart Agriculture Kit a Smart Health Kit
Experimenty môžete začať jednoduchým scenárom svetla, ktoré sa rozsvieti zvukom. Po zaznamenaní zvuku určitej intenzity sa RGB LED dióda rozsvieti na určitý čas. V originálnom návode vás výrobca motivuje, aby ste urobili z kartónovej škatule model miestnosti, aby scenár bol čo najrealistickejší. Prípadne môžete použiť nejaký hračkársky domček. Samozrejme, svetlo môžete zapínať a vypínať v závislosti od intenzity osvetlenia. Prípadne môžete v závislosti od intenzity osvetlenia otvárať či zatvárať žalúzie, vlastne ich model zhotovený z kartónu, ovládaný servomotorom. Môžete takisto vytvoriť scenár jednoduchého zabezpečovacieho zariadenia. Ďalší zo vzorových príkladov simuluje reguláciu kúrenia alebo klimatizácie. Akčný člen čiže vykurovací či klimatizačný systém je simulovaný ventilátorom poháňaným jednosmerným motorčekom. Ak teplotný snímač nameria vyššiu teplotu, ako je nastavená, napríklad 30 °C, bude sa na určitý čas opakovane zapínať ventilátor, kým sa teplota nezníži. Ventilátorom sa dá teplota znížiť iba vtedy, ak ste snímač ohriali napríklad držaním v ruke. V reálnom byte teplotu miestnosti ventilátorom neznížite, dosiahnete len prúdenie vzduchu, a teda lepšie ochladzovanie tela a s tým súvisiaci pocit lepšej tepelnej pohody. Medzi vzorovými príkladmi je aj scenár, v ktorom sa po tom, čo senzor identifikuje zaplavenie vodou, zapne čerpadlo, ktoré vodu odčerpá. Modifikáciou príkladu by ste mohli vytvoriť systém na automatické polievanie kvetov v kvetináči. Alebo ak senzor deteguje dážď, servo automaticky zavrie okno. Ak dážď prestane, okno sa zase otvorí.
Smart Health kit obsahuje napríklad moduly na detekciu UV žiarenia či detektor alkoholu a iných aromatických látok a rozpúšťadiel. Senzor alkoholu môžete vyskúšať napríklad alkoholovými parami nad lyžičkou Alpy či bylinkového likéra.
Súpravy Smart City a Smart Agriculture sú určené pre starších žiakov. Obsahujú modul IoT:bit, ktorý umožňuje komunikovať cez Wi-Fi s cloudovou službou a v nej ukladať a analyzovať zozbierané údaje. Môžete tak vytvárať plnohodnotné scenáre pre internet vecí. Budete môcť napríklad merať požadované veličiny pomocou senzorov a výsledky merania posielať do cloudu na ďalšie spracovanie, ovládať na diaľku rôzne zariadenia a podobne. Modul má aj držiak na miniatúrnu batériu CR1220. Tá nenapája Micro:bit, ale obvod, ktorý zachováva reálny čas aj pri prípadnom prerušení napájania Micro:bitu. Reálny čas je dôležitý pri zariadeniach, ktoré merajú a posielajú, prípadne niekam ukladajú rôzne údaje. Senzormi nameraná hodnota či už teploty, intenzity svetla, vlhkosti, alebo atmosférického tlaku, koncentrácie plynov a podobne sa vždy ukladá spolu s údajom o čase, keď bola daná hodnota nameraná. Ak sa údaje posielajú priebežne, zariadenie IoT nemusí udržiavať údaj o reálnom čase, pretože časový údaj je priradený na úrovni cloudovej služby. V mnohých prípadoch sa však údaje ukladajú, prípadne aj vyhodnocujú lokálne a do cloudovej služby sa posielajú buď len vtedy, ak dôjde k nejakej anomálii, prípadne sa platforma IoT, v tomto prípade Micro:bit, pripojí k Wi-Fi len občas a pošle viac hodnôt súčasne spolu s časmi, keď boli namerané. Modul IoT:bit má takisto konektor so 14 portmi GVS (Ground Voltage Signal). Na doske modulu je aj konektor zbernice I2C na pripojenie displeja, prípadne iných zariadení, ktoré využívajú toto komunikačné rozhranie. Montážne otvory na skrutky sú kompatibilné s platformou LEGO Technic 7 × 5.
Stavebnice Smart City Kit a Smart Agriculture Kit obsahujú modul umožňujúci pripojenie Wi-Fi
Aby ste mohli využiť funkcie modulu IoT: bit pre Micro:bit, treba do online vývojového prostredia MakeCode doplniť rozširujúcu knižnicu Enviroment-and-Science-IoT. Tá obsahuje funkcie umožňujúce posielať údaje do cloudových platforiem KidsIoT alebo ThingSpeak.
Hodnoty môžete získavať buď pomocou rôznych externých senzorov, pripojených k doske IoT:bit cez rozhranie GVS, alebo môžete využiť interné senzory. Micro:bit priamo na doske má senzor pohybu čiže akcelerometer, snímač naklonenia, kompas čiže magnetometer a senzor teploty. Senzor teploty je integrovaný v procesore, takže de facto nemeria teplotu okolia, ale čipu, ktorá je podľa skúsenosti spravidla o 4 °C vyššia než teplota okolia. Maticový displej zložený z 25 LED diód je určený primárne na zobrazovanie, ale v reverznom móde funguje aj ako snímač intenzity okolitého svetla. Aby ste mali prehľad o hodnotách nameraných veličín, odporúčame použiť aj displej OLED pripojený k doske IoT:bit cez rozhranie I2C.
