כתב: מר יגאל שפירא YSeee2@gmail.com השתלמות מורים מובילים במגמת הנדסת אלקטרוניקה- כלים בגישת STEM למורה המנחה (מבוסס על מעבדי ארדואינו – הפעלה בסיסית.

כתב: מר יגאל שפירא YSeee2@gmail.com
השתלמות מורים מובילים במגמת הנדסת אלקטרוניקה- כלים בגישת STEM למורה המנחה (מבוסס על מעבדי ארדואינו – הפעלה בסיסית היא דרישת קדם) שיעור 2 :התכנית BLINK כאמצעי המחשה ל - STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics ) כתב: מר יגאל שפירא . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2 ש.י MAY-16

. השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2
תוכן העניינים 2.1 מבוא 2.2 תכנית BLINK הבסיסית 2.3 הפעלת התלמיד ע"י שינוי ההשהיות בקוד המקור 2.3.1 תובנות של זמן מחזור ו DUTY CYCLE 2.3.2 תובנות של הבהוב מול "אור רציף" 2.3.3 תובנות של השפעת DUTY CYCLE על עוצמה 2.3.4 "בונוס תובנות" על טכנולוגיה של יצירת אור – LED כחול 2.3.5 "בונוס תובנות" על טכנולוגיה של יצירת אור – מסך LCD 2.4 כתיבת תכנית (לשימוש "STAND ALONE") , ושיקולים הנדסיים 2.5 תובנות של הידע (במתמטיקה ובתוכנה ) - כדי לממש חישובים נדרשים. "הארות" : שיעור לתלמידים חיב להיות תפור - ספציפית לפי גיל ורמת הכיתה אי"ה – ייבנה מאגר (שת"פ בין מורים) שיקצר מאד את זמן הכנת השיעור מבוא. תכנית BLINK הבסיסית. 2.3 הפעלת התלמיד – שינוי ההשהיות 2.4 תכנית RTMOS , שיקולים הנדסיים 2.5 תובנות של ידע (מתמטיקה, תוכנה) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור 2.1 - מבוא )למורה , לתלמיד)
שיעור מבוא )למורה , לתלמיד) 2.1.1 מטרות הפרק : שימוש ככלי המחשה פיזיקלית לתלמיד - הבהוב אור תדר DUTY CYCLE קבלת התחושה הפיזיקליות המחשת הצורך להבנת הטכנולוגית והמתמטיקה (לנושאי הבהוב אור) תכונות רכיבי תצוגה הבנה כמותית הנדרשת ליישום חישובים בזמן אמת, ובאילוצי גודל מילה הדגמת השימוש בארדואינו ככלי עזר למורה: בעת פיתוח החומרים (בחירה מהירה של הפרמטרים שינוסו ע"י התלמיד בשיעור ) הכנת כלי עזר מהיר לתלמיד (להאצת השיעור ע"י מתן מכשור עם תפריט לתלמיד ) ( עם "הערת אזהרה" : באחריות המורה להתאים את הכלים + אופן השימוש לרמה של הכיתה ) המצגת מבוססת על חומר הלימוד המלא של "השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים למורה המנחה - פרק 2 " (שם יש הדרכה מפורטת של השימוש בארדואינו, ותוכניות עזר ) תודה מיוחדת למורה מוטי מאיר שנתן דוגמה והכוונה על לימוד וחינוך תלמידים ומורים בנושא בכל שקף יש פינת "היכן אנחנו" ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.1.2 : מבוא - כיצד הבהוב LED משתלב ב STEM א.
"סדר במחשבה" המטרה שלנו : שליטה בהנדסה (כולל טכנאים ! : לעשות טוב / נכון / אמין /בטוח / ...) כדי לעשות את ההנדסה (בעולם האמיתי) צריך להבין את הפיזיקה כדי להבין את הפיזיקה צריך לדעת להשתמש במתמטיקה הנושאים שקשורים להבהוב אור : תדר , זמן מחזור DUTY CYCLE עוצמה ממוצעת מודל העין (מגבלות תדר , מיצוע , גם : מגבלות בטיחות !! ) מודל הרכיב שבשימוש (תגובה בזמן , ומגבלות בטיחות במקורות ליזר !) ונושאים בטכנולוגיה , הנדסה, מתמטיקה : השפעת שימוש ברכיבים מטכנולוגיות שונות מימוש שליטה בבקר (התמודדות עם בעיות תיזמון, ובקרה בו-זמנית של מספר תהליכים ) מימוש חישובים (בעיקר – ה"מוקשים" במימוש באורך מילה סופי) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.1.2 : מבוא - כיצד הבהוב LED משתלב ב STEM ב.
הצעות לדיאלוג מקדים עם התלמידים ( אפשר גם הרבה לפני השיעור , לתת להם זמן לחיפוש חומר ולחשיבה יצירתית ) הצגת הבעיה: אני שולט על LED באמצעות מיקרובקר ARDUINO (שיודע לתת פקודות ON או OFF) : עם אילוץ (משיקולי גמישות שימוש במעבדים קטנים) : ללא שימוש בספריות נקודה צפה !! איך אני מווסת עוצמה (מממש DIMMER) ? כיד לקבל תחושה של שינוי רציף : לכמה מדרגות עוצמה נידרש , ומה יהיה הערך בכל מדרגה ? אילו שיקולים נוספים יש להביא בתכנון הצעות מה לעשות (ואיך) כדי לדעת לענות על שאלות הפתיחה (כלומר – כדי לאפיין את הפתרון) מה אני נדרש לדעת / להבין (בשפה אחרת : אילו פערי ידע עלינו להשלים) היכן (ואיך) לחפש את המידע אילו ניסויים נציע כדי לאמת את התשובות (רמז – הכותב חשב שידע עשרות שנים מה תדר הסף , רק הכנת קורס זה חשפה טעות לא זניחה כלל ) הצעת פתרונות לתכנון כלי נוח לביצוע הניסויים איך לארגן את הפעלת מקור האור (על אילו פרמטרים עלינו לשלוט , תחום הקיום של הערכים ) איך לשנות פרמטרים, איך לצפות , איך לרשום תוצאות בצורה נוחה ("ממשק משתמש" ואמינות רישום) ( רמז תכניות הדוגמה כאן לא מיצלו את כל ההזדמנויות הפשוטות והנוחות שזמינות בסביבת ארדואינו .. איך לממש חישובי המרת פרמטרים (זמנים – תדר – DUTY CYCLE) , בחירת סוגים ו תחום הקיום של המשתנים בתוכנה (רמז – שונה מתחום הקיום של ערכי הפרמטרים בעת החישובים עצמם ) איך לארגן את הפיתוח בלי להסתבך – כי אין לרשותנו כלי דיבוג בזמן ריצהL רמז 1: "ביסים קטנים" ובדיקות של כל קטע (עם תכנון מה לבדוק כדי לכסות כשלים אפשריים ) רמז 2: הוצאת " TEST POINTS" (כמו בחומרה) - כדי לבודד ולצוד באגים בקלות בנוסף: לתת השראה ע"י חומר מעניין לגירוי הדמיון (כאן: מוצעת הקרנה + דיון בסרט המצ"ב של מקרן קולנוע) יש מקום לשימוש בעזרי החשיבה המצורפים לעניין הצגת מספרים SIGNED / UNSIGNED – וההשלכות על כתיבת הקוד ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.1.3 ציוד נדרש לשיעור: ארדואינו מגה (!!) , כולל:
ציוד נדרש לשיעור: ארדואינו זה לא רק כרטיסון זה תשתית תוכנתית זה מגוון ציוד תואם /נלווה זה דרייברים ארדואינו זה לא רק צעצוע חברות רבות משתמשות (בכרטיס או במעבד) יש שימושים רציניים ! ארדואינו מגה (!!) , כולל: צג אלפאנומרי - LCD KEYPAD מעגל מחווט של LED אדום , נגד K1 (המעגל: ראה פרק 2.3) בונוס: LED כחול (להדגים שיש הבדל "טכנולוגי" בין הצבעים) מחשב נייד עם תכנה של ארדואינו (SKETCH) !! מותקנת ומדובגת (לוודא תקשורת תקינה בין PC לכרטיס) נוכחות סקופ : יתרון עותק של חומר ההשתלמות קודמת , עליו שיעור זה מבוסס (כולל תיעוד זמין של החומרה): שם הקורס: השתלמות מורים מובילים במגמת הנדסת אלקטרוניקה , כלים למורה המנחה - פרויקט/עבודת גמר 5 יח"ל (הועבר במור-טק בינואר 2016 ,כתב יגאל שפירא ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור 2.2 : תכנית BLINK הבסיסית , ו SETUP
2.2.1 הנחת יסוד: המשתלם התקין את תוכנת הארדואינו (SKETCH) כל הציוד ברשותו ופועל (הרשימה בסעיף הקודם) התקשורת תקינה (טוען ומריץ תכניות) חומר ההשתלמות הקודמת בנושא בידיו: מכיל תיעוד, מיפוי פינים , רשימת רכש, ... כולל תכניות לדוגמה , וכו' מכיל את תשתית "RTMOS" (עם פרק הסברים) עליה מבוססת תכנית ה – STAND ALONE בה משתמש פרק זה התמצאות בקוד הדוגמה של SKETCH הקוד "פשוט עד כדי באנאליות" ניתן לשחק בפרמטרים (שינוי – טעינה + הרצה) ללא כל ידע מוקדם לטובת DUTY CYCLE נמוך ללא הבהוב: ניתן לרדת לזמנים קצרים (מתחת ל- 1 מילישניה) ע"י שימוש בפונקציה delayMicroseconds() (תמיד ניתן לחזור ולעיין בחומר ההשתלמות "כלים למורה המנחה" , ש"מאכילה בכפית" : את נושאי הציוד את נושא ההתקנה והתפעול תובנות יותר עמוקות של המנגנונים בשבב ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.2.3 : SETUP : חיבורי חומרה , ותכנית RTMOS_BLINK-2.ino המעגל המלא : הדגמה (וחקר) עם RTMOS_BLINK-2.ino המורה יגיע עם מערכת פועלת (אחת לפחות) מוכנה להדגמה. לשיקולו – כמה מערכות לתת לתלמידים כדי לבצע חקר מיידי כאשר התלמיד מתרגל פיתוח קוד ( לתרגול Engineering & Math) - מספר המערכות נתון לשיקול המורה (למשל - אחת לתלמיד? או לזוג? ) פירוט הלחצנים והתפעול - על פי פרק בהמשך (אבל רצוי לתת לתלמידים להסתדר ללא עזרה – ל"פיתוח כישורי הסתגלות" ) "שעשוע צדדי" - לתת אתגר לתלמידים: איך לקרוא את הודעות הפתיחה ב LCD בנחת ? ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

: חקר תופעת ההבהוב - אופן העברת השיעור - אופציות צורת ההעברה (לשיקול המורה): המורה (בלבד ) מדגים על מערכת אחת (שהכין מראש) מפעיל את כל התלמידים במקביל ( ביחידים / בזוגות) – רישום תוצאות על נייר החומרה והתוכנה : לטובת בדיקת ההבהוב בלבד – גם ארדואינו UNO מספיק (אבל התפעול מסורבל !! ) תזכורת: המטרה של השתלמות: לדעת לפתח כלים להדגמות STEM בביה"ס (ע"י מורה , או הקמת תשתיות לימוד ע"י תלמידים ) שתי תוכנות מסופקות כאן – שתיהן עצמאיות (לא דורשות PC) משתמשות ב LCD KEYPAD . שינוי בלחיצים של השנייות ON ו – OFF , תצוגות זמן / תדר / זמן מחזור משתמשות בתכנית התשתיתית "RTMOS" , לפיתוח מהיר תוך שימוש בשגרות מוכנות לחיצים ותצוגה (ראה פרק 8 – או עקוב אחר קוד הדוגמה) הגמישה מהשתיים (עדיפה להדגמת התופעה וניסויים) : RTMOS_BLINK-2.ino ההשהיות החל מ 0.1 מילי הפשוטה יותר להבנה + יישום ראשון (ללא פסיקות) : RTMOS_BLINK-1.ino ההשהיות החל מ מילי תמריץ מוטיבציה לתלמיד : להשאיר מכשיר שימושי, שמודיע בהדלקה מי פיתח ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור : הפעלה ע"י שינוי ההשהיות בקוד המקור הגענו ל STEM פרקי השיעור: 2.3.1 תובנות של זמן מחזור ו DUTY CYCLE 2.3.2 תובנות של הבהוב מול "אור רציף" 2.3.3 תובנות של השפעת DUTY CYCLE על עוצמה 2.3.4 "בונוס תובנות" על טכנולוגיה של יצירת אור – LED כחול 2.3.5 "בונוס תובנות" על טכנולוגיה של יצירת אור – מסך LCD השאלות: מה ניתן ללמוד וללמד : SCIENTIFIC , TECHNOLGICAL , ENGINEERING , MATH ה"תשובות הקלות" : בכל מה שניתן להבין בקלות בעזרת החושים )"כל מורה של כל כיתה לנפשו " (אופציות אפשריות להעברת השיעור: שיחת גירוי מה התלמידים מסוגלים להסיק , להציע ניסויים , ... הפעלת ניסויים (בארדואינו) , הסקת מסקנות, המשך של חקירות עצמאיות הדגמה ע"י המורה (עם מערך מוכן) תרגול בכתיבת תכנית C תחת אילוצים (אילוצי תיזמון, חישובים באורך מילה סופי, ... ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור : תובנות של זמן מחזור ו DUTY CYCLE - של העין / המוח Stem ( בהתאמה לתלמידים ולאמצעים: או בעזרת התכנית הבסיסית , או עם RTMOS_BLINK-2.ino) 2.3.1 השאלות לפני הניסויים א. החל מ LED אדום : מה סף התדירות בה לא נבחין בהבהוב והאם הסף תלוי במשתנים כלשהם נסה לקטלג את המשתנים) למשל שונה מאדם לאדם? מושפע לפי צבע ה LED מושפע ע"י ה DUTY CYCLE אילו גורמים נוספים עשויים להשפיע ? מה תחום הרגישות שלנו בין אור בהיר לחושך: מהו " סף ההבחנה בין כבוי לדולק " ? מהו " סף כושר הבחנה בשינוי בעוצמה" ? (באיזה יחידות נכמת אותו) והאם הספים הללו תלויים במשתנים כלשהם מושפע ע"י ה DUTY CYCLE ?? (איך נבדוק ? יש הצעה? ) ב. (אולי : הרחבת השאלה לגבי התנהגות LED כחול) לתשונמת לב: נכון שניתן לבצע את כל פרק 2.3 באמצעים ה"פרימיטיביים" של ארדואינו UNO , (ללא Mega2560 וללא LCD KEYPAD) אבל: הערך המוסף של ארדואינו מגה + צג : חסכון בזמן שיעור , לא נדרש PC (שינוי פרמטרים ) הכנת מערך "מפואר" חוסכת למורה זמן יש מקום לתכניות מורכבות ריבוי רכיבים היקפיים מאפשר שליטה קלה תוך "הקצאת מגרשים " של פינים ייעודיים , חוסכת זמן של איתור טעויות , ושריפת רכיבים. ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור : הצעות לדרכי התבוננות והסקת תובנות בהבהוב מול "אור רציף" תחושה ראשונה – פולס של כ - 5 מילי ב- "ON" , כ מילי ב- "OFF" : התבונן בהבהקים – נסה לאמוד : איזה אחוז מהזמן ה LED האדום ב ON איזה אחוז מהזמן ה LED הכחול ב OFF השווה לתוכנה / מדידה בסקופ / לקצבים איטיים יותר – חפש תובנות דיון בשאלה מה ההסבר (או: מה היא "פונקצית התמסורת" של העין / המוח או: מה המודל הפיזיקלי המייצג של העין / המוח ) הפעל ב 50 D.C.= , הקטן את שתי ההשהיות עד אשר לא תבחין בהבהוב: דיון בתובנות – האם התדר מתאים למה שהכרנו ? חפש דוגמאות נוספות (למשל – נורת פלורסנט . למשל – סרט קולנוע ) (ומה תהיה המסקנה שיש לזכור – אם נרצה לממש בקרת עוצמה ע"י שינוי DUTY CYCLE ) השפעת ה DUTY CYCLE על סף התדירות בה נבחין בהבהוב לא יזיק דיון בו יציעו שיטת מדידה (או לרדת שורה אל "פתרון ביה"ס" של הכותב): הפעל ב 1.6 מילי ב- ON , ב OFF ( 3% D.C.=, התדר: ??) הפעל ב 1.6 מילי ב- OFF , ב ON ( ? D.C.=, התדר: ??) דיון בתובנות: האם התדר מתאים למה שהכרנו ? . מה הסיבה שה- D.C משפיע? טקטיקות אפשריות לדיון: לשאול את התלמידים (ראשון עונה) * לתת דקה זמן – שירשמו על דף (יאפשר לכולם לחשוב) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור : הצעות ליצירת תובנות של השפעת DUTY CYCLE על עוצמת תאורה השפעת ה D.C. על העוצמה : התבונן בפולסים של 5 מילי ב- ON , 5 מילי ב- OFF . (DC=50%) .נתייחס לזה כאל עוצמת-ייחוס = 1 הכפל את השהייה ב OFF (10 מילי) האם הבחנת בירידת עוצמה ? מה העוצמה הממוצעת (ביחס ל DC=50%) מה התדר ? האם האור נראה רציף? הכפל את השהייה ב OFF שוב (20 מילי) האם מתאים למשל למה שאנחנו יודעים על סרטים של פעם (24 מסגרות בשניה )? תכנן ובצע ניסוי עם השהיות קטנות יותר )לצורך תכנון עמעם) : (למשל שהיה ב ON למשך 1 מילי בלבד , או השהיות של החל בעשרות מיקרו-שניות) : שיאפשרו החשכה הדרגתית ומשמעותית (כלומר : מה התחום הדינאמי שהעין רואה בין חושך לאור), נחפש: מה תהיינה מדרגות השינוי (כך ששינוי העוצמה ירגיש כשינוי רציף) ובאופן שלא נבחין בהבהוב כלל מסקנות (אפשר דיון) : סכם את מפרט הדרישות למימוש עמעם רציף (בתחושות רציפות שינוי עוצמה, וללא תחושת הבהוב ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

(לטובת הסיפוק כשמוצאים תשובה) מי שמבין את הטכנולוגיה יכול למצוא
שיעור : הצעה ל "בונוס תובנות" על טכנולוגיה של יצירת אור - LED כחול חבר את המעגל הבא על רגל 13 (במקביל ל LED שעל הכרטיסון): הפעל הבהוב בתדר נמוך (כ 1 הרץ) . ( לחליפין – ראה בכל המצבים של בדיקת ההבהוב) מה קורה? האם יש הסבר טוב ? (אלטרנטיבה למורה: להציג את המעגל פועל , ולשאול כמה פינים של IO הוקצו למעגל ): תחשוב שאתה הראשון לגלות (בעולם, או ב"אי הבודד" שלך) כיצד תחפש תשובה? ( כי ה"זקנים" לא נתקלו בתופעות של טכנולוגיות שלא היו קיימות, כי מידע חדש לא נמצא בספרים עתיקים כי יש באינטרנט – רק חייב לפתח טכניקות עצמיות כדי למצוא אותה !! ) רמז 1 : טכנולוגיה זה פיזיקה ! (הבנת הפיזיקה עוזרת למצוא תשובות !!) האנרגיה של כל פוטון תלויה באורך הגל (מי יותר אנרגטי? אדום או כחול? רמז משני: מי מיינן , מי גם מסרטן ?) רמז 2: חפש בדפי הנתונים של ה דיודות פולטות האור רמז 3: "מה קורה במעגל הזה כאשר שניהם מופעלים? " האם הרמזים הספיקו כדי להבין את התשובה ? למורה: תלוי ב"גיל ורמה" של הכתה או שהמורה מאתגר (לטובת הסיפוק כשמוצאים תשובה) או שנותן TEASER + תשובה (לפני שמאבדים קשב) אבל שורה תחתונה: מי שמבין את הטכנולוגיה יכול למצוא פתרונות "מחוץ לקופסה" (כאן: חסכנו פין I/O !) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

מוגש כרעיון פשוט (ופשוט למימוש ) .
שיעור : "בונוס תובנות" על טכנולוגיה של יצירת אור - מסך LCD מוגש כרעיון פשוט (ופשוט למימוש ) . אין כאן תכנית מוכנה, אך קל לממש ב - Arduino SKETCH : הפעל מסך LCD (LCD KEYPAD) כתוב למסך מידע משתנה , שחק עם ההשהייה תכנית לדוגמה : לולאה שמונה כלפי מעלה , כותבת למסך במקום קבוע , ומריצה השהייה (דומה מאד ל BLINK ) התחל בהשהייה של חצי שניה, והקטן עד אשר המידע לא קריא הסק מסקנות – בעיקר לגבי קצב הריענון המירבי !! האם הרכיב עצמו איטי ? האם הסיבה היא בטכנולוגיה? (התשובה היא: כן : מולקולות מסתובבות פיזית לשנות קיטוב) דיון ( לטובת "מדוע חשוב לדעת את זה" ): התשובות "בכפית" : רענון מהיר מדי ישבש את התצוגה אין סיבה לכתוב יותר מהר ממה שהמוח מסוגל לקלוט "פרט קטן": שגרות המסך שמבזבזות זמן – משפיע על כושר החישוב של הבקר (בשימושי זמן אמת) (גם אם התצוגה בסדר – להשאיר משאבי זמן חישוב למשימות נוספות, ומשך חיי סוללה !) (דיון נוסף ב LED , על אותה שאלה ): מה מגבלות קצב השינוי בתאורות LED ? האם יש אפליקציות בהן זה חשוב לנו. יש למישהו דוגמה (שימוש לתקשורת / כגלאי מרחק / כמבודד אופטי) האם צואר הבקבוק הוא תמיד ה LED ? (מי עוד יכול להיות?) ( רמז: צייר את המעגל הכולל ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור : תובנות של זמן מחזור ו DUTY CYCLE - של העין / המוח ( בהתאמה לתלמידים ולאמצעים: או בעזרת התכנית הבסיסית , או עם RTMOS_BLINK-2.ino) הכנה : כל התאורה משתמשת ב – I/O של פין 13 בלבד (במקביל ל LED הפנימי) יש להקפיד לא למשוך זרם תאורה של מעל 10 מיליאמפר ברכיב החיצוני (לשמירה על שלימות ה PORT בשבב) הכנסה ל"מסלול" : לוודא שהתלמיד שולט בכתיבה ושינוי ההשהיות שהיחידות של השיהוי מובנות (למשל : כמה זה delay (10)) לא יזיק לעשות היכרות עם הפונקציה delayMicroseconds() (כולל לדעת היכן מוצאים את העזרה דרך מסך ה SKETCH) תובנות של זמן מחזור ו DUTY CYCLE לדרוש "חשיבה מדעית" – לתכנן ניסוי ל "צמצום פערי הידע " לדרוש חישוב (ומדידה לאימות / הוכחה ! ) של זמן מחזור ותדר בתלות בהשהיות ! לדעת למדוד (עם שעון) בצורה מקורבת את נושא התדר דוגמה: 5 מילי ב ON , ב OFF: מה ה DUTY CYCLE ? (יודעים בהנדסה לעגל לכוון הנכון?? ) (יודעים לכתוב תכנית ב C שמחשבת ומציגה ?) ( רמז: הכותב חשב שהוא מנוסה מאד, וגילה שלא ... ) לתשונמת לב: נכון שניתן לבצע את כל פרק 2.3 באמצעים ה"פרימיטיביים" של ארדואינו UNO , (ללא Mega2560 וללא LCD KEYPAD) אבל: הערך המוסף של ארדואינו מגה + צג : חסכון בזמן שיעור , לא נדרש PC (שינוי פרמטרים ) הכנת מערך "מפואר" חוסכת למורה זמן יש מקום לתכניות מורכבות ריבוי רכיבים היקפיים מאפשר שליטה קלה תוך "הקצאת מגרשים " של פינים ייעודיים , חוסכת זמן של איתור טעויות , ושריפת רכיבים. ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

שיעור : תכנית STAND ALONE : RTMOS_BLINK-1.ino (להכנת שיעור מהירה, או הדגמת תרגיל כתה עם דוגמה "יציבה") לתשונמת פרקי השיעור: 2.4.1 התכנית RTMOS_BLINK-1.ino - מטרות, היכרות , תיפעול 2.4.2 תיאור מחזור הפעולה של RTMOS ("מיני מע' הפעלה" על יתרונותיה ומגבלותיה) דיון בחלופות אפשריות ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.4.1 התכנית RTMOS_BLINK-1.ino - מטרות, היכרות , תיפעול לתשונמת המטרות כלי עצמאי להדגמת העקרונות : להדגמה העקרונות הפיזיקאליים ללא קשר לשיעורי מיקרובקר (למשל – לשימוש המורה לפיזיקה) (ניידות מלאה – עם 6 וולט : 4 סוללות 1.5 ומחבר 2.3 ממ' עגול ) שימוש בחומרה מוכנה וטעונה - להדגמה "נטו" (ללא בזבוז זמן , ללא צורך בציוד מחשבים , ללא טעויות תפעול בעת ההצגה ) דיון במגבלות המימוש ובחלופות להבנה עקרונות ההנדסה כדי לאפשר יצירת מגוון תכניות ייעודיות שישרתו את ביה"ס (ע"י המורה, כפרויקטי גמר) היכרות (חומרה): השימוש רק בארדואינו מגה (ב UNO אין מספיק זכרון לשגרות RTMOS) נעשה שימוש בפין 13 (תאימות לתכנית BLINK המקורית) ה LCD KEYPAD מסתיר את ה LED לכן החיבור משתמש ב 3 פינים מתוך 6 ב HEADER באופו הבא: (הערה: אפשר לחבר את הכחול ל +5 או לפין RESET, ב RESET (יש נגד PULLUP ל 5+) : כבה בעת לחיצה , קצר חיצוני יגרור רק אתחול) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

תוכל לקרוא מסך נתון בנחת !! 
RTMOS_BLINK-1.ino - תפעול רמז: הודעות נעלמות אחרי 2 שניות אבל אם תלחץ על RESET ולא תעזוב, תוכל לקרוא מסך נתון בנחת !!  מסכי הודעה בהדלקה (כוללות הודעות על אופן תיפעול) מקלדת (KEYPAD) Up/Down : שינוי זמן שהיה ב ON Left/Right : שינוי זמן שהיה ב OFF SELECT : מעבר מתצוגת השהיות לתצוגת תדר + DUTY CYCLE כדי לאפשר יצירת מגוון תכניות ייעודיות שישרתו את ביה"ס (ע"י המורה, כפרויקטי גמר) תפעול הנורות מתוכננות כך שאחת דולקת, השניה כבויה – ולהפך (מלבד הגימיק – ניצול הזדמנות לדבר על טכנולוגיה..) שינוי ההשהיות ON ו OFF ע"י ה- KEYPAD שינוי ההשהיות: מ 5 מילישניות עד ל 2.5 שניות , בקפיצות לוגריתמיות של 2n תצוגות LCD התצוגה הספרתית בפורמט [4.1] FIX יחידות השהייה : מילישניות (תחום : [miliSec] ) יחידות תדר : Hz (תחום : [Hz] ) יחידות D.C : % (תחום : [%] ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.4.2 תיאור מחזור הפעולה של RTMOS_BLINK-01 ("מיני מע' ההפעלה") על יתרונותיה ומגבלותיה) ההבנה נחוצה לצורך ביצוע שינויים בתכנית , או בניית תכנית אחרת – שמשתמשת בתשתית של RTMOS מה זה RTMOS (Real Time Micro – Operating-System) : תכנית מסגרת במחזור קבוע , עם שגרות מוכנות לקריאת מקשים ותצוגה למסך מאפשרת העמדת תכנית עם UI (User Interface) ברמה גבוהה , ובזמן קצר תיאור מלא: בפרק 8 של ההשתלמות הקודמת ("... כלים למורה המנחה ") . החומר מסופק יחד עם השתלמות זו . מבנה הלולאה הראשית : מחזור קבוע של 10 מילישניות בדרך כלל (בפרק זה: הורדנו ל 5 מילישניות) בכל מחזור : נדגמות הכניסות (במקרה שלנו: לחיצות המקש ) , נעשות החלטות (למשל : לשנות "דגל" שקובע אם להציג את ההשהיות או את התדר וה Duty Cycle (, נשלחות הוראות לביצוע (למשל: מניית טיימר כלפי מטה, שינוי מצב LED וטעינה מחודשת בכל פעם שהגיע ל-1) הודעות לכוון המסך נשלחות לחוצץ כתיבה למסך מתבצעת התהליך איטי (לא יותר מאות אחת בכל מחזור חישוב ), כתיבה מלאה נעשית אחת ל 50 מחזורים (הסיבה: הכתיבה למסך לוקחת זמן רב – כתיבה מלאה לוקחת מעל 10 מילישניות . במנגנון הזה אפשר לממש תהליך מחזורי בזמן קבוע מבלי שהכתיבה למסך תשבש אותו) הלולאה הראשית פונה לשגרות עזר (משוכללות למדי) : הודעות לכוון המסך נשלחות לחוצץ באמצעות שגרות ששולטות על כתיבה לחלק של מסך (מבלי לדרוס , עם לנקות אותיות ישנות) קריאות מקש נעשות על פי מצב אחרון או זיהוי לחיצה (השימוש בפרק זה - לחיצה) המגבלות: השימוש ב LCD האיטי מגביל את זמן המחזור – על פי התהליך האיטי ביותר של פניה למסך . בשלב זה : 5 מילי זמן מחזור הוא עדין "בטוח" . בגירסה נוכחית ניתן לנסות להתכווץ עוד קצת – אך לא נבדק מתחת 3 מילי לכן יחידות המניה של ההשהיות הן במדרגות של 5 מילי : הטיימר הוא מימוש תוכנה של מכונת מצבים : בכל צעד המונה מונה כלפי מטה , וכשמגיע לערך 1 : מבצע, וגם טוען את המונה לערך חדש: אם ה LED היה דולק , מכבה , וטוען מונה למספר המחזורים בהם ה LED צריך להיות כבוי אם ה LED היה כבוי , מדליק , וטוען מונה למספר המחזורים בהם ה LED צריך להיות דולק הטכניקה של מימוש פעולה שמחולקת לפרוסות זמן היא ע"י : "מימוש מכונת מצבים בתוכנה" ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

הדיון המוצע הוא לטובת פיתוח תובנת ה- ENGINEERING .
דיון בחלופות אפשריות (למנגנון מיתוג מדויק (!) ומהיר של ה LED ) הדיון המוצע הוא לטובת פיתוח תובנת ה- ENGINEERING . האלטרנטיבה של מימוש לולאת פסיקה כ THREAD שני היא הפתרון שנבחר ב RTMOS_BLINK-2 הצורך (עקב האילוץ של תיזמון בכפולות של 5 מילי): זמן המחזור הקצר ביותר הוא 100 הרץ (5+5 מילי , עוצמה של 50%) – התאורה נראית רציפה (העין לא מבחינה בהבהוב) הכפלת זמן OFF פי 4 - וכבר יש הבחנה בהבהוב (עכשיו העוצמה היא 20% - כלומר 40% מהעוצמה הגבוהה) בקושי מבחינים בהבדל עוצמה – מכאן מקבלים הבהוב מסקנה עד כאן : את העקרון הצלחנו איכשהוא להמחיש, אך כדי לתכנן מע' בקרת עוצמה – הכלי לא מספק (זוהי תובנה הנדסית stEm) (רגע לפני ניתוח חלופות אפשריות): הקטע הבא הוא על תקן "הנחיות למורה" (תרגום לשיעור מול תלמידים : זו משימה של המורה) המטרה של STEM היא לעורר את התלמיד לחשיבה הנדסית . חשיבה הנדסית היא : הכרת החלופות , ואז חיפוש "פתרון הנדסי " (חורג ממדע מדויק לכוון האומנות) ננסה להגדיר "פתרון הנדסי" באמצעות שני פתגמים: (והתצוגה תוכננה עכשיו ברזולוציה של עשיריות מילי , כדי לתת את הגמישות לעבור לזמנים מהירים פי 50 מבלי לכתוב מחדש את כל השגרות האחרות ! ) המענה לצורך – דיון בחלופות אפשריות : "הפרימיטיבי" : חוזרים לתוכנית המקורית, מחליפים את פונצקית ההשהיה למיקרושניות "פרימיטיבי משופר" : במקום לטעון לארדואינו כל פעם מחדש , מפעילים UI דרך הטרמינל של ארדואינו (עבודה לא גדולה , גם לא נוחה באמת , אבל עם יתרון: ניתן להעתיק את ההודעות שנשלחו מהארדואינו , וכך לייצר תיעוד אמין בזמן ניסויי הפיתוח ) שיפור ע"י עקיפת ההקלדה : מחבר שני פוטנציוצטרים , ה A to D מודד – מכוון שני כפתורים לעוצמה כרצונך , קורא את תצוגת ה DUTY CYCLE . מימוש לולאה מהירה בפסיקה (שגרות ה UI – KEYPAD ומסך נשארות איטיות !! . זה הופך את המכונה לתוכנית עם שני THREADS) . דוגמה למימוש כזה נמצאת בפרק 6 (PWM): My_Timer1_10K_int.ino . שם טיימר מיצר לולאה של 10 קה"ץ , משיג את אותו האפקט (מהירות פי 50 ) תוך שמירה על ה UI הקיים והשגרות שכבר עובדות טוב. הנדסה היא אומנות הפשרה פתרון טוב נמדד : ע"י כך שהוא עונה לבעיה במידת גמישותו ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.5 תובנות של הידע (במתמטיקה ובתוכנה - שנדרש למימוש נכון של חישובים). פרקי השיעור: 2.5.1 מבוא לחשבון (בסיס המספרים ומימוש מקובל לחיבור חיסור במחשב ): 2.5.2 המתמטיקה של ההנדסה (של נקודה קבועה / מספרים שלמים): 2.5.3 התוכנה של המתמטיקה 2.5.1 מבוא לחשבון: " טעימה " : כמה זה 6+12 באוגר 4 ביט ? ו- 6+3 באוגר 4 ביט מסוג SIGNED? שעונים בתצוגת HEX של 4 ביט : מימין : UNSigned משמאל: SIGNED ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.5.2 המתמטיקה של ההנדסה (של נקודה קבועה / מספרים שלמים): קצת הנדסה : ב PC יש מיליארדים (טרנזיסטורים ב CPU , בתים של זכרון , פעולות בשניה). בעולם המעבדים היעודיים הפינוק הזה לא קיים : אין חומרה לחישוב נקודה צפה יש תחרות על ביצועים מול מחיר – הפשוט והזול ביותר שעושה את העבודה שם זקוקים לכוח האדם של ההיטק !! מי ששולט בזה - מבוקש (הכמויות: בקרוב מאות מילארדים ויותר, המחיר קטן משקל , מיליוני מפתחים שנאבקים על נתח שוק) תזכורת לתחום המספרים המקובלים במחשב (בארדואינו ) : nibble: byte : int : long : הארדואינו שלנו הוא מחשב 8 ביט לדגם שלנו יש כופל 8 ביט בחומרה (אבל לפעמים גם אין כופל) כל הפעולות המורכבות "שותות" זכרון וזמן לכן: ידע מתמטי מאפשר פתרונות "מחוץ לקופסה" ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

2.5.3 התוכנה של המתמטיקה (המוקשים , ההתמודדות) המוקשים ה"רגילים: (של נקודה קבועה / מספרים שלמים): יחידות פיזיקליות מיוצגות במספרים שלמים : צריך לזכור את הקשר בין המספר הטהור – הערך הפיזיקלי - התצוגה (וההמרות הנדרשות בין יחידות שונות) אסור להרשות חריגה מתחום הייצוג (למעט המקרה שאתה מורה שרוצה להדגים מה אסור לעשות) בעיות חריגה מערך . אובדן דיוק בזמן החישוב חשוב לדעת שברירת המחדל ב C מניחה שאם אתה משתמש באורך מילה מסויים , המחשב לא בודק עבורך אם יש גלישה גלישה יכולה להיות באיבוד הספרות המשמעיות (ב- UNSIGNED) גלישה יכולה להיות היפוך סימן (ב- SIGNED) – שמתורגם ל"שטויות" חלוקה במספרים שלמים היא ע"י קיצוץ השארית (בהנדסה אני דורשים את הערך המקורב) : ( 0.99 קג' == "0" ) ?? ההתגברות על המוקשים (בדוגמה של התכנית RTMOS_BLINK-1.ino , תחום הייצוג תוכנן מראש על פי המטרות): המשתנה שנבחר לשמור את ערך ההשהייה הוא מספר מחזורי החישוב (בין 1 ל 512) תחום הערך הפיזיקלי שהוא מייצג : 5 [מילי שניות] עד 5*512 = [שניות] (מאפשר חישוב בינארי קל - ע"י פעולת SHIFT ) תחום ההצגה : המספר על המסך ברזולוציה של עשירית-המילישניה (המחשבה של "הכנה לשיפור " בגירסה הבאה ) והיה צריל להקפיד לא לחרוג בערך הגבוה (לכן השימוש ב-unsigned int , וזהירות מתקרה של 65535) בחישובי הביניים : היה צריך משתנה ביניים ברזולוציה של מאית-המילי (כדי לעגל ע"י הוספה של חצי לספרת האחדות ) שיטת הלימוד המוצעת למורה (שיאמץ מכאן לפי ראות עינו ורמת התלמידים): שיטת ה"שוט" ("TEASER") : מומלץ לתת תרגיל "תמים" ללא האזהרות – שיקבלו "כוייה" – ואז הלקח ייצרב עמוק בזכרון שיטת ה"גזר" : אפשר לקחת דוגמה מהשגרות של התכנית RTMOS_BLINK-1.ino , ( ולשאוף לשפר ולשכלל אותה ! ) והחשוב מכל : לתת לתלמיד לתרגל ע"י כתיבה עצמאית , ועם בדיקה ממצה של מקרי קצה (!) , כדי שבאגים ינופו אצל הכותב ולא אצל הלקוח! ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

סיכום תכנית "תמימה לכאורה" (BLINK) נוצלה לטובת STEM הודגמו תובנות של התופעה הפיזיקלית (מגבלות רוחב סרט של העין) (אפילו נמצאה הפתעה קטנה : בתנאים מסוימים - גם ב 40 הרץ אנו מסוגלים לחוש !) ניצול הבנת הפיזיקה לפתרונות הנדסה (מיתוג LED ביציאה אחת, חסכנות בקצב ריענון מסך LCD , ..) הארדואינו ככלי למורה להדגמת STEM הצורך בהבנת המתמטיקה לצורך מתן פתרונות ו "עקיפת מוקשים מושג ההנדסה (של חיפוש "פשרה הנדסית" שנותנת מענה מיטבי לבעייה ) מימוש ארכיטקטורה של תכנית לשליטה בבקר זמן אמת (על מספר אותות בו זמנית ) סופקו "ארגזי כלים" : תוכנת "מיני מערכת הפעלה" (עם דוגמה עובדת) - לפיתוח אפליקציות נוספות (ע"י המורה ו/או התלמיד) קורס עזר מלא ( + מסמכי עזר + דוגמאות ) לשימוש בארדואינו רעיונות גנריים לגבי דידקטיקה של העברת חומרים לתלמיד תפירה לקהל יעד ספציפי נעשית אצל המורה ( עם אימוץ מפה - לפי שיקולי המורה ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

נספח 1 : תוכן התיקיה של שיעור 2
נספחים לפרק 2: נספח 1 : תוכן התיקיה של שיעור 2 ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

נספח 2- "המגרש" : ארדואינו זה שילוב של תשתיות חומרה, תוכנה, שיתוף ידע.
נספח 2- "המגרש" : ארדואינו זה שילוב של תשתיות חומרה, תוכנה, שיתוף ידע. ARDUINO World: CORE: ATMEL AVR 8 BIT BOARD: ARDUINO.CC or COMPATIBLEs SW DRIVERS סביבת פיתוח על PC (IDE) תיעוד, עזרת אינטרנט (גם יוטיוב), פורומי תמיכה, תשתיות עצמיות external HW : HW, HW- DRIVERS, ADAPTERS (shields) וחומרות קצה אנחנו נתייחס רק לגירסאות שמכילות מעבד AVR 8 bit (של Atmel) (הזול והפופולרי) (מה משמעות החיצים בדיאגרמה זו?) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

נספח 3 : ממשקי הכרטיסון 2560 ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

נספח 4 : שימוש בקובץ EXCEL: הקצאת פינים UNO מול מגה (מאפשר תכנון הקצאה שמות אותות בפרויקט , ותאימות בין מספר פרויקטים) ) ש.י MAY-16 . השתלמות מורים מובילים הנ' אלקט' כלים בגישת אס.טי.אי.אם - פרק 2

כתב: מר יגאל שפירא YSeee2@gmail.com השתלמות מורים מובילים במגמת הנדסת אלקטרוניקה- כלים בגישת STEM למורה המנחה (מבוסס על מעבדי ארדואינו – הפעלה בסיסית.

Similar presentations

Similar presentations

About project

Feedback

Log in

Auth with social network:

כתב: מר יגאל שפירא YSeee2@gmail.com השתלמות מורים מובילים במגמת הנדסת אלקטרוניקה- כלים בגישת STEM למורה המנחה (מבוסס על מעבדי ארדואינו – הפעלה בסיסית.

Similar presentations

Similar presentations

About project

Feedback