Tiskane izdaje
Šolski center Velenje v sodelovanju z Osnovno šolo Griže in Institutom Jožef Stefan sodeluje v projektu MyMachine, katerega namen je uresničiti ideje mladih in kreativnih otrok iz prve triade osnovne šole z izdelanim prototipom.
Projekt MyMachine ponuja rešitev za vse tiste otroke, ki imajo veliko idej in kjer obstaja želja po uresničitvi teh idej. Projekt odpira vrata mladim izumiteljem, da ideje postanejo prototipni izdelki s pomočjo študentov in dijakov ob podpori mentorjev iz šol, fakultet in podjetij.
Iskanje idejne rešitve nas je pripeljalo do koncepta, da bi pametni telefon zajemal podatke iz že izdelanih map odprtokodnih programskih rešitev, od koder dobi podatke o hitrostnih omejitvah. Nadaljnji postopek pa predstavlja primerjavo teh podatkov z dejansko hitrostjo vozila in pretvorbo teh podatkov za krmilnik Arduino, ki uporabniku z rdečo lučjo signalizira, ko je dejanska hitrost vozila večja od dovoljene.
***
V zadnji fazi, kjer se izdela izdelek za projekt MyMachine, je bilo treba najprej izdelati elektroniko, saj sta od nje odvisna delovanje programske opreme in fizični model izdelka, zato se je ekipa − v njej so dva dijaka Aron Koc in David Dominković z elektro in računalniške šole, program elektrotehnik, študent informatike Blaž Blažinčić ter mentor Uroš Remenih, inž. inf., učitelj računalništva na elektro in računalniški šoli − najprej lotila izbire komponent, potrebnih za elektronski del, načrtovanja vezja, in sicer kako bo napajan in kje se bo fizično nahajal v samem ohišju semaforja, skiciranja osnovnega videza semaforja ter načina komuniciranja s programsko opremo na pametnem telefonu.
Že v začetku je bila določena izbira mikrokontrolerja proizvajalca Arduino, sami pa smo izbrali model Nano, ki ima za nas precej ugodne karakteristike. Nanj se lahko priključi led dioda brez dodatnega ojačevalca toka, saj ima posamezen izhod na voljo kar 40 mA toka, ima tudi vhode in izhode za serijsko komunikacijo Rx in Tx, ki jo potrebujemo za komunikacijo z pametnim telefonom, vsebuje regulator napetosti 5 V, ki je potreben za napajanje bluetooh modula, vhodna napetost pa je lahko 6−20 V, je pa tudi ravno dovolj majhen (45 mm x 18 mm), da nam ne bo predstavljal fizičnih ovir.
Arduino Nano
Za komunikacijo smo izbrali bluetooth modul zs-040 proizvajalca Wavesen, ki s svojo velikostjo 45 mm x 17 mm x 6 mm ne presega dimenzij, ki jih imamo na voljo zaradi mikrokrmilnika. Prav tako ima na voljo serijsko Rx in Tx komunikacijo z arduinom in bluetooth povezavo s telefonom, v stanju pripravljenosti ne potrebuje več kot 30 mA toka, pri komunikaciji pa dodatnih 10 mA, zato je prijazen do baterij, za napajanje potrebuje napetost 3,6 V−6 V, zanj obstaja napisanih že precej knjižnic, ki se jih uporabi pri programski kodi za arduino.
Bluetooth modul zs-040
Ugotovili smo, da je najbolje, da se elektronika napaja prek klasičnih 2AA 1,5 V baterij, saj nam štiri vezane zaporedno zagotavljajo ravno dovolj napetosti 6 V ter toka, potrebnega za delovanje mikrokrmilnika in led diod. Tudi v praksi so se glede shranjenega toka izkazale za izredno trpežne, zato zagotavljajo precej dolgo avtonomnost delovanja naprav, še zlasti če sta nanj priključena mikrokrmilnik z blutooth modulom in led dioda, ki ne porabi ravno veliko toka − v pripravljenosti okrog 50 mA, med delovanjem pa okrog 70mA. Za nosilce baterij smo izbrali že izdelane nosilce z vgrajenimi povezovalnimi kontakti.
Nosilec baterij 2AA
Za prikaz stanja potrebujemo še dve visokosvetleči led diodi, ki ju prižigamo neposredno prek arduina čez varovalna upora.
Visoko svetleča led dioda
Ko smo izbrali vse komponente, smo se lotili izdelave načrta vezja, zatem pa smo komponente povezali s pomočjo prototipne ploščice in povezovalnih kablov, kjer smo testirali delovanje koncepta. Nato smo samo vezja izdelali s programom za izdelavo vezij Sprint Layout: dijaka sta narisala mikrokrmilnik arduino nano in priključke, nato sta dodala priključke za bluetooth modul ter prostor za diodo za zeleno in rdečo osvetlitev ter priključitev napajanja. Na vezje sta dodala tudi luknje za pritrditev vezja na ohišje.
Z »Dr« in »Dz«, sta označeni mesti za prispajkanje led diode, z »BT« je označeno mesto za postavitev bluetooth modula, spodaj sta vidna arduino nano ter priklop baterij, v kotih pa so vidne luknje za pritrditev vezja na ohišje.
Načrtovanje vezja
Po pripravljenem načrtu smo izdelali vezje, in sicer z rezkalnikom tiskanih vezij. Rezkalnik je naprava, ki deluje na principu CNC naprave, premika se po treh oseh, X, Y in Z, in ima na vretenu vpet rezkar premera 0,2 mm s kotom 30 stopinj. Rezkar na tiskanem vezju loči poti od preostalega vezja in nam s svedrom premera 0,8 mm izvrta luknje. Z njim zelo hitro in preprosto izdelamo prototipna in testna vezja.
Izdelava vezja z rezkarjem
Po končanem rezkanju je bilo treba vse komponente prispajkati − nekaj komponet neposredno na vezje, preostale pa prek konektorjev. Nato smo povezali napajanje ter vstavili batarije, da smo preverili, ali vezje deluje.
Videz končanega vezja z komponentami
Medtem ko smo izdelovali vezje, smo vzporedno izdelovali tudi programsko kodo za mikrokontroler, torej program, ki bo prek bluetooth povezave prejel podatke, jih prepoznal ter prožil izhod za vklop rdeče ali zelene led diode. Program je napisan v programskem jeziku arduino, ki je precej podoben programskemu jeziku C++. Za komunikacijo z bluetooth modulom smo uporabili knjižico z ukazi za ta modul, ki smo jo dobili pri njegovem proizvajalcu.
Diagram programa Arduino
Med izdelavo elektroprogramskega dela se je dijak Dejan Sevčnikar iz strojne šole Šolskega centra Velenje pod mentorstvom Viljema Osojnika, univ. dipl. inž. in učitelja strojništva na tej šoli, lotil izdelave fizičnega modela in zasnove videza in dizajna semaforja. Pri izdelavi je uporabil predloge in želje učenke, ki si je koncept zamislila, ter fizične omejitve zaradi elektronike in baterij.
Tako je osnovni koncept razdelil v tri dele, in sicer podstavek semaforja, kamor smo vstavili nosilce baterij ter stikalo za vklop semaforja, nato je izdelal steblo, v katerem so vodniki iz baterij do vezja, ter semafor. V semafor smo vstavili vezje na nosilce, in sicer tako, da led diode gledajo iz ohišja in so hkrati prispajkane neposredno na vezje.
3D-model je načrtovan v programu SolidWorks, ki ga dijaki uporabljajo tudi pri pouku in jim je dobro znan. Model je narejen v realnih dimenzijah, tako da se bo v prihodnje naredil realni izdelek neposredno iz tega modela s pomočjo 3D-tiskalnika.
3D model semaforja
Za prihodnje dni imamo v načrtu izdelavo fizičnega modela, vstavljanje elektronike, zaključek programskega dela aplikacije za pametni telefon ter končno testiranje prototipa med vožnjo.
***
Mislite, da lahko prispevate idejo za izdelavo tega otroškega sanjskega stroja?
Ekipa, ki izdeluje opisani sanjski stroj, bo vesela vaših predlogov, zato nam pišite na facebook stran ali stopite v stik z nami prek spletne strani mymachine.si.
