MECHATRONIKA według. ch!

Transkrypt

1 MECHATRONIKA według ch!

2 Niniejsze opracowanie zostało przygotowane na potrzeby projektu: "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.

3 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.

4 Czym jest mechatronika? Mechatronika: dziedzina inżynierii stanowiąca połączenie inżynierii mechanicznej, elektrycznej, automatyki i robotyki, służąca - projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych urządzeń. Informatyka Mechatronika Mechanika Elektronika

5 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.

6 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.

7 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).

8 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.

9 Obszary zastosowań mechatroniki Sprzęt AGD Automatyka przemysłowa Sprzęt elektroniczny Robotyka Motoryzacja oraz wiele innych

10 Jak działa układ mechatroniczny? sensory procesory układ mechaniczny otoczenie energia aktory

11 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.

12 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).

13 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.

14 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 [ ]. mówiąc prościej... 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.). Prosta platforma open-source z mikrokontrolerem podłączana do USB i programowana w C.

15 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 Mega 2560 Arduino Leonardo Arduino Mega ADK Arduino Ethernet Arduino Due

16 Opis wyprowadzeń Arduino UNO R3

17 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

18 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.

19 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)

20 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 Oczywiście potrzebujemy jeszcze komputer, kabel USB i płytkę stykową. + Przykładowy odczyt

21 A te elementy spowodują, że dioda zacznie nabierać kolorów. + Arduino dioda RGB + Płytka stykowa +

22 Opracowanie: Karolina Michalak Fundacja Wolnego i Otwartego Oprogramowania Andrzej Stefaniuk trener Fundacji Wolnego i Otwartego Oprogramowania oraz nauczyciel informatyki w Zespole Szkół w Lubianie. Źródła: Strategia Wolnego i Otwartego Oprogramowania