воскресенье, 22 мая 2016 г.

1.2. Как собрать схему на макетной плате?

Урок: 1.2. Как собрать схему на макетной плате?

Транскрибация урока: У меня уже собрана модель светофора. Она маленькая и без корпуса, но может работать как настоящий светофор, с той лишь разницей, что управляется она вручную. Вот таким образом. [ШУМ] Обратите внимание, что мой светофор работает правильно, у него есть все фазы, в том числе красный и желтый цвета, горящие одновременно. Теперь посмотрим на детали, которые я использовал для создания модели. Индикаторы – это светодиоды, они подключены через резисторы, управляю я каждым из цветов с помощью тактовой кнопки, а питание подключено к схеме через клеммник, и идет оно от 4-х аккумуляторов типа AA. На самом деле, самое интересное для нас сейчас – это вот этот вот прямугольник с отверстиями, так называемая беспаечная макетная плата. Она нужна для того, чтобы все эти компоненты можно было легко соединить, не прибегая к пайке. Собрать схему быстро, разобрать схему быстро, переделать схему быстро – все сделать легко и быстро. Беспаечные макетные платы бывают разные: совсем маленькие, побольше, еще больше и совсем большие. Но принцип их устройства всегда одинаковый. Под вот этими отверстиями скрываются металлические проводники, которые зажимают ваши детали. Каждый из вот этих рядов по 5 отверстий внутри соединен. Продемонстрирую это, разорвав одну макетную плату. [ШУМ] Как вы видите, здесь есть вот такие вот металлические зажимчики. Я вынул из макетной платы одну маленькую рельсу, чтобы вы увидели вот эти зажимы, которые держат ваши детали. В большей макетной плате они ничем не отличаются, единственная разница в том, вдоль ее краев идут длинные рельсы, через которые обычно приводится питание. Поэтому они помечены символами плюс и минус. Не стоит думать, что внутри макетки спрятана какая-то батарейка, просто так заведено, что от элемента питания провода идут в эти ряды, и рельсики там длинные. Посмотрите, все детали, которые мы вставим в макетку в один ряд, будут соединены между собой. У рядов и вертикальных столбцов есть нумерация с помощью букв и цифр. Не обращайте на нее внимания, она может вам пригодиться, если вы кому-то хотите сообщить в какую конкретно точку вы хотите вставить ножку, например, светодиода. Так эти ряды между собой абсолютно идентичны, у них функционал не отличается. Еще один момент, который часто приходится подчеркивать – это то, что все вот эти провода, которые соединяют между собой детали, на самом деле одинаковые, несмотря на то, что они разных цветов. Наверное вам интересно, зачем мы вообще собрали какую-то модель с ручным управлением? Для начала нам нужно просто вспомнить некоторые факты о том, как устроены электрические цепи. Мы не станем углубляться сильно в физику электричества, потому что на эту тему вы можете прочесть много замечательных книжек или даже посмотреть онлайн курсы. Нам достаточно вспомнить, что в нашей цепи есть источник питания. На его полюсах образуется разность потенциалов. И если их замкнуть между собой, в цепи потечет ток. Как мы помним, электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. Протекая по проводникам, заряженные частицы могут совершать какую-то работу, например, нагревать их, создавать магнитное поле. А в нашем случае нас интересуют светодиоды, которые начинаю излучать свет, когда ток течет через них. Давайте извлечем один светодиод из схемы, чтобы внимательно на него посмотреть. Во-первых, мы видим, что у него ножки или выводы разной длины. Одна из них должна соединяться с плюсом питания, она называется анод, а другая – с минусом питания, она называется катод. Ток может течь через светодиод только в одном направлении. При протекании через него тока, он излучает свет. Поставим его на место и посмотрим на резистор. Резистор в данном случае нам нужен для того, чтобы через светодиод тек не слишком большой ток. У каждого элемента есть какие-то предельные характеристики, и данные светодиоды позволяют только 20 миллиамперам протекать через них. Если вы хотите проделать такой же эксперимент, возьмите резисторы на 220 Ом. Вы можете понять это по их цветовой маркировке. Давайте посмотрим что будет, если мы подключим светодиод без резистора, и через него пойдет слишком большой ток. Я убираю резистор и раздвину ножки светодиода пошире. Раздвинь ножки пошире и вот они раздвинуты. А теперь включим его. [ШУМ] Больше этот светодиод никогда не загорится. В данном случае для включения светодиодов мы используем тактовую кнопку. До тех пор, пока она не нажата, цепь не замкнута, и ток по данному отрезку не течет, следовательно светодиод работу выполнять не может. Давайте подытожим наше понимание того, как работала эта модель. Источник питания создает в нашей цепи напряжение. Плюс от него приходит в клеммник, а затем, с помощью красного провода, попадает в длинную рельсу плюс. То же самое происходит с минусом только через черный провод и с другой стороны макетки. Затем из плюса 3 провода идут к 3-м кнопкам, при нажатии каждой из которых путь для тока открывается дальше. И он проходит через резисторы, которые, как мы уже знаем, жизненно важны для светодиодов, и в светодиоды, которые излучают свет. Замыкается каждый отрезок в рельсе минус. Отдельно хочу обратить ваше внимание на то, что ток в качестве работы может совершать нагревание проводника. Избегайте коротких замыканий, то есть таких моментов, когда полюса источников питания замыкаются напрямую, без какой-то полезной нагрузки между ними. Сейчас мы пожертвуем одним из компонентов, чтобы вы увидели, к чему это может привести. Вы уже знаете, что ряды в макетной плате соединены поперек. Сейчас я безо всякой полезной нагрузки воткну источник питания в один и тот же ряд. Никогда так не делайте. О, смотрите, у нас что-то дымится. По-моему это макетка. До пожара недалеко, поэтому я выключу это.

Часть: Видео

Модуль: Один старый и много новых знакомых

Описание модуля: Добро пожаловать! На этой неделе вас ждет введение в курс (обязательно ознакомьтесь с ним), а затем начало работы: знакомство с Arduino, средой разработки и первыми компонентами. Вы научитесь собирать схемы на макетке, напишете первую программу и получите первое готовое устройство. Не забывайте про важнейший раздел "Сделайте сами"!

Курс: Строим роботов и другие устройства на Arduino. От светофора до 3D-принтера

Описание курса: На протяжении тысячелетий люди усовершенствовали орудия труда, изучали силы природы и подчиняли их себе, использовали их энергию для работы машин, а в прошлом веке создали машины, которые могут управлять другими машинами. Теперь создание устройств, которые взаимодействуют с физическим миром, доступно даже школьнику.

Наш курс состоит из серии практических задач про создание вещей, которые работают сами: изучают мир, принимают решения и действуют – двигаются, обмениваются данными друг с другом и с человеком, управляют другими устройствами. Мы покажем, как собирать эти устройства и программировать их, используя в качестве основы платформу Arduino.

Пройдя этот курс, вы сможете создавать устройства, которые считывают данные о внешнем мире с разнообразных датчиков, обрабатывают информацию, получают и отправляют данные на ПК, в Интернет, на мобильные устройства, управляют индикацией и движением. Создание устройств будет включать проектирование, изучение компонентов, сборку схем, написание программ, диагностику. Попутно с созданием самих устройств вы сделаете визуализацию на ПК, создадите веб-страницу, которую будет демонстрировать одно из ваших устройств, а также разберетесь с устройством и работой FDM 3D-принтера.

Помимо тех, кто увлекается робототехникой или стремится расширить кругозор и свои навыки, курс будет полезен всем, кто сталкивается с задачами бытовой и производственной автоматизации, а также занимается промышленным дизайном, рекламой и искусством.

Курс не требует специальных знаний у слушателей, доступен даже ученикам старших классов средней школы. Плюсом будут навыки программирования и владение английским языком на уровне чтения технической документации, однако обязательным это не является.

Весь курс посвящен практике и самым лучшим решением для вас будет раздобыть электронику, повторять показанные примеры и экспериментировать самостоятельно.

Программа:
  • Неделя 1 Один старый и много новых знакомых
  • Неделя 2 Контроллер изучает мир
  • Неделя 3 Цель обнаружена
  • Неделя 4 Как полить цветок из другого города
  • Неделя 5 Мобильный робот
  • Неделя 6 Как создать новый предмет за час
Преподаватель: Алексей Перепелкин (1), Дмитрий Савицкий (2)

Описание преподавателя: (1) Алексей Перепёлкин занимается развитием робототехники на базе ЛИОТ МФТИ. В 2012 году открыл для себя новое захватывающее чувство – когда устройство, которое сам построил и запрограммировал, работает. Свернул с финансовой дорожки и создал кружок робототехники для подростков. Готовил их к соревнованиям. Стал посещать конференции, а затем проводил мастер-классы для тех, кто тоже хочет организовать занятия. Совместно с коллегами в 2013 году разработал новые соревнования – Робопрофи – для конкурса Робот для жизни и провел их. В 2014 году впервые провел Arduino-номинацию на фестивале Робофест, а для российского финала Russian Robot Olympiad 2014 сделал творческую категорию. С тех пор эти соревнования стали регулярными. Летом 2014 провел двухнедельную мастерскую в детском лагере Никола-Ленивца, а затем преподавал в выездной школе, посвященной программированию и робототехнике, которую провели ABBYY и Яндекс. В 2015 году стал руководителем направления робототехники в GoTo Camp, выездных школах, где участники создали десятки проектов, от прототипов умных домов и операторских тележек до робота-бубниста и принтера для незрячих. В 2014 году с коллегами начал проект Роболабы: мероприятия для школьников и студентов, где участники параллельно решают усложненные задачи, а затем проводят рефлексию сделанной работы и оценивают чужие в ходе серии мероприятий.

(2) Физик, научный сотрудник, выпускник МФТИ. Запустил кружок робототехники в 2011 году. Рассказал Алексею Перепелкину о том, как здорово вести кружок робототехники. Рассказал об этом еще целому ряду людей. Побеждал со своими командами на соревнованиях. Проводил проектную работу с участниками исследовательской выездной школы МКШ с 2013 года, где руководил реализацией физических и робототехнических проектов, например, «Вслед за солнцем», в котором изучалась эффективность динамической ориентации солнечных батарей на солнце. Вместе с коллегами разрабатывал и был судьей Робопрофи. Участвовал в подготовке проекта Роболабы. Вновь пришел в МФТИ для проведения факультативного курса «Основы создания киберфизических устройств»

Организатор: Лаборатория инновационных образовательных технологий МФТИ (1), Лаборатория инновационных образовательных технологий МФТИ (2)

Описание организатора: (2) Московский физико-технический институт (неофициально известный как МФТИ или Физтех) является одним из самых престижных в мире учебных и научно-исследовательских институтов. Он готовит высококвалифицированных специалистов в области теоретической и прикладной физики, прикладной математики, информатики, биотехнологии и смежных дисциплин. Физтех был основан в 1951 году Нобелевской премии лауреатами Петром Капицей, Николаем Семеновым, Левом Ландау и Сергеем Христиановичем. Основой образования в МФТИ является уникальная «система Физтеха»: кропотливое воспитание и отбор самых талантливых абитуриентов, фундаментальное образование высшего класса и раннее вовлечение студентов в реальную научно-исследовательскую работу. Среди выпускников МФТИ есть Нобелевские лауреаты, основатели всемирно известных компаний, известные космонавты, изобретатели, инженеры.

Категория: Компьютерные науки

Описание категории: Специализации и курсы по компьютерным наукам посвящены разработке и дизайну программного обеспечения, алгоритмическому мышлению, человеко-компьютерному взаимодействию, языкам программирования и истории вычислительной науки. Курсы в этой широкой области помогут вам мыслить абстрактно, методически подходить к проблемам и вырабатывать качественные решения.

Тематика: Разработка ПО

Материал: