Cветофор на Arduino. Научная работа Ғылыми жоба

АЛМАТЫ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ-ҚАРЖЫ ЖӘНЕ ИННОВАЦИЯЛЫҚ-ТЕХНИКАЛЫҚ КОЛЛЕДЖІ

АЛМАТИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКО-ФИНАНСОВОЙ И ИННОВАЦИОННО- ТЕХНИЧЕСКОГО КОЛЛЕДЖ

Мастер-класс

На тему: Cветофор на Arduino.

Специальность: 1304000-«Вычислительная техника и программное обеспечение»

Преподаватель: Ализак А.М.

Рассмотренно в цикле

«Технических диссциплин»

_________ Жумабаева К.И.

Протокол № ____

«___»____________2023г.

Алматы 2023г

Дата: _________

Цель мастер-класса:

Образовательные:

• помочь обучащимся получить представление о робототехнике, Arduino;

• cоздать условия для получения и усвоения учениками новых знаний о робототехнике;

• Познакомить подробнее с алгоритмом работы устройства, которое мы видим практически ежедневно.

• А также разобрать несколько вариантов написания программы реализации светофора на Arduino.

• обобщить знания на уровне межпредметных связей (физика, информатика, математика, английский язык;

Воспитательные:

• воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости;

• воспитать актуальность, внимание, трудолюбие и творческий подход к решению производственных вопросов;

Развивающие:

• формировать навыки критического мышления и конструкторские навыки через экспериментальную деятельность, через работу с информацией, через интерактивное взаимодействие учащихся.;

• содействовать развитию коммуникативных умений учащихся;

• развить интерес на робототехнике и на создание новых полезных проектов.

Тип занятия: мастер-класс.

Межпредметная связь: информатика, профессиональный английский язык, физика, основы алгоритмизации и программирование.

Оборудование: компьютерный класс, интерактивная доска, проектор, презентация , расширенный набор Arduino, видео-материалы.

Ход мастер-класса

Светофор — оптическое устройство, подающее световые сигналы, регулирующие движение автомобильного, железнодорожного, водного и другого транспорта, а также пешеходов на пешеходных переходах.

Наиболее распространены светофоры с сигналами (обычно круглыми) трёх цветов: красного, жёлтого и зелёного. Сигналы могут быть расположены как вертикально, так и горизонтально. При отсутствии других, специальных светофоров, они регулируют движение всех видов транспортных средств и пешеходов.

Повсеместно распространены основные сигналы светофоров:

• красный сигнал светофора запрещает проезд за стоп-линию (при её отсутствии за светофор),

• жёлтый обязывает сбросить скорость и быть готовым к тому, что светофор через 0,5 — 1 сек переключится на красный,

• зелёный — разрешает движение со скоростью, не превышающей максимальный уровень для данной автотрассы.

Алгоритм смены сигналов светофора на Arduino.

Как видим, светофор должен работать вот по такому алгоритму:

1. Светит только красный цвет светофора.

2. Не выключая красный сигнал светофора, включаем желтый.

3. Выключаем красный и желтый, включаем зеленый.

4. Выключаем зеленый сигнал светофора, включаем желтый.

После чего цикл повторяем с красного сигнала светофора на Arduino.

Светофор – лучший друга пешеходов и водителей, позволяющий организовать безопасное движение на дорогах. Первое такое устройство для городских дорог было установлено в 1868 году возле здания Британского парламента в Лондоне. Его внешний вид, конечно, сильно отличался от привычного нам сейчас устройств. Первый светофор представлял собой набор семафорных стрелок с подсветкой из газовых фонарей. Его создатель, инженер Джон Пик Найт, проектировал семафоры для железных дорог и первый додумался использовать идею для дорог, по которым в то время перемещались на лошадях.

Первый электрический светофор появился в 1912 году в США. Инженер Лестер Вайр придумал устройство с двумя цветами – красным и зеленым. В 1914 году на перекрестке в Кливленде впервые были установлены сразу четыре светофора. Управлялись устройства вручную – полицейские переключали лампочки.

В 1920 году появились трехцветные светофоры – их поставили на улицах Нью-Йорка и Детройта. Первой же европейской страной с электрическими светофорами стала Франция.

В Казахстане светофор появился лишь в 1938 году, в крупнейшем городе республики, в Алма-Ате, на перекрёстке улиц Красноармейской (ныне Панфилова) и Гоголя.

Несмотря на вроде банальный принцип работы «красный — стой, зелёный — проезжай», светофоры продолжают развиваться, ведь влияют они не только на безопасность на пересекаемых улицах, но и на комфортабельность поездок и экологию города. Неверный расчёт фазы включения сигналов может осложнить трафик в отдельных районах, который в итоге задыхается от пробок. На примере Алматы это хорошо чувствуется.

А между тем в мире системы регулирования движения постоянно совершенствуются, внедряются современные технологии для правильного распределения трафика. Одна из последних новаций экспериментируется в Германии, где в процесс подключён искусственный интеллект. И оценивает он не только загрузку дорог, но и активность пешеходов на перекрёстке.

Сегодня будем подробнее знакомиться с алгоритмами свктофора. Узнайте, как он устроен, на чём основывается принцип действия и можно ли сделать светофор своими руками?

Светофор на Arduino

Давайте и мы создадим свой почти настоящий светофор. В рамках этого проекта мы соберем схему и создадим скетч, с помощью которого светодиоды будут гореть и переключаться по правилам дорожного движения.

Нам понадобится:

• Плата Ардуино Уно .

• Макетная плата.

• Три светодиода. Естественно, что лучше всего красного, желтого и зеленого цветов.

• Три резистора номиналом 220 Ом.

• Соединительные провода.

Давайте начнем проект со сборки электрической цепи. Схема достаточно проста – соединяем три светодиода. Плюс к цифровому пину, минус – к земле. Обратите внимание, что мы объединили три контакта в один с помощью общей шины макетной платы. Красный свет светофора мы соединим с пином 13, желтый – с 12, зеленый – с 11.

Скетч светофора:

int red=13;

int yellow=12;

int blue=11;

void setup()

{

pinMode(red, OUTPUT);

pinMode(yellow, OUTPUT);

pinMode(blue, OUTPUT);

}

void loop()

{

digitalWrite(red, HIGH);

digitalWrite(yellow, LOW);

digitalWrite(blue, LOW);

delay(2000); // Wait for 2000 millisecond(s)

digitalWrite(red, HIGH);

digitalWrite(yellow, HIGH);

digitalWrite(blue, LOW);

delay(1000); // Wait for 1000 millisecond(s)

digitalWrite(red, LOW);

digitalWrite(yellow, LOW);

digitalWrite(blue, HIGH);

delay(2000);

digitalWrite(red, LOW);

digitalWrite(yellow, HIGH);

digitalWrite(blue, HIGH);

delay(1000);

}

Загрузите скетч в контроллер и убедитесь, что все работает правильно. Рефлексия и подведение итогов урока.

Вопросы:

1 Вам было интересно на уроке?

2 Вы узнали что-то новое на уроке?

3 Готовы ли вы на следующих уроках применить его на практике?

Заключение.

В этом мастер классе мы узнали, как собрать вместе на одной макетной плате три светодиода  и подключить их к ардуино уно или нано. Разобрались с алгоритмом работы настоящего светофора и смогли написать свой скетч на языке C++. Мы еще раз убедились, что писать программы со светодиодами – это просто, нужно понять лишь несколько базовых принципов. В закрепление занятия хочу сказать, что все проекты должны служить обществу, приносить пользу, надо, прежде всего, учиться, получить разностороннее образование. Ваш вклад в робототехнику должен способствовать поднятию уровня жизни, создать комфорт для людей. Весь этот комфорт создается из малого. Как истинные патриоты своей страны вы должны любить свое дело. Вы всегда должны быть в поиске и создавать новые инновационные проекты для развития страны. Говоря словами великого поэта казахского народа Абай Құнанбаев:

Керек іс бозбалаға- талаптылық,

Әр түрлі өнер, мінез, жақсы қылық.

Будьте талантливы, разносторонне творчески богаты. Не будьте ленивым, ставьте цели и работайте чтобы достигать поставленной цели.