Σε αυτή τη δραστηριότητα θα φτιάξετε ένα πιάνο από μπανάνα. Οπότε αρχικά δημιουργείτε την παραπάνω συνδεσμολογία και στην συνέχεια φορτώνετε στο arduino τον παρακάτω κώδικα.

Δραστηριότητα 1η

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα έχετε το απλό κύκλωμα της παραπάνω εικόνας. Τοποθετείστε ένα ζευγάρι καλωδίων στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 6 και συνδέστε ένα led στην ψηφιακή έξοδο 13. Γράψτε τον παρακάτω κώδικα και εξηγήστε τι ακριβώς κάνει.

Αυτό που κάνει το προηγούμενο πρόγραμμα είναι να ανάβει το led μόλις ενώσετε τα δύο καλώδια αλλά το led δεν σβήνει όταν απομακρύνετε τα καλώδια. Τροποποιήστε τον κώδικα ώστε το led να σβήνει όταν τα καλώδια απομακρύνονται.

Δραστηριότητα 2η

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα έχετε το απλό κύκλωμα της παραπάνω εικόνας. Τοποθετήστε ένα ζευγάρι καλωδίων στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 6. Γράψτε τον παρακάτω κώδικα και εξηγήστε τι ακριβώς κάνει.

Αυτό που κάνει το προηγούμενο πρόγραμμα είναι να μετράει πόσες φορές έχετε ενώσει τα καλώδια και να τυπώνει την αρίθμηση στην οθόνη. Τροποποιήστε τον κώδικα ώστε μετράτε κάθε δεύτερη ένωση των καλωδίων. Ενώνετε την πρώτη φορά δεν μετράει αλλά μετράει ένα μόλις τα ενώσετε δεύτερη φορά κ.ο.κ.

Δραστηριότητα 3η

Χρησιμοποιώντας την δομή επανάληψης θα ανάβετε 5 φορές το κόκκινο, 3 φορές το πράσινο και 5 φορές το κίτρινο. Τα διαστήματα θα είναι 1/4 του δευτερολέπτου.

Δραστηριότητα 1η

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα τοποθετούμε δύο καλώδια στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 6 και στην συνέχεια άλλα δύο καλώδια στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 2. Όταν τα ενώνουμε τα δύο πρώτα καλώδια θέλουμε να ανάβουμε το κόκκινο LED που έχουμε συνδέσει στην ψηφιακή είσοδο 13 ενώ όταν ενόνουμε τα δύο άλλα καλώδια θέλουμε να ανάβουμε το πράσινο LED που έχουμε συνδέσει στην ψηφιακή είσοδο 12 (παρακάτω σχήμα). Ο κώδικας φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Στον παρακάτω κώδικα πρέπει να κάνετε τροποποιήσεις ώστε όταν ενώνετε και τα δύο ζευγάρια καλωδίων ταυτόχρονα να ανάβει μόνο το κίτρινο LED. Κατά τα άλλα θα λειτουργεί όπως και πριν.

Στο συγκεκριμένο μάθημα θα συνεχίσουμε να βλέπουμε κάποιες μετρήσεις στις ψηφιακές εισόδους του Arduino έτσι ώστε οι μαθητές να αρχίσουν να ξεκαθαρίζουν στο μυαλό τους πως ακριβώς πραγματοποιούμε τις συγκεκριμένες μετρήσεις. Για παράδειγμα πως ακριβώς μπορούμε να ελέγξουμε ένα κλειστό κύκλωμα στην παραπάνω εικόνα. Όταν η μπάλα μπει στο τέρμα τότε κυλάει και πάει στα καλώδια και τα πιέζει ώστε να ενωθούν. Ένα τέτοιο κλειστό κύκλωμα μπορούμε να το ελέγξουμε με δύο τρόπους όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Συνδέουμε τα δύο καλώδια που θέλουμε να ελέγξουμε αν ακουμπάνε είτε στα 5 Volt του Arduino και σε μια ψηφιακή είσοδο είτε στην γείωση (GND) του Arduino και σε μια ψηφιακή είσοδο. Στα πλαίσια των μαθημάτων θα χρησιμοποιήσουμε την περίπτωση της γείωσης.

Δραστηριότητα 1η

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα τοποθετούμε δύο καλώδια στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 6. Όταν τα ενώνουμε θέλουμε να ανάβουμε το led που έχουμε συνδέσει στην ψηφιακή είσοδο 13 με την βοήθεια του breadboard (παρακάτω σχήμα).

Έχουμε δύο περιπτώσεις A ενώνουμε τα καλώδια και Β τα καλώδια δεν είναι ενωμένα. Στην Α περίπτωση που τα καλώδια είναι ενωμένα ουσιαστικά συνδέουμε την γείωση GND κατευθείαν στην ψηφιακή είσοδο 6. Στην Β περίπτωση δεν έχουμε κάποια παρέμβαση στην ψηφιακή είσοδο 6.

Οπότε στην περίπτωση Α όπως γνωρίζουμε το GND σημαίνει ΟΧΙ ΡΕΥΜΑ άρα στην ψηφιακή είσοδο διαβάζουμε ΟΧΙ ΡΕΥΜΑ. Με την παρακάτω εντολή στην μεταβλητή Χ ανιχνεύουμε αν έχουμε την περίπτωση Α ή την περίπτωση Β. Στην περίπτωση Α τα πράγματα είναι ξεκάθαρα δεδομένου ότι έχουμε το GND, οπότε OXI ΡΕΥΜΑ. 

Στην περίπτωση Β για να έχουμε διαφοροποίηση θα έπρεπε να διαβάζουμε στην μεταβλητή Χ ΡΕΥΜΑ. Για να συμβεί το τελευταίο γεγονός θα πρέπει αρχικά να θέσουμε την ακίδα 6 σε κατάσταση ΡΕΥΜΑ.

Οπότε ολοκληρώστε τον κώδικα και ανεβάστε τον στο Arduino. Όταν ενώνουμε τα καλώδια ανάβει το led ενώ όταν απομακρύνουμε τα καλώδια το led παραμένει σβηστό.

Δραστηριότητα 2η

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα τοποθετούμε δύο καλώδια στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 6 και δύο καλώδια στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 5. Όταν τα ενώνουμε τα καλώδια GND-PIN6 θέλουμε να ανάβουμε το led που έχουμε συνδέσει στην ψηφιακή είσοδο 13 με την βοήθεια του breadboard ενώ όταν ενώνουμε τα καλώδια GND-PIN5 θέλουμε να ανάβουμε το led που έχουμε συνδέσει στην ψηφιακή είσοδο 12 με την βοήθεια του breadboard. Όταν είναι ενωμένα και τα δύο καλώδια ανάβουμε το τρίτο led στην ψηφιακή είσοδο 11 με την βοήθεια του breadboard.

Δραστηριότητα 3η

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα τοποθετούμε δύο καλώδια στο GND του Arduino και στην ψηφιακή είσοδο 6. Όταν τα ενώνουμε τα δύο καλώδια θέλουμε να ανάβουμε εναλάξ τα δύο led που έχουμε συμδέσει στις ψηφιακές εξόδους 13 και 12. Πιο συγκεκριμένα την πρώτη φόρα που συνδέουμε τα καλώδια ανάβει το led στην ψηφιακή έξοδο 13, την επόμενη φορά που συνδέουμε τα καλώδια ανάβει το led στην ψηφιακή έξοδο 12, την επόμενη ......

Ο αισθητήρας κλίσης είναι ένα εξάρτημα (διακόπτης) που μπορεί να ανιχνεύσει τον προσανατολισμό ενός αντικειμένου (όρθιο ή όχι). Είναι ισοδύναμο με ένα κουμπί που ενεργοποιείται μέσω του φυσικού προσανατολισμού του. Περιέχει μεταλλικές μπάλες μέσα, οι οποίες καθώς κυλούν μέσα στον σωλήνα είτε ακουμπούν στις δύο ακίδες της συσκευής οπότε ο διακόπτης είναι ΑΝΟΙΧΤΟΣ είτε δεν ακουμπούν οπότε ο διακόπτης είναι ΚΛΕΙΣΤΟΣ. Αυτό που έχει να κάνει ο χρήστης είναι να στρέψει τον σωλήνα ανάλογα με το αν θέλει ο διακόπτης να είναι ανοιχτός ή κλειστός. 

Δραστηριότητα 1η

Στην πρώτη δραστηριότητα απλά θα δούμε την λειτουργία του αισθητήρα κλίσης ως διακόπτη. Οπότε δεν χρειάζεται να γράψουμε κώδικα παρά μόνο να χρησιμοποιήσουμε τα 5 Volt του Arduino ως πηγή ενέργειας. Η ίδια δραστηριότητα θα μπορούσε να γίνει απλά με την χρήση μιας μπαταρίας στην θέση του Arduino. Ουσιαστικά κατασκευάζουμε ένα κλειστό κύκλωμα όπου ο αισθητήρας κλίσης είναι ο διακόπτης. Όταν ο αισθητήρας είναι κατακόρυφος τότε ο διακόπτης είναι κλειστός και το led είναι αναμμένο ενώ όταν είναι σε οριζόντια θέση ο διακόπτης είναι κλειστός και το led είναι σβηστό. Βέβαια κατά την εκτέλεση του πειράματος θα δούμε ότι το led πολές φορές αναβοσβήνει πριν σταθεροποιηθεί και το δούμε σταθερά αναμένο. Αυτό σημβαίνει γιατί η μπάλα αναπηδά λίγο πριν σταματήσει ακριβώς πάνω στους διακόπτες, κάνοντας τον διακόπτη ανοιχτό, κλειστό, ανοιχτό, κλειστό, κ.λπ. Όπως μια μπάλα που πέφτει αναπηδά πριν τελικά προσγειωθεί στο έδαφος. Το συγκεκριμένο πρόβλημα θα προσπαθήσουμε να το λύσουμε σε κάποια άλλη δραστηριότητα.

Δραστηριότητα 2η

Σε αυτήν την δραστηριότητα θα χρησιμοποιήσουμε τον αισθητήρα κλίσης ως εντολέα ώστε να ανάψουμε ένα led (είσοδος - έξοδος). Όταν ο αισθητήρας θα είναι κατακόρυφος οπότε ο διακόπτης κλειστός θα ανάβουμε το led, ενώ όταν είναι κατακόρυφος οπότε ανοικτός θα κλείνουμε το led. Στην παραπάνω εικόνα βλέπετε την συνδεσμολογία που πρέπει να ακολουθήσετε και στην παρακάτω το πρόγραμμα που πρέπει να δημιουργήσετε στο Ardublock και να το ανεβάσετε στο Arduino.

Αυτό που πρέπει να επισημάνουμε στον παραπάνω κώδικα είναι ότι στο setup θα πρέπει το pin 2 του Arduino αρχικά να το θέσουμε σε κατάσταση ΡΕΥΜΑ (5 Volt) έτσι ώστε όταν ο διακόπτης είναι κλειστός τότε το pin 2 συνδέεται με το GRD του Arduino άρα η μεταβλητή t "διαβάζει" το GRD του Arduino οπότε το t = ΟΧΙ ΡΕΥΜΑ ενώ όταν ο διακόπτης είναι ανοικτός τότε t = ΡΕΥΜΑ. Η δομή ελέγχου αν/αλλιώς ανάβει ή όχι το led ανάλογα με την τιμή της μεταβλητής t.

Δραστηριότητα 3η

Στην 3η δραστηριότητα θα χρησιμοποιήσουμε 2 αισθητήρες κλίσης, οι οποίοι έχουν προσαρμοστεί σε ένα καλαμάκι. Οι μαθητές θα πρέπει να δημιουργήσουν το κατάλληλο κύκλωμα ώστε όταν το καλαμάκι γέρνει από την μια πλευρά να ανάβει το πράσινο led, ενώ όταν γέρνει από την άλλη να ανάβει το κόκκινο led.

Δραστηριότητα 4η

Στην τελευταία δραστηριότητα του μαθήματος θα τροποποιήσετε την συνδεσμολογία και τον κώδικα της προηγούμενης δραστηριότητας έτσι ώστε όταν το καλαμάκι γέρνει από την μια πλευρά να στρέφετε τον κινητήρα servo 10 μοίρες από την μια πλευρά, ενώ όταν γέρνει από την άλλη να στρέφετε τον κινητήρα servo 10 μοίρες από την άλλη πλευρά. Η εντολή που στρέφει κάποιες μοίρες έναν κινητήρα servo είναι η παρακάτω και θα την βρείτε στο μπλοκ εντολών Generic Hardware.

Δραστηριότητα 1η

Δραστηριότητα 2η

Δραστηριότητα 3η

Δραστηριότητα 4η

Δραστηριότητα 5η

1. Ηλεκτρικό Ρεύμα

Σε κάποια υλικά (μέταλλα) ορισμένα ηλεκτρόνια απομακρύνονται από τα άτομα, έτσι δεν κινούνται γύρω από τον πυρήνα. Εκτελούν μια ελεύθερη τυχαία κίνηση μέσα στον χώρο του υλικού (Εικόνα 1). Τα ηλεκτρόνια αυτά τα ονομάζουμε ελεύθερα ηλεκτρόνια. Είναι δυνατόν σε έναν αγωγό να δημιουργηθεί κίνηση των ηλεκτρονίων προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση (Εικόνα 2). Η προσανατολισμένη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα ηλεκτρόνια δεν μπορούμε να τα δούμε, άρα δεν μπορούμε να δούμε και το ηλεκτρικό ρεύμα. Καταλαβαίνουμε την ύπαρξή του από τα αποτελέσματά του.

2. Ηλεκτρική Τάση

Στις ηλεκτρικές συσκευές εξασφαλίζουμε τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος με τις ηλεκτρικές πηγές (π.χ. μπαταρίες). Αυτές, καταναλώνοντας κάποια μορφή ενέργειας, διατηρούν σταθερή τάση (διαφορά δυναμικού) μεταξύ δυο σημείων, που ονομάζονται πόλοι (θετικός και αρνητικός). Έτσι, θέτουν σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των μεταλλικών αγωγών με τους οποίους συνδέονται. Η τάση μετριέται σε V (Volt). Κάθε συσκευή λειτουργεί κανονικά με ορισμένη τάση που αναγράφεται στα χαρακτηριστικά της. Π.χ. σε έναν φακό με λαμπάκι πυράκτωσης παρατηρούμε ότι αρχικά φωτίζει αρκετά (λειτουργεί κανονικά), αλλά μετά από κάποιο διάστημα χρήσης η φωτοβολία μειώνεται (υπολειτουργεί). Είναι εύκολο να σκεφτούμε ότι αυτό συμβαίνει επειδή η τάση της μπαταρίας του μειώνεται. Όταν η τάση μηδενιστεί, δηλαδή όταν τελειώσει η μπαταρία, τότε το λαμπάκι πλέον δεν ανάβει.

3. Ηλεκτρική Αντίσταση

Η ηλεκτρική αντίσταση ενός αγωγού είναι η δυσκολία (αντίσταση) που παρουσιάζεται στη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος δια μέσου του αγωγού. Η ηλεκτρική αντίσταση μετριέται σε Ωμ (Ω).

4. Στοιχεία Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Σε αυτήν την ενότητα θα παρουσιαστούν τα βασικά στοιχεία των κυκλωμάτων που θα χρησιμοποιήσουμε στις δραστηριότητες των μαθημάτων, πιο συγκεκριμένα θα παρουσιαστούν το breadboard, το led και οι αντιστάσεις.

4.1 BEADBOARD

Με το breadboard κατασκευάζουμε κυκλώματα χωρίς να κάνουμε καμία συγκόλληση. Το breadboard αποτελείται από μια επιφάνεια γεμάτη με τρύπες. Οι οριζόντιες τρύπες που σημειώνονται με μαύρο στο διπλανό σχήμα είναι μεταξύ τους συνδεδεμένες ανά πέντε. Στις τρύπες αυτές τοποθετούνται οι ακροδέκτες των εξαρτημάτων που θα δημιουργούν το κύκλωμα. Οι κάθετες τρύπες που σημειώνονται με κόκκινο πλαίσιο στο διπλανό σχήμα είναι όλες συνδεδεμένες μεταξύ τους και αν σε μια τρύπα συνδέουμε το (+) μιας μπαταρίας 1.5V τότε όλες οι κάθετες τρύπες μέσα στο κόκκινο πλαίσιο έχουν 1.5V. Οι κάθετες τρύπες που σημειώνονται με μπλε πλαίσιο στο διπλανό σχήμα είναι όλες συνδεδεμένες μεταξύ τους και σε μια τρύπα συνδέουμε το (-) μιας μπαταρίας και θα το καλούμε γείωση (GΝD).

Όταν τοποθετηθεί ένα εξάρτημα σε μία οριζόντια υποδοχή-τρύπα, τότε είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένο σε σειρά με οτιδήποτε άλλο τοποθετηθεί στην ίδια οριζόντια λωρίδα. Αυτό οφείλεται στις μεταλλικές γραμμές που είναι αγώγιμες και επιτρέπουν στο ρεύμα να ρέει σε κάθε σημείο τους. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να συνδέσετε μέχρι 5 εξαρτήματα σε κάθε λωρίδα.

4.2 LED

Τα led θα είναι τα μικρά φωτάκια των κυκλωμάτων μας. Επειδή στα δικά μας κυκλώματα η τάση τροφοδοσίας είναι 5 Volt, δεν μπορούμε να συνδέσουμε κατ' ευθείαν ένα LED στην τάση αυτή προκειμένου να το ανάψουμε, διότι αυτό θα καεί (αμέσως ή σιγά-σιγά). Για να ανάψουμε σωστά λοιπόν το LED, συνδέουμε σε σειρά μια κατάλληλη αντίσταση ώστε η τάση να μοιραστεί. Προσέξτε το μακρύ πόδι του LED να είναι από την θετική πλευρά (5V), και το μικρό πόδι του LED να συνδεθεί με μια αντίσταση, να είναι δηλαδή στην ίδια κατακόρυφη πεντάδα τρυπών και να συνδεθούν τέλος με τη γείωση (GND). Τα LED's ανάβουν μόνον όταν τα συνδέουμε με τη σωστή πολικότητα, και όχι ανάποδα. Την πολικότητα ενός LED την αναγνωρίζουμε από το μήκος των ακροδεκτών της. Ο μακρύτερος ακροδέκτης πρέπει να είναι σε θετική τάση ως προς τον κοντύτερο που πρέπει να συνδέεται με τη γείωση (GND).

4.3 Αντιστάσεις

Οι αντιστάσεις (διπλανό σχήμα) χρησιμοποιούνται για να μειώσουν την ποσότητα ρεύματος που διαρρέει ένα υλικό, όπως για παράδειγμα ένα led, ώστε να μην καεί. Όσο πιο μεγάλη είναι η αντίσταση σε Ω τόσο λιγότερη θα είναι η ποσότητα του ρεύματος που θα περάσει μέσα από αυτήν.

4.4 Καλώδια

Το καλώδιο είναι ένα σύρμα μονωμένο, το οποίο χρησιμοποιείται για την μεταφορά του ηλεκτρικού ρεύματος. Στις δραστηριότητες των μαθημάτων, τα καλώδια τα χρησιμοποιούμε για να συνδέσουμε τα εξαρτήματά μας με το breadboard. Στις δραστηριότητες δεν θα χρησιμοποιούμε συνήθως απλά καλώδια (αριστερή φωτογραφία πάνω μέρος) αλλά για ευκολία καλώδια που έχουν ακίδες ή τρύπες (αριστερή φωτογραφία κάτω μέρος).

5. Όργανα Μετρήσεων

Σε αυτήν την ενότητα θα παρουσιαστεί το βασικό όργανο μετρήσεων που θα χρησιμοποιήσουμε στις δραστηριότητες των μαθημάτων, πιο συγκεκριμένα θα παρουσιαστεί το ψηφιακό πολύμετρο (φωτογραφία αριστερά). Στις δραστηριότητες των μαθημάτων το πολύμετρο θα χρησιμοποιηθεί ώστε να μετρήσουμε Ηλεκτρική Τάση και Ηλεκτρική Αντίσταση. Το πολύμετρο αποτελείται από τρία βασικά μέρη: α) Οθόνη β) Επιλογέα και γ) Ακροδέκτες. Ο επιλογέας βρίσκεται στο κέντρο του πολύμετρου και πρόκειται για έναν στρογγυλό διακόπτη. Ο διακόπτης αυτός ρυθμίζεται ανάλογα με το τι θέλουμε να μετρήσουμε (Τάση ή Αντίσταση) και σε ποια κλίμακα. Μέσα από τις επόμενες δραστηριότητες θα γίνει κατανοητή η λειτουργία του πολυμέτρου.

Δραστηριότητα 1η

Ολοκληρώνοντας το πρώτο μάθημα θα πρέπει να κατορθώσετε να κάνετε την παρακάτω συνδεσμολογία ώστε να δημιουργήσετε ένα κλειστό κύκλωμα και να ανάψετε το led.

Το παραπάνω κύκλωμα είναι ισοδύναμο με το παρακάτω μόνο που δεν χρησιμοποιούμε BEADBOARD παρά μόνο καλώδια.