Δραστηριότητα 1

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα οι μαθητές/τριες αρχικά θα δημιουργήσουν το κύκλωμα που περιγράφεται στο παρακάτω σχήμα.

Με τον διακόπτη στην θέση ON μετρήστε την τάση στα δύο άκρα της αντίστασης. Στην συνέχεια αλλάξτε την αντίσταση του κυκλώματος με την αντίσταση που θα σας δοθεί κατά την εκτέλεση της δραστηριότητας. Τι παρατηρείτε; Μετρήστε πάλι την τάση στα άκρα της νέας αντίστασης. Το αποτέλεσμα είναι αυτό που περιμένατε;

Δραστηριότητα 2

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα θα μάθετε πως λειτουργεί το κουμπί ή τον στιγμιαίο διακόπτη που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Ο συγκεκριμένος στιγμιαίος διακόπτης είναι διαφορετικός από τον ON-OFF γιατί λειτουργεί όσο το χέρι μας πατάει το κουμπί, μόλις το αφήσουμε ελευθερώνεται. Όταν λέμε λειτουργεί σημαίνει ότι μόλις πατήσουμε το κουμπί το ρεύμα μπορεί να περάσει από τον ακροδέκτη 1 στον ακροδέκτη 3 και 4. Αλλάξτε το κύκλωμα της δραστηριότητας 1 και αντικαταστήστε τον διακόπτη ON-OFF με τον στιγμιαίο διακόπτη.

Δραστηριότητα 3

Σε αυτή τη δραστηριότητα θα ασχοληθούμε με τον διαμοιρασμό της τάσης. Κατασκευάστε το παρακάτω κύκλωμα. Μετρήστε την τάση στα δύο άκρα της αριστερής αντίστασης.

Στην συνέχεια αλλάξτε την δεξιά αντίσταση του κυκλώματος με την αντίσταση που θα σας δοθεί κατά την εκτέλεση της δραστηριότητας. Μετρήστε πάλι την τάση στα άκρα της αριστερής αντίστασης. Το αποτέλεσμα είναι αυτό που περιμένατε;

Δραστηριότητα 4

Σε αυτή τη δραστηριότητα θα μάθουμε να χρησιμοποιούμε το ποτενσιόμετρο. Τα ποτενσιόμετρα είναι μεταβλητές αντιστάσεις των οποίων η τιμή της αντίστασης μπορεί να αλλάξει γυρνώντας τον μοχλό που διαθέτουν στο πάνω μέρος τους. Κατασκευάστε το παρακάτω κύκλωμα. 

Γυρίστε τον μοχλό του ποτενσιόμετρου. Τι παρατηρείτε; Το αποτέλεσμα είναι αυτό που περιμένατε;

Δραστηριότητα 5

Σε αυτή τη δραστηριότητα θα μάθουμε να χρησιμοποιούμε την φωτοαντίσταση. Οι φωτοαντιστάσεις  είναι μεταβλητοί αντιστάτες των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται ανάλογα με την φωτεινότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η φωτεινότητα τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση. Αντικαταστήστε το ποτενσιόμετρο του προηγούμενου κυκλώματος με μια φωτοαντίσταση.

Δραστηριότητα 1

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα θα θυμηθούμε τον αισθητήρα απόστασης. Αρχικά συνδέστε τον αισθητήρα απόστασης όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Βήμα 2ο: Να τροποποιήσετε τον κώδικα ώστε να εμφανίζεται το μήνυμα "near" όταν πλησιάζουμε το χέρι μας στο αισθητήρα σε απόσταση κοντινότερη από τα 20 εκατοστά και "away" όταν το χέρι μας είναι πιο μακριά.

Βήμα 3ο: Τροποποιήστε το κύκλωμα προσθέτοντας δύο LED (κόκκινο και πράσινο) και τον κώδικα ώστε όταν πλησιάζουμε το χέρι μας σε απόσταση κοντινότερη από τα 20 εκατοστά να ανάβει το κόκκινο LED ενώ όταν το απομακρύνουμε να ανάβει το πράσινο LED. 

Δραστηριότητα 2

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα θα θυμηθούμε τον servo κινητήρα. Αρχικά συνδέστε τον κινητήρα όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Κόψτε ένα κομμάτι χαρτί και γράψτε τα νούμερα που βλέπετε στο πρώτη εικόνα του μαθήματος.

Τέλος θα πρέπει να γράψετε τον κώδικα ώστε ο δείκτης να πηγαίνει διαδοχικά από το 0 μέχρι το 30 συνεχόμενα. Ο κώδικας θα είναι όπως στο παρακάτω σχήμα αλλά με διαφορετικές γωνίες. 

Δραστηριότητα 3

Στην τελευταία δραστηριότητα θα συνδυάσετε τα δύο δραστηριότητες ώστε όταν το χέρι σας βρίσκεται σε απόσταση 30 εκατοστά από τον αισθητήρα ο δείκτης να δείχνει στο 30 κ.ο.κ.

Δραστηριότητα 1

Στην πρώτη δραστηριότητα αρχικά θα δημιουργήσετε ένα κλειστό κύκλωμα ώστε να ανάβει ένα LED διαρκώς. Στην συνέχεια τροποποιήστε το κύκλωμα ώστε με την χρήση ενός διακόπτη ON/OFF να αναβοσβήνετε το LED.

Θα δημιουργήσετε τον παρακάτω κώδικα.

Στην συνέχεια θα πρέπει να προσθέσετε στο κύκλωμά σας άλλα δύο LED και να τροποποιήσετε τον κώδικά σας ώστε να αναβοσβήνουν με την σειρά.
 

Δραστηριότητα 3

Στην συγκεκριμένη δραστηριότητα θα θυμηθούμε τον αισθητήρα απόστασης. Αρχικά συνδέστε τον αισθητήρα απόστασης όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Κατόπιν δημιουργήστε τον παρακάτω κώδικα και φορτώστε τον στο Arduino. Τέλος πατώντας το κουμπί "Σειριακή Οθόνη" παρακολουθήστε τις αποστάσεις που καταγράφει ο αισθητήρας.

Το τελευταίο βήμα είναι να τροποποιήσετε τον κώδικα ώστε να εμφανίζεται το μήνυμα "near" όταν πλησιάζουμε το χέρι μας στο αισθητήρα σε απόσταση κοντινότερη από τα 20 εκατοστά και "away" όταν το χέρι μας είναι πιο μακριά.

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.

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.