STEM Ders Planı
Tarih: Şubat-Mart-Nisan Ders: Robotik Konu: BT Kontrollü Araba
Öğretmen: Ö.Faruk MERMUT Sınıf: 11-12 Süre: 160 dk
1. Hedef Kazanımlar:
1.1 Bilişsel Süreç Kazanımları:
Merkezdeki disipline ait kazanım:
Arduino kodlama ile ulltrasonic sensörlerin çalışma mantığını öğrenir.
DC motorların sürücü bağlantılarını öğrenir.
Öğrenci, algoritmaları verimliliğine, doğruluğuna ve anlaşılabilirliğine göre değerlendirir.
Öğrenci konu ile ilgili farklı çözüm yolları sunar. Öğrenci çözümünü tasarlar.
Diğer STEM disiplinine ait kazanım:
Fizik:
Elektrik enerjisi kaynaklarının elektrik devrelerine elektrik akımı sağladığını ve elektrik akımının bir çeşit enerji aktarımı olduğunu bilir.
Bir devre elemanının uçları arasındaki gerilim ile üzerinden geçen akım arasındaki ilişkiyi deneyerek keşfeder.
Doğru akım motorlarının çalışmasını test eder.
Akım çeşitlerini öğrenir ve doğru akımın günümüz elektronik devrelerindeki kullanımını keşfeder.
Hesaplamalı düşünme:
Belirlenen yazılımsal problemin çözümü için algoritma geliştirebilir.
Teknolojik uygulamalar ile matematiksel işlemleri bir arada kullanarak problem çözümüne ulaşır.
Mühendislik:
Proje çalışmasında kendisini, farklı rollerdeki (robotun dış dizaynı, robotun iç sistemi, kodlama gibi) bir takım üyesi olarak varsayarak o rolün gerektirdiği çalışmaları başarıyla tamamlar.
Bilişim Teknolojileri:
Problem çözme becerilerini kullanarak akış diyagramları hazırlayacak. Çalışır robot tasarımları için mantıksal düşünme becerilerinizi harekete geçirir.
Kodlama:
C Programlama dili ile kodlama yazmayı temel düzeyde keşfeder.
Yardımcı uygulamalarla (Arduino ide) kodları yazar ve Arduino birimine aktarmayı öğrencir.
Kodlama sürecinde hata izleme ve hataları düzeltme ve problem çözme tekniklerini keşfeder.
1.2. Sosyal Ürün Kazanımları:
Arkadaşlarıyla işbirliği içinde çalışmanın önemini farkeder.
Ürünü etkili bir şekilde sunabilmeye çalışır.
Öğrenci grup içerisinde etkin bir şekilde çalışmayı uygulamalı olarak gerçekleştirir.
Öğrenci kendisine verilen sorumlulukları grubun faydasına olacak şekilde etkin bir şekilde ve gereken sürede tamamlar.
Öğrenci kendi fikirlerini sunma, grup içi etkileşimi aktif bir şekilde kullanır.
Problem ve çözüm –odaklı fikir paylaşımlarını yürütebilme, İletişim kurma becerileri artar.
2. Kullanılan Materyaller:
Arduino UNO
Çok Amaçlı Robot Platformu
L298N Voltaj Regülatörlü Çift Motor Sürücü Kartı
HC-S04 Ultrasonik sensör
Pil (12v 2 a)
Jumper Kablo
Havya, Lehim ve Lehim Pastası.
Usb Kablo
3. Kaynaklar:
https://www.arduino.cc/index.php
http:// maker.robotistan.com
Arduino 1.8.10 windows uygulaması veya mobil android uygulaması
https://www.youtube.com/watch?v=WzZD_aBsk38 (Lehim nasıl yapılır?)
https://www.arduino.cc/en/Main/Software (arduino software uygulamaları)
https://video-preview.s3.yandex.net/-Y3FbwAAAAA.mp4 (Otonom araçlar)
4. Bilgi Temelli Hayat Problemi (BTHP):
4.1. Bilgi Temelli Hayat Problemi:
Projede çalışacak olan öğrenci ve ekip Elektrik ve Elektronik öğretmeni ve öğrencilerinden oluşacaktır.
Onlardan otonom araç teknolojilerini incelemeleri istenecektir. Tasarım ve teknolojisi de dâhil olmak üzere bu düzenlemeyi en verimli şekilde yapmalısınız. Günümüzde otonom sürüş teknolojileri havacılıkta ve araç kontrolünde kullanılmakta mıdır? Akıllı temizlik robotları, İnsansız hava ve kara araçları hangi sektörlerde kullanılabilmektedir?
4.2. Sınırlamalar:
Süre: 160dk
Robot kitimizin parçalarıyla önce maketini yapmalıyız.
Sadece bize verilen kodlama setini kullanmalıyız.
Arduino temelli kodlayıcı kullanmalıyız.
Motor sürücü ve Sensör bağlantılarının öğrenmeliyiz.
Arduino kartı, Motor sürücü kartı, sensör modülü ve motorların elektriksel bağlantılarını dikkatli ve öğretmen gözetiminde yapmalıyız.
4.3. Meslek, Görev ve Sorumluluklar:
Yazılım Mühendisi
Bilgisayar Mühendis
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Mekatronik Mühendisliği
Proje tasarımcısı
5. Ders İçeriği:
5.1. BTHP ve Sınırlamalar:
Dersin başlangıcında öğrenciye güncel hayatta internetin, mobil iletişimin ve uzaktan erişimin getirdiği kolaylıklar sorgulanır. Öğrencilerin çevrelerinde kumandalı cihazlar, telsizler, uzaktan kumandalı robot oyuncaklar, rc kumandalı oyuncak uçak, bot ve araba, uydu kontrollü insansız hava araçları ile ilgili kısa bir video izletilerek öğrencilerle bu konular hakkında tartışma ortamı oluşturulması ve fikir alışverişinde bulunmaları sağlanır.
Mobil iletişim ve nesnelerle nasıl iletişime geçilebileceği ve hangi eylemleri yapabilecekleri konularında nesnelerin interneti konulu video izlettirilir. Gelecekte ülke olarak savunmada, sağlıkta, ulaşımda, teknolojide, ekonomide büyümenin Endüstri 4.0 ayağı nedir diye sorgulamaları sağlanır. Hayatımızı kolaylaştıracak yeni teknolojiler ve ihtiyaçlarımız nedir diye öğrenciler arasında tartışma ortamı oluşturmaları sağlanarak günümüz ve gelecekte ihtiyaçların neler olabileceği hakkında tespitlerde bulunulur.
Sonra BTHP açıklanır. Öğrencileri gruplara ayırarak kullanılacak gerekli materyaller verilir.
5.2. Bilgi Edinme:
Her öğrencinin BTHP çözümü ile ilgili fikri alınır. Hayal gücü değerlendirilir.
Her birine birer A4 kâğıdı verilerek hayallerindeki robotları çizmeleri istenilir.
Mobil iletişim cihazlarıyla kontrol ettiğimiz birimler nelerdir?
Öğrencilerden fikirlerini söylemeleri istenir ve hayatlarında bu tip bir teknolojiyi uyarlayabilecekleri bir alan araştırmaları istenilir.
Buzdolabınızı, evinizdeki lambaları, evinizdeki ısıtıcı ve soğutucuları, Müzik çalarlarınızı akıllandırmak ve evden uzaktayken kontrol etmek nasıl bir şey hayal edin? Diyerek gelecekte akıllı teknolojileri nerelerde kullanmak istenebileceği konusunda alan araştırmaları yapmaları istenir.
Robotik kodlama ve elektrik akımını hangi branşlarla ilişkilendirebiliriz.
5.3. Fikir Geliştirme:
Bilgi edinme aşamasında öğrencilerin Bluetooth modülü, redüktörlü dc motorlar, robot araba model kiti için tekerlekler ve montaj yuvalarının ayarlanması, dc motor sürücüleri, Arduino R3 mikrodenetleyici portları ve programlama arabirimlerini incelemeleri istenilir. Bunlar için internet ortamında açık kaynakları incelemeleri istenilir. Daha sonrasında bu ekipmanların bağlantı özellikleri ile ilgili görseller incelenir.
Nesnelerin İnterneti ve akıllı ev ve yaşamı kolaylaştırıcı teknolojiler ile ilgili dünyada ne tür çalışmalar yapılıyor araştırılması istenir. Sonrasında öğrencilere aşağıdaki soruları kendilerine sormaları istenir?
Aracınızın kendi kendine verilen rotada gitmesini ister misiniz?
Günümüz araçlarında şerit takip sistemleri, otomatik kaza önleme ve fren sistemlerine ek olarak daha hangi tür önlemler alınarak yaşam kalitesi yükseltilebilir?
Hava ve uzay araçlarında robotik ve yapay zekalı sistemler kullanılanımının yararları ve zararları nelerdir?
Günümüz teknoloji firmalarının hepsi Sağlık, savunma, havacılık, taşımacılık, iletişim alanlarında akıllandırılmış ve insan tarafından algoritmaları yazılmış yapay zekalar kullanmakta. Bizler bu teknolojilerin kullanımında, üretiminde ve tasarımında neredeyiz ve ne yapmalıyız?
Otonom sistemler nasıl çalışır? Adlı videoları aşağıdaki linkten izleyebilirsiniz.
https://video-preview.s3.yandex.net/-Y3FbwAAAAA.mp4 (Otonom araçlar)
5.4. Ürün Geliştirme:
Öncelikle Elektrik akımı, gerilim, elektrik devresi alternatif/doğru gerilim nedir kısaca bir hatırlayalım.
Elektrik Nedir?
Elektrik, yüklü parçacıkların hareketi ile ilgili olan fiziksel olaylara verilen genel isimdir. Elektrik, bildiğimiz anlamda iletken maddelerin akım iletmesi ile ilgili olabileceği gibi, statik elektrik, radyo dalgaları (elektromanyetik dalgalar) ve yıldırım gibi daha farklı fiziksel fenomenler (olaylar) da elektrik ile ilgilidir.
Elektrik Devresi:
Elektrik devresi; direnç, kapasitör, transistör, anahtar, üreteç v.b. devre elemanlarının birbirine bağlanarak oluşturdukları sisteme verilen addır.
Basit elektrik devresi Elektrik Gerilimi Nedir?
Elektrik gerilimi, akımın oluşması, yani elektronların hareketi için gerekli olan elektrik alan kuvvetidir. Elektrik akımın “akmasını” yani oluşmasını sağlar. Birimi Volt’tur. V harfi ile gösterilir.
AC/DC:
AC, İngilizce bir kısaltma olan alternating current (alternatif akım) anlamına gelmektedir. İsmini, akımının belirli bir periyot ile pozitif ve negatif arasında değişmesinden almaktadır.
Doğru akım ve Alternetif akım fonksiyonları:
Santrallerde üretim ve dağıtım sürecinden evlerimize kadar gelen şebeke elektriği, kayıpları önlemesi sebebiyle alternatif akım şeklinde kullanılmaktadır.
DC ise, yine İngilizce direct current (doğru akım) kelimelerinin kısaltmasından oluşur. Kalem piller, şarj aletleri, güneş panelleri ve daha bir çok elektrikli cihazın çıkışı DC’dir. Bilgisayar, cep telefonu, uzaktan kumandalar, Çoğu elektronik cihaz, şebeke gerilimi olan 220V AC’den çok daha düşük gerilimler ile çalıştığından adaptörler ile prizden aldığımız 220V AC gerilimi uygun DC gerilime çevirerek kullanırız.
Elektrik Akımı Nedir?
Elektrik akımı, potansiyel fark (gerilim) etkisi sonucunda iletken bir madde üzerinden elektrik yüklerinin hareketi olarak tanımlanabilir. Hareket eden yükler, madde içerisindeki elektronlardır. Birimi Amper’dir (A). Denklemlerde I harfi ile ifade edilir.
Basit Elektrik Devresi ve Yüklerin Hareketleri
Şimdi de önce robot araba için kullanacağımız hazır platformu alarak montajına başlayalım.
Motorlarımızı ve pil yuvamızı montajını yapıyoruz. Motorlarımızın montajına dikkat edelim. Zira lehimleme yapmamız gerekecek.
Araba kiti ve motorlar (Montajlı hali)
Motorların kabloları motorlara lehim yapılarak bağlantılar yapılır. Sonrasında yuvalarına motorlar yerleştirilir.
Motorların kablo bağlantıları ve montajı
Arduino Uno R3 modülünü inceleyelim. Bağlantı pinlerini tanıyalım.
Arduino Uno R3 Pin tanımları
Şimdi de redüktörlü dc motorumuzu inceleyelim.
Redüktörlü dc motorun özelliği miline bağlı olan çark sistemidir. Bu dişli çark sistemi sayesinde istenen tork ve devir sayısı elde edilebilir. Şimdi elimizdeki motorlardan birine 5/6 v dc gerilim vererek çalıştıralım. Yönüne dikkat edelim. Daha sonra gerilim yönünü değiştirip tekrar dönüş yönünü inceleyelim.
Dc Motor Redüktör dişli sistem Redüktörlü dc motor
Dc Motorun ileri-geri çalışması
L298N Motor Sürücü Kartı L298N Motor Sürücü Kartı motor bağlantıları
Devrenin dijital ve analog bağlantıları
Devre şemasında görüldüğü gibi aynı tarafta bulunan iki DC motor birbirine paralel olarak bağlanmıştır. Böyle bağlanmasının nedeni bu motorun her zaman için aynı şekilde dönecek olmasıdır. Eğer ayrı ayrı bağlanması istenseydi, o zaman iki adet DC motor sürücüye ihtiyaç duyulurdu. Uzaklık sensörü robotun en önüne takılmıştır.
Uzaklığın doğru olarak bulunması için robotun hiçbir parçası sensörün görüş açısında bulunmamalıdır.
Arduino R3 modülünü USB kablo ile bilgisayarımıza bağlıyoruz. Sonra Bilgisaramızdan Arduino uygulamasını açıp yazan kodu editörde yazıyoruz. Kodu incelerseniz motorların sağa,sola,ileri ve geri hareketleri için yapılan işlemlere dikkat ediniz.
Arduino 1.8.10 windows uygulaması veya mobil android uygulaması için aşağıdaki linke girebilirsiniz.
https://www.arduino.cc/en/Main/Software (arduino software uygulamaları)
https://www.youtube.com/channel/UCdApqdx1L1qdxjSK2dZmgMQ/search?query=ultrasonik
Arduino R3 Modülü USB- Pc bağlantısı Arduino Windows Editor Uygulaması
// 2 TEKERDEN ÇEKİŞLİ ENGELDEN KAÇAN ARABA ARDUİNO KODLARI
#define echoPin 12 //Ultrasonik sensörün echo pini Arduino'nun 12.pinine
#define trigPin 13 //Ultrasonik sensörün trig pini Arduino'nun 13.pinine tanımlandı.
#define MotorR1 7
#define MotorR2 6
#define MotorRE 9 // Motor pinlerini tanımlıyoruz.
#define MotorL1 5
#define MotorL2 4
#define MotorLE 3
long sure, uzaklik; //süre ve uzaklık diye iki değişken tanımlıyoruz.
void setup() {
// ultrasonik sensör Trig pininden ses dalgaları gönderdiği için OUTPUT (Çıkış), // bu dalgaları Echo pini ile geri aldığı için INPUT (Giriş) olarak tanımlanır.
pinMode(echoPin, INPUT);
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(MotorL1, OUTPUT);
pinMode(MotorL2, OUTPUT);
pinMode(MotorLE, OUTPUT); //Motorlarımızı çıkış olarak tanımlıyoruz.
pinMode(MotorR1, OUTPUT);
pinMode(MotorR2, OUTPUT);
pinMode(MotorRE, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
digitalWrite(trigPin, LOW); //sensör pasif hale getirildi delayMicroseconds(5);
digitalWrite(trigPin, HIGH); //Sensore ses dalgasının üretmesi için emir verildi delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW); //Yeni dalgaların üretilmemesi için trig pini LOW konumuna getirildi
sure = pulseIn(echoPin, HIGH); //ses dalgasının geri dönmesi için geçen sure ölçülüyor uzaklik = sure / 29.1 / 2; //ölçülen süre uzaklığa çevriliyor
Serial.println(uzaklik);
if (uzaklik < 15) // Uzaklık 15'den küçük ise, {
geri(); // 150 ms geri git delay(150);
sag(); // 250 ms sağa dön delay(250);
}
else { // değil ise, ileri(); // ileri git }
}
void ileri(){ // Robotun ileri yönde hareketi için fonksiyon tanımlıyoruz.
digitalWrite(MotorR1, HIGH); // Sağ motorun ileri hareketi aktif digitalWrite(MotorR2, LOW); // Sağ motorun geri hareketi pasif analogWrite(MotorRE, 150); // Sağ motorun hızı 150
digitalWrite(MotorL1, HIGH); // Sol motorun ileri hareketi aktif digitalWrite(MotorL2, LOW); // Sol motorun geri hareketi pasif analogWrite(MotorLE, 150); // Sol motorun hızı 150
}
void sag(){ // Robotun sağa dönme hareketi için fonksiyon tanımlıyoruz.
digitalWrite(MotorR1, HIGH); // Sağ motorun ileri hareketi aktif digitalWrite(MotorR2, LOW); // Sağ motorun geri hareketi pasif analogWrite(MotorRE, 0); // Sağ motorun hızı 0 (Motor duruyor)
digitalWrite(MotorL1, HIGH); // Sol motorun ileri hareketi aktif digitalWrite(MotorL2, LOW); // Sol motorun geri hareketi pasif analogWrite(MotorLE, 150); // Sol motorun hızı 150
}
void geri(){ // Robotun geri yönde hareketi için fonksiyon tanımlıyoruz.
digitalWrite(MotorR1, LOW); // Sağ motorun ileri hareketi pasif digitalWrite(MotorR2, HIGH); // Sağ motorun geri hareketi aktif analogWrite(MotorRE, 150); // Sağ motorun hızı 150
digitalWrite(MotorL1, LOW); // Sol motorun ileri hareketi pasif digitalWrite(MotorL2, HIGH); // Sol motorun geri hareketi aktif analogWrite(MotorLE, 150); // Sol motorun hızı 150
}
5.4. Test Etme:
Bu uygulamada hemen hemen tüm robot yarışmalarındaki robotlarda kullanılan, engellerden kaçma
algoritması üzerine çalışacağız. Bunu yapabilmek için önceki konularda öğrendiğimiz DC motor kontrolü
ve ultrasonik uzaklık sensörü ile uzaklık ölçümünü kullanacağız. Bu uygulamada öğrenilen bilgiler, robot
Projenin montajlı hali
Aracımız hazır. Artık kontrol sizde. Ayrıca arabamıza yeni özellikler de kazandırabiliriz. Üründen memnun değilsek fikir geliştirme basamağına dönüp tekrardan her şeyi tekrardan gözden geçirmeleri tavsiye edilir.
Gerekli kuramsal bilginin üzerinde bilgiye ihtiyaçları var ise gerekli araştırmalara devam edilip bilgi edinme basamağında sorular yöneltilip eklemeler yapılır.
Sizce arabamıza nasıl özellikler kazandırmalıyız?
Korna uyarıcısı olsun mu?
Farları olsun mu?
Dörtlü ikaz ışıkları olsun mu?
RC kontrollü kol ilave edelim mi?
Bu tip robotları bomba imha, keşif ve gözetleme için kullanabilir miyiz?
Kamera ekleyerek görüntülü sürüş yapabilir miyiz?
Bu tip önerilerinizi not edin ve kodlama satırlarımıza ilave edeceğimiz bu özelliklerle ilgili araştırma yapmaları öğrencilere tavsiye edilir.
Test ve çalıştırma videosunu aşağıdaki linkten izleyebilirsiniz.
http://seferihisareml.meb.k12.tr/icerikler/bilimi-sev-tarihini-kesfet-adli-projemiz-gsb-tarafindan- desteklenecek_8611407.html
5.5. Paylaşma ve Yansıtma:
Öğrencilerin öngördükleri paylaşımlar düşünülür ve bir fuar eşliğinde idare ve öğrenci velisinin de davet edilip ürünlerini sergilemeleri, kısa video çekimleri ile gerekli sosyal medya hesapları açarak insanlara yapılan çalışmaları haberdar etmek.
Okulumuz web sitesinde projeler ile ilgili sayfa oluşturularak yayınlanmasını sağlamak.
Başlangıçtan bu sürece kadar hangi noktada kendilerini geliştirdikleri neler öğrendikleri ve ilgi ve yetenekleri doğrultusunda yönelecekleri alanlar hakkında dönüt alınır.
Web sitemizden ilgili doküman ve videolara ulaşmak için aşağıdaki linki tıklayınız veya karekodu okutunuz.
http://seferihisareml.meb.k12.tr/icerikler/bilimi-sev-tarihini-kesfet-adli-projemiz-gsb-tarafindan- desteklenecek_8611407.html
