45

Projekt:

Vzdělávání pro efektivní transfer technologií a znalostí v přírodovědných a technických oborech reg. č. CZ.1.07/2.3.00/45.0011

Didaktický materiál Kurz : Autor :

Počítače a mikropočítače Ing. Zbyněk Mader, Ph.D.

TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Ing. Zbyněk Mader, Ph.D.: Počítače a mikropočítače

Dálkové ovládání

strana 1

2. – 3. ročník ZŠ/SŠ

A B

Rozsah informací je určen pro kurz středoškoláků; pro 2. -3. ročník ZŠ je třeba vybrat jen základní informace.

120 min. 1.-12. Prostředí (A) Školní třída se zpětným projektorem nebo interaktivní tabulí. (B) Počítačová učebna. Hlavní myšlenka lekce Definice dálkového ovládání a jeho rozdělení a principy.

Vstupní požadavky na žáky Žáci jsou manuálně zruční a mají základní znalosti práce na PC. Specifické kritérium úspěchu lekce Žáci sestaví vozidlo, které je ovládáno dálkově.

Zásadní otázka lekce Co to je dálkové ovládání? Příprava lekce 1) Videoukázky činnosti stroje na dálkové ovládání 2) Prezentace obrázků zařízení na dálkové ovládání 3) Pracovní listy: (A) Dálkový ovladač (B) Ackermannův podvozek 4) Stavebnice: (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou

Vzdělávání pro efektivní transfer technologií a znalostí v přírodovědných a technických oborech, reg. číslo CZ.1.07/2.3.00/45.0011


strana 2

1) Motivace 1) Učitel vypráví žákům, kde se mohou setkat s ovládáním na dálku, ukazuje obrázky systémů s dálkovým ovládáním. Cíl aktivity Žáci zjišťují, kde je třeba ovládání na dálku a jaké jsou principy dálkového ovládání (DO). 15 min. Pomůcky Prezentace s obrázky dálkových ovládání v praxi.

- Drátovod – Na železnici se mechanicky ovládají na dálku výhybky, závory, návěstidla, … - Bowden – Druh kabelu, který přenáší mechanickou sílu, vynálezcem byl F. Bowden (výrobce bicyklů). Na vašem kole jsou bowdeny v přehazovačce a brzdách. - Dálkový ovladač – Nejznámější použití nachází ve spotřební elektronice (např. TV s dálkovým ovladačem). 2) Učitel definuje žákům, co je to dálkové ovládání. Dálkové ovládání je nástroj, kterým řídíme zařízení na dálku. Dálkové ovládání plní roli vysílače, zařízení plní roli přijímače. 3) Učitel seznámí žáky s různými principy dálkového ovládání, žáci získají obecný pohled na zařízení ovládaná na dálku. - mechanické dálkové ovládání (bowden, drátovod, transmise), - kabelové dálkové ovládání (např. kovací manipulátor), - bezdrátové dálkové ovládání (pomocí IR signálu, UV signálu, rádiových vln).



strana 3

2) Evokace 1) Učitel ukazuje dětem prezentaci s obrázky zařízení ovládaných na dálku. Žáci říkají, co je napadá při pohledu na zařízení, k čemu slouží a jaké jsou výhody dálkového ovládání. Cíl aktivity Žáci si vyjasní, jaká zařízení používají dálkové ovládání a do jakých oblastí se zařízení nasazují. 15 min. Pomůcky Prezentace.

a) Dělník ovládající robotické rameno v průmyslu – Robotická ruka na výrobní lince automobilek dokáže blok motoru zachytit, otáčet s ním a přenášet jej. b) Televizor na dálkové ovládání – Elektrické dálkové ovládání je založeno na principu přenosu IR signálu z vysílače (dálkové ovládání musí obsahovat zdroj elektrické energie – baterie) do přijímače (televize je napájena z elektrické sítě, musí být v pohotovostním režimu – minimální spotřeba elektrické energie, když televize nehraje). c) Dálkové ovládání pro automobily – Automobily jsou vybaveny centrálním zamykáním; pomocí dálkového ovladače (autoklíče) vyšleme signál (zašifrovaný), který správně rozkóduje pouze a jen váš automobil. Pozn. imobilizér je zařízení v automobilu, které znemožní nastartovat motor, pokud není deaktivován právě signálem z autoklíče. d) Dálkové ovládání v modelářství - mechanické – bowden (natočení kormidla u lodí, autíčko na DO řízené přes bowden), - drátové – spínače jsou propojeny elektrickými vodiči přímo na motory (jeřáb), - bezdrátové – ovládání letadel, vrtulníků a autíček z RC soupravy, signál je přenášen na frekvenci 2,4 GHz.



strana 4

3) Uvědomění 1) Učitel žákům ukáže hračku svého mládí – historický model auta ovládaného přes bowden. Žáci s úsměvem sledují funkci změny směru jízdy auta. Cíl aktivity Seznámení se s modelem autíčka na dálkové ovládání, jeho technickým provedením a funkcí. 60 min. Pomůcky Prezentace s postupem sestavy auta. (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO. (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou. Pracovní list: (A) Dálkový ovladač. (B) Ackermannův podvozek.

2) Učitel předvede žákům model auta, jaký budou stavět, a popíše princip řídícího mechanizmu. Např. Ackermannův podvozek – DC motor slouží k jízdě vpřed a vzad, servomotor slouží k natočení nápravy doleva, doprava nebo k jízdě rovně. 3) Učitel ukáže, jaké motory se ovládají pomocí tlačítek dálkového ovládání. Učitel sdělí žákům princip kódového nastavení dálkového ovladače a svého auta tak, aby nedošlo k ovlivnění funkce ostatních autíček. 4) Učitel formou prezentace promítne postup k sestavení podvozku autíčka na dálkové ovládání; žáci staví model dle tohoto postupu, kastli autíčka postaví dle svého návrhu. 5A) Žáci nastaví svůj unikátní kód na řídící jednotce a současně i na dálkovém ovladači (musí být obojí stejné). Pak prověří funkčnost svého auta ovládaného dálkovým ovladačem za pomocí pracovního listu „Dálkový ovladač“. 5B) Žáci dostanou pracovní list „Ackermannův podvozek“, doplní vývojový diagram znázorňující algoritmus řízení jízdy auta a své auto si naprogramují včetně softwarového nastavení unikátního kódu pro přenos signálu mezi dálkovým ovladačem a řídící jednotkou. Na závěr prověří funkčnost správné jízdy autíčka.



strana 5

4) Reflexe

Cíl aktivity Vyzkoušení funkce autíčka na dálkové ovládání, soutěž v jízdě mezi kužely na čas. 30 min. Pomůcky Kužely pro slalomovou dráhu.

1) Učitel provede se svým autíčkem ukázkovou jízdu (předem nacvičenou) mezi kužely, autíčko reaguje na povely vysílané z dálkového ovladače. Po té učitel žákům zadá úkol – soutěž o co nejrychlejší projetí trati sestavené učitelem. 2) Žáci nejprve se svými auty natrénují manévrování a potom je vyhlášena soutěž o co nejrychlejší průjezd slalomové dráhy. 3) Po vyhlášení výsledků učitel nastaví na svém ovladači kód pro ovládání všech aut, postaví všechna auta vedle sebe, pustí hudbu a vítěz soutěže má tu čest jako první předvést svou taneční kreaci se všemi auty ovládanými jedním ovladačem najednou. Auta reagují všechna stejně a děti si užijí spousty legrace.



strana 6

5) Problémový výklad Dálkové ovládání – Na dálkové ovládání je možné se dívat jako na zařízení, kterým ovládáme nebo řídíme další zařízení umístěné na jiném místě. Zařízení mohou být od sebe vzdálena různě daleko, mohou být mezi sebou propojena pevnými spoji (dráty) nebo komunikace mezi nimi může probíhat bezdrátovým přenosem. Přístroj, který je dálkovým ovládačem ovládán, se nazývá přijímač a je jeho nedílnou součástí. Dálkové ovládání samotné se nazývá vysílač. Nejčastěji se můžeme setkat s dálkovým ovladačem u spotřební elektroniky, například u televize. U dětí je známou hračkou auto na dálkové ovládání, kde dálkový ovladač je tvořen právě zařízením s páčkami udávající směr pohybu auta. Dříve, kdy ještě nebyl tolik rozšířen běžný bezdrátový přenos signálu, se používalo dálkové ovládání propojené s přijímačem pomocí elektrického kabelu nebo mechanickým propojením pomocí bowdenu. Nyní se hojně využívá bezdrátového přenosu; signál je v tomto případě přenášen pomocí rádiových vln, ultrazvukem nebo světlem. K tomu, aby takovéto dálkové ovládání s bezdrátovým přenosem fungovalo, musí mít vysílač zdroj elektrické energie, který je realizován nejčastěji baterií (aby byl mobilní). Přijímač může být napájen také z baterie, nebo přímo z elektrické sítě. Důležitý však je, aby přijímač byl v takzvaném standby módu, což znamená, že na venek vypadá jako vypnutý (má minimální odběr elektrické energie), ale jakmile zachytí signál z dálkového ovladače, „probudí se“ a začne pracovat na maximální výkon. Pro přenos informací na krátkou vzdálenost se využívá infračervené záření, příkladem toho jsou právě dálkové ovladače domácích elektrospotřebičů. Pro přenos informací na delší vzdálenost je třeba využít dalších bezdrátových technologií, jako je např. Bluetooth nebo Wifi. Tato technologie je určena k propojení dvou nebo více elektrospotřebičů, je rozšířena mezi mobilními telefony, počítačem a jeho periferiemi, jako je např. klávesnice, myš apod.



Konstrukce

strana 7


A B


120 min. 1. -12. Prostředí Školní třída se zpětným projektorem nebo interaktivní tabulí. Hlavní myšlenka lekce Smontování součástek do staveb a strojů. Zásadní otázka lekce Co je to konstrukce? Příprava lekce

Vstupní požadavky na žáky Žáci jsou manuálně zruční. Specifické kritérium úspěchu lekce Žáci smontují součástky, vnímají konstrukci v různých pohledech.

Vazba na jiné lekce Následující lekce: - Signalizace

1. Videoukázky pracujících strojů. 2. Prezentace s vybranými obrázky staveb. 3. Pracovní listy: (A) Konstrukce při pohledu seshora. (B) Tvary těles v různých pohledech. 4. Stavebnice: (A) Stavebnice s kostičkami Lego. (B) Stavebnice se šrouby a maticemi.



strana 8

1) Motivace

Cíl aktivity Žáci porozumí, co je to konstrukce, uvědomí si, jakým způsobem mohou vznikat. 10 min. Pomůcky Prezentace.

1. Učitel objasňuje žákům pojem konstrukce, co si lze představit: Konstrukce je stavba nebo stroj, které jsou vytvořeny spojením několika součástí dohromady. Tyto součásti jsou uspořádány tak, aby posloužily určitému účelu 2. Učitel definuje žákům, co je to stavba: Stavba je dílo, které vznikne proto, aby bylo vhodně využito, např. budova, most, silnice. K jejímu sestaveni se používají různé materiály (dřevo, kámen, cihly, beton, ocel, umělá hmota) a různé montážní postupy (sváření, zdění, lepení). Viděli jste někdy, jak se staví dům? 3. Učitel přeruší výklad a promítne žákům obrázky nejvyšší výškové budovy světa včetně interiéru. Víte, kde se nachází nejvyšší mrakodrap na světě? (Chalífova věž – mrakodrap v Dubaji v SAE). 4. Učitel definuje žákům, co je to stroj: Stroj je zařízení, kterým si člověk rozšíří své síly a možnosti, ulehčí si tím svou práci. 5. Učitel rozvine s žáky debatu o využití a přeměně energie ve strojích. a. Parní stroj Tepelný stroj přeměňující tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou, nejčastěji rotační pohyb. b. Spalovací motor Tepelný stroj, který vnitřním nebo vnějším spálením paliva přeměňuje jeho chemickou energii na energii tepelnou a na mechanickou energii. c. Elektrický stroj Generátor je stroj sloužící k přeměně mechanické energie na energii elektrickou. Elektromotor je stroj, který slouží k přeměně elektrické energie na mechanickou práci.



strana 9

2) Evokace

Cíl aktivity Žáci se dozvědí, že existuje řada typů staveb a jaký je jejich účel, dále se seznámí s funkcí jednoduchých strojů. 20 min. Pomůcky Prezentace obrázků jednotlivých typů staveb a strojů.

1. Učitel formou prezentace promítá obrázky staveb a žáci říkají, o jaký typ stavby se jedná. Poté učitel objasní správnou funkci stavby. 1. Budova Budovy mohou být různé – od jednoduchých přístřešků poskytujících pouze ochranu před deštěm, přes obytné domy až po složité komplexy, jako je například nemocnice nebo továrna. 2. Věž Dříve se stavěly zpravidla kvůli opevňovacím a strážním úkolům. Kostelní věže a věže klášterů jsou stavěny z důvodů prestiže. Rozhledny podporují rozvoj turistiky. Telekomunikační věže slouží jako vysílače. Dále existují chladicí věže jaderných elektráren, těžební věže a vodárenské věže atd. 3. Most Konzolový most může být i vhodně položený a dostatečně silný kmen. Visutý most je založen na volně visícím laně s pevně zajištěnými nehybnými konci. Třetí ze základních mostních konstrukcí je klenba (oblouk). 2. Učitel formou prezentace promítá obrázky jednoduchých strojů a žáci říkají, k jakému účelu se stroj používá. a) Páka Páka se využívá nejčastěji pro zmenšení síly (drtič česneku). b) Kladka Při ručním zvedání břemen je výhodnější působit silou dolů, protože člověk může působit svou vlastní vahou. c) Nakloněná rovina Nakloněná rovina ušetří sílu potřebnou ke zvednutí tělesa (břemene). d) Kolo Valivý odpor kola je podstatně nižší než smykové tření.



strana 10

3) Uvědomění 1. Učitel vybídne žáky, aby popřemýšleli nad tím, jak by měl vypadat jejich stroj, aby byl sestaven pevně, stabilně a splnil funkci, ke které bude sloužit. Cíl aktivity Seznámení se s konstrukcí výrobku a různými pohledy na ni. Procvičování manuálních dovedností při stavbě výrobku. 60 min. Pomůcky (A) Robotická stavebnice s kostičkami LEGO. (B) Robotická stavebnice se šrouby a maticemi. Pracovní listy: (A) Konstrukce při pohledu seshora. (B) Tvary těles v různých pohledech. Prezentace příkladu sestavy konstrukčního celku.

2. Žáci si nakreslí na papír svůj stroj (nejpravděpodobněji při pohledu zepředu). 3. Učitel žáky seznámí s různými pohledy na stroj – zepředu, zboku a seshora. Následně učitel rozdá pracovní listy (A) s různými seskládanými kostičkami (B) se základními tvary těles a nechá žáky zakreslit požadované pohledy na tělesa. 4. Žáci sestaví pomocí stavebních prvků stavebnice jednoduchou ukázkovou konstrukci společně s učitelem, který prezentuje v jednotlivých krocích postup na interaktivní tabuli. Obrázky jsou promítány také ve více pohledech na konstrukci.

Pečlivost na prvním místě! •

• •

• • •

Při utahování šroubu nebo distančního sloupku nepoužívejte sílu. Může dojít k poškození hlavy šroubu nebo stržení závitu. Opatrně s příliš velkým zatížením nebo ohýbáním dílů, mohly by se zlomit. Elektronické díly, obzvláště desky s plošnými spoji, jsou náchylné na poškození vlhkostí a elektrostatickou elektřinou. Je třeba je udržovat v suchu; mít na stolech nápoje společně s prvky stavebnic je zakázáno. Zabraňte nárazům a otřesům. Konstrukce a její díly by neměly spadnout na zem, poškodily by se a drobné díly by se poztrácely. Při zkoušce funkčnosti výrobku jej mějte na zemi, zabráníte tak jeho nechtěnému pádu ze stolu



strana 11

4) Reflexe

Cíl aktivity Praktická zkouška funkcí vytvořené sestavy. Předvedení dalších možných vylepšení sestavy, které navrhují ostatní žáci. 30 min. Pomůcky

1. Učitel představí a názorně popíše svou konstrukci, předvede (A) funkci katapultu, (B) stabilitu a pevnost modelu jednoduchého robota. 2. Učitel jednotlivé žáky postupně vybízí a ptá se jich, jak a čím jsou tvořeny pevné spoje, volné spoje, jak zařízení funguje, jaká je jeho stabilita, jak ji vylepšit. 3. Žák přijímá názory i ostatních žáků a vylepšuje svou sestavu. 4. Žáci si vytvoří skupinky a zahrají si hru (A) na vrhání kostek pomocí sestavy katapultu, kdo dohodí nejdále. Pomocí sestavy katapultu zkusí zamířit a trefit své kostky do koše nebo na terč. (B) na zápas v šermu se svými roboty, seznámí se s potřebnými stupni volnosti. 5. Na závěr děti uloží své sestavy nejlépe do prosklené vitríny, kde jsou vystaveny do začátku dalšího kurzu.



strana 12

5) Problémový výklad Stroj – pojmem stroj se rozumí mechanické nebo elektromechanické zařízení, které mění energii z jedné formy na druhou. Stroj pomáhá lidem násobně využít jejich schopností, zrychluje a ulehčuje lidskou práci v řadě různých odvětví, lidé díky strojům mohou budovat materiální stránku naší společnosti. Stroje jsou v porovnání s jednoduchými nástroji složitější a často využívají vlastního pohonu, čímž nahrazují lidskou „svalovou“ sílu. Jednoduché nástroje jsou zpravidla mechanická zařízení, která pouze mění mechanickou energii. Kdežto energetický stroj je složitější zařízení, které mění jiné formy energie na mechanickou energii. Podle typu použití strojů pak nazýváme takovéto stroje např. výrobní stroje (ty přispívají svou činností k výrobě nejrůznějších předmětu) či dopravní stroje (ty zajišťují přesun osob a věcí). V poslední době se dostávají do popředí a nabývají na důležitosti automatizované stroje, ty jsou řízeny často počítačem a řídí činnosti ostatních výrobních a jiných strojů. Podle různých kritérií, jako je složitost, princip či oblast použití, můžeme stroje dělit do několika skupin. Mezi ty nejjednodušší stroje patří mechanická zařízení přeměňující směr nebo poměr mechanické síly; mohou měnit i směr dráhy pohybujícího se předmětu vzhledem ke směru síly působící na předmět. Často se využívají účinky gravitační síly. Mezi takováto zařízení patří páka, nakloněná rovina nebo kladka. Ta s působením menší síly dokáže přemístit předmět, avšak do menší vzdálenosti, než při přímém vyvinutí větší síly na předmět. V případě nakloněné roviny záleží na úhlu roviny, po které se předmět pohybuje. Kolo na hřídeli se může považovat také za jednoduchý nástroj, Při působení menší síly na kolo se tato síla přenáší na hřídel, která pak působí na předmět silou větší. Typickým příkladem kola na hřídeli je klíč k utahování matiček na šroubku. I na samotný šroub je možné pohlížet jako na jednoduchý nástroj. Síla, kterou vyvíjíme šroubovákem na otáčení šroubu, je menší než síla, jakou je šroub posouván dopředu díky točivým pohybům v závitnici. Tepelné stroje jsou založeny na přeměně tepla na svou vnitřní energii, kterou můžeme přeměnit na energii mechanickou. Příkladem tepelného stroje je parní stroj používaný v 19. století, který přeměňuje energii páry vzniklé ohřátím vody do bodu varu na mechanickou energii, která působí na píst vykonávající posuvný pohyb (posuvný pohyb se pak jednoduchým mechanickým zařízením mění na pohyb rotační). Ve 20. století byly parní stroje postupně vytlačeny dnes známými spalovacími motory, kterými jsou vybaveny běžné automobily. Spalovací motor oproti parnímu stroji využívá chemické energie vznikající spalováním paliva, přeměněné na tepelnou energii. Tu pak obdobně jako stroj parní mění na energii mechanickou. Významnou skupinu strojů tvoří stroje elektrické. Elektrické stroje dokáží přeměnit nejen elektrickou energii na mechanickou (elektromotor), ale také naopak, mechanickou energii na elektrickou (generátor). Elektrický stroj umí také transformovat elektrickou energii zpět na elektrickou energii jinak parametrizovanou (transformátor). Dokonce i reproduktor je jistý druh elektrického stroje, je to netočivý stroj (oproti motoru, který je točivý), který mění elektrickou energii na mechanický pohyb membrány; energie je tak přeměněna do formy zvuku. Do této kategorie strojů patří i sluchátka.



strana 13


Motor

A B


120 min. 1.-12. Prostředí (A) Školní třída se zpětným projektorem nebo interaktivní tabulí. (B) Počítačová učebna. Hlavní myšlenka lekce Definice funkce motoru motorů. Zásadní otázka lekce Co je to motor? Příprava lekce 1) 2) 3) 4)

a

typy

Vstupní požadavky na žáky Žáci jsou manuálně zruční a ovládají základy práce na PC. Specifické kritérium úspěchu lekce Žáci sestaví zařízení, ve kterém je obsažen motor a porozumí jeho funkci. Vazba na jiné lekce Následující lekce: - Senzor.

Videoukázky činnosti motorů. Prezentace obrázků zařízení s motory. Pracovní listy s vozidly. Stavebnice: (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou



strana 14

1) Motivace 1) Učitel vypráví žákům, jakým způsobem se v historii vykonávala práce bez znalosti motorového pohonu: Cíl aktivity Žáci se dozvědí, co je to motor a jak pracuje. 20 min. Pomůcky Pracovní listy: Vozidla a převody (A). Vozidla a motory (B).

o

studna s vědrem na vodu na kladce,

o

kočár tažený koňmi,

o

větrný mlýn.

2) Učitel definuje žákům, co je to elektrický motor. (A) Motor se točí, pokud k němu připojíme zdroj elektrické energie. (B) Motor je stroj, který dokáže proměnit elektrickou energii na mechanickou energii. 3A) Učitel rozdá žákům pracovní list a seznámí je s principy převodů ozubených kol propojených řetězem na jízdním kole. Žáci porozumí, kdy kolo jede rychle a kdy pomalu při stejné rychlosti šlapání. Porozumí principu pracujících převodů. 3B) Učitel žákům rozdá pracovní list a seznámí je s principem pohybu pásového vozidla. Žáci získají představu o výsledném pohybu vozidla při různých směrech otáčení motorů pohánějících pásy. Porozumí řídícímu mechanismu.



strana 15

2) Evokace 1) Učitel ukazuje dětem obrázky zařízení, která v sobě obsahují elektrický motorový pohon. Děti reagují na obrázky a odpovídají, jakou funkci plní motor v daném zařízení. Cíl aktivity Žáci si vyjasní, v jakých zařízeních je obsažen motor a jakou funkci v nich plní. Seznámí se s různými druhy motorků. 20 min. Pomůcky Prezentace.

a) Elektrický ventilátor – Stroj, který má na střední ose (zvané rotor) motoru připevněn lopatkový systém. Po roztočení lopatek se rozproudí vzduch ve směru osy otáčení. Víte, kde se používá ventilátor? (Obytné prostory, PC.) b) Analogové hodiny – Přístroj na měření času; čas přečteme podle polohy ručiček na ciferníku. Pomocí krokového motorku se přes ozubené převody nastavuje pozice ručiček. Víte, jak fungují hodiny mechanické? Co je na místě motorku? Co pohání mechanismus místo baterií? (Závaží, pružina.) c) Mobilní telefon – Umožňuje telefonovat; vyzvánění je uskutečněno formou vyzváněcího tónu i vibracemi. Víte, jak vznikají v telefonu vibrace? (Nevyvážený rotor.) d) Autíčko na dálkové ovládání – Běžná hračka, výbava dětských pokojíčků. U autíčka na dálkové ovládání jsou zadní kola poháněna jedním motorem a druhým motorem se udává směr natočení předních kol. Víte, jak se nazývá takový motor, který nastavuje přesnou polohu natočení osy předních kol? (Servo). Víte, kde má další využití takový motor? (Tiskárny, kopírky.)



strana 16

3) Uvědomění

Cíl aktivity Seznámení se se základní funkcí DC motoru, rychlostí otáček a směru rotace rotoru. 50 min. Pomůcky Prezentace s postupem sestavení výrobku. (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO. (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou.

1) Učitel názorně ukáže žákům stejnosměrný motorek v aktivním režimu. Žáci vidí, v jakém směru se motorek točí a co se stane při prohození polarity napájecího napětí motorku. (Změní se směr otáčení.) 2) Učitel ukáže žákům, jaký výrobek si postaví a předvede jeho funkci (např. pásové vozidlo, dvoustopé vozidlo s podpěrným bodem). 3) Učitel promítá formou prezentace jednotlivé kroky postupu stavby výrobku; prezentace je zobrazována na interaktivní tabuli, žáci staví výrobek dle promítaného postupu. 4A) Žáci prověřují funkčnost svého výrobku a zkouší nastavovat rychlost a směr rotace motoru. 4B) Žáci si naprogramují svůj výrobek tak, aby posloužil svému účelu, a prověří funkčnost svého výrobku.



strana 17

4) Reflexe 1) Učitel na svém výrobku názorně předvede (A) chod stroje (např. větrák, ruletu), Cíl aktivity Praktická zkouška výrobku a jeho předvedení před kolektivem.

(B) jízdu vozidla (např. pásové vozidlo, dvoustopé vozidlo s podpěrným bodem). 2) Učitel zadá žákům úkol,

30 min.

(A) jak rychle a jakým směrem se má otáčet motor, aby výrobek optimálně fungoval,

Pomůcky

(B) jakou trasou má vozidlo projet, aby se dostalo k cíli. 3) Žáci pracují samostatně na svém výrobku, aby splnil zadání od učitele; své pokusy prověřují názorně. V závěru každý žák prezentuje přede všemi funkčnost svého stroje. Žák přijímá názory od učitele i ostatních žáků k vylepšení svého výrobku.



strana 18

5) Problémový výklad Elektromotor – Elektromotor je zařízení, které dokáže přetransformovat elektrickou energii na rotační pohyb, díky kterému může provést nějakou práci. Většina elektromotorů ke své činnosti využívá elektromagnetického jevu, existují však i motory, které využívají jevu piezoelektrického nebo elektrostatické pole. Elektromotor tak, jak jej většina z nás zná, je točivý elektrický stroj, ale můžeme se setkat s méně známými lineárními elektromotory, které jsou netočivé. Pokud zařízení pracuje na opačném principu než elektromotor a přeměňuje rotační pohyb (mechanickou práci) na elektrickou energii, pak mu říkáme generátor. Typický příklad generátoru znáte ze starších bicyklů pod názvem dynamo, kdy jste za pomoci roztočení rotoru rozsvítili žárovku. Mezi generátory patří i stejnosměrný motorek známý z autíček na dálková ovládání: když jeho hřídel roztočíte, vygeneruje se v něm elektrický proud (pokud je zapojen do elektrického obvodu). Taková zařízení mohou pracovat jak v režimu motoru, tak v režimu generátoru; zařízení tedy umí jak vyvinout rotační pohyb, tak v případě opačném brzdit tento rotační pohyb pomocí rekuperace (dodávání elektrické energie zpět do obvodu). Elektrický motor se skládá ze dvou částí; první část se nazývá stator, tvoří větší část celého stroje a je nepohyblivá. Součástí statoru je soustava cívek tvořící elektromagnetický obvod. Mezi těmito cívkami je uložen rotor, který se otáčí rotačním pohybem. Rotor (druhá část motoru) se skládá z magnetického obvodu tvořeného vinutím a hřídelí, na které je umístěn komutátor. Vzájemným působením magnetického pole rotoru a statoru je vytvářen krouticí moment, který roztáčí hřídel zařízení. Otáčivý pohyb v podobě mechanické práce vytváří rotor, který je uvnitř statoru. Můžeme se však setkat i se zařízením, jehož vnitřní část je statická a vnější část se otáčí. Taková zařízení jsou charakteristická svým vysokým momentem setrvačností, typickým příkladem takového zařízení je CD/DVD mechanika v počítači. Z fyzikálního hlediska elektromotor využívá silové účinky magnetického pole, ve kterém působí síly dle Lorentzova zákona. Zjednodušeně: pokud vodičem prochází elektrický proud a tento vodič je v magnetickém poli pod určitým úhlem, je na tento vodič vyvíjena síla. Velikost této síly je závislá na velikosti proudu procházejícího vodičem, jeho směru a velikosti indukce pole magnetického. Nejjednodušší typ elektromotoru je motor napájený stejnosměrným napětím. Takový motor má svůj stator tvořen z permanentního magnetu a jeho rotor je tvořen z dvoupólového elektromagnetu. Vzájemným přitahováním či odpuzováním elektromagnetu rotoru a permanentního magnetu statoru pak vzniká hnací síla motoru; její velikost můžeme řídit velikostí protékajícího proudu v rotoru. Nedílnou součástí stejnosměrného motoru je komutátor, který zajišťuje změnu směru elektrického proudu během otáčení rotoru tak, aby vzniklá síla působící na rotor motoru měla stále stejný směr. Změna směru proudu v cívce rotoru tedy proběhne po každém pootočení rotoru o 180° v případě dvoupólového motoru.



Robot

strana 19


A B


120 min. 1.-12. Prostředí Školní třída se zpětným projektorem nebo interaktivní tabulí. Hlavní myšlenka lekce Vyjasnění definice robota a typy robotů. Zásadní otázka lekce Co je to robot? Příprava lekce 1) 2) 3) 4)

Vstupní požadavky na žáky Žáci jsou manuálně zruční. Specifické kritérium úspěchu lekce Žáci vědí, co je to robot, a dokáží sestavit model robota.

Vazba na jiné lekce Následující lekce: - Konstrukce

Videoukázky průmyslových robotů Prezentace s vhodnými obrázky robotů Ukázka reálného robota Nao Robotická stavebnice



strana 20

1) Motivace 1) Učitel vypráví žákům o vzniku slova „robot“.

Cíl aktivity Žáci pochopí, co je to robot, uvědomí si, že robot není živý, nemůže zemřít, může se pouze porouchat, je možné jej opravit. 10 min. Pomůcky Pracovní listy: Sestavení konstrukce (A). Sestavení konstrukce (B).

Poprvé se toto slovo objevilo v knize R.U.R., kterou napsal český spisovatel Karel Čapek. Termín pochází ze staročeského slova „robota“, tedy práce. V knize je robot popisován jako stroj podobný člověku, který pracoval stejně jako člověk. 2) Učitel definuje, co je to robot. Především je dětem potřeba zdůraznit, že robot není živý, je to stroj, který se dokáže zorientovat v jakémkoliv prostředí, kde provede určitou činnost, ke které je stvořený. Robot nemůže zemřít, může se maximálně porouchat. Robota lze opravit, aby fungoval jako dříve, nebo demontovat. Robot nedokáže myslet jako člověk, robot je člověkem naprogramován na určitou činnost. Máte doma robotický vysavač? Je to stroj, který vyluxuje místnost i pod postelemi a skříní, když mu dochází energie, umí si zajet do nabíjecí stanice a nabít se sám. Někteří roboti vypadají jako zvířata, jako domácí mazlíčci a chovají se tak, děti si s nimi hrají, nejsou však živí! Viděli jste někdy, jak se vyrábí auta? 3) Učitel přeruší výklad a pustí žákům videoukázku práce průmyslových robotů v továrně na výrobu aut. Zde dokáží průmysloví roboti s velikou přesností a rychlostí svářet, montovat, ohýbat a přesouvat díly, pomáhají při montáži aut. Věřili byste, že jedno auto je vyrobeno za 24 hodin? 4A) Učitel rozdá žákům pracovní list „Sestavení konstrukce (A)“. Žáci se seznámí s technikou pevného a volného spojování kostek a vyzkouší si ji. Žáci v pracovním listu označí součásti, ze kterých se skládá konstrukce. 4B) Učitel rozdá žákům pracovní list „Sestavení konstrukce (B)“. Žáci se seznámí s nářadím a součástkami, které budou nadále používat, ozřejmí si techniku šroubování a vyzkouší si vytvořit pevný a volný spoj.



strana 21

2) Evokace

Cíl aktivity Žáci se dozvědí, že existuje řada typů robotů a každý je určen pro určitou práci. 20 min. Pomůcky Prezentace obrázků jednotlivých typů robotů.

Učitel formou prezentace promítá obrázky robotů a žáci říkají své návrhy, o jaký typ robota se jedná a co provádí. Po té učitel objasní správnou funkci týkajícího se robota. 4. Lékařský robot „Da Vinci“ Robot s tímto názvem provádí delikátní operace, jeho pět paží využívá k operaci miniaturních nástrojů, a umožnuje tak dělat velmi jemné práce. 5. Kosmický robot "ROVER" Robot byl navržen pro prozkoumání planety Mars, přinesl nám poznatky, zda na Marsu existoval život, nebo ne. 6. Robot "FOTBALISTA" Fotbalový tým tvoří dva roboti, kteří navzájem spolupracují (přihrávají si) pomocí senzorů v podobě kamer. Fotbal se hraje jako dva hráči proti dvěma soupeřům. 7. Bojový robot Zápas dvou robotů, vyhrává ten, kdo doslova zničí protivníka. Robotické zápasy se začaly konat poprvé v USA. 8. Humanoid "HUBO" Tento robot byl vyroben v Koreji. Může chodit pěšky podobně jako lidé, může pohybovat rukama, pěti prsty. Dokáže člověka přivítat a potřást mu rukou s odpovídajícím množstvím síly stisku. 9. Pyrotechnický robot "HOBO" Vojenský robot, který umí zneškodnit miny v minovém poli. Využití nachází v zemích postižených válkou, kde odstraní nebezpečí hrozící lidem. V Srbsku jsou stále oblasti nevyčištěné od min. 10.Robot „PAPERO“ Výukový robot, který umí rozpoznat lidský hlas a základní lidská slova, dokáže s člověkem komunikovat. 11.Robot „Strážce“ Robot v podobě psa umí střežit objekt – vysledovat zloděje v místnosti, detekovat požár. Pomocí kamery pak přenáší video nebo snímky do počítače či na mobilní telefon uživatele.



strana 22

3) Uvědomění

Cíl aktivity Osvojení základních dovedností při montáži robota a vyzkoušení funkcí všech stavebních dílů stavebnice. 60 min. Pomůcky Prezentace příkladu sestavy konstrukčního celku. (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO. (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou. Pracovní listy: (A) Sestavení konstrukce pomocí kostek Lego. (B) Sestavení konstrukce pomocí šroubů a matic.

1) Učitel vybídne žáky, aby popřemýšleli nad tím, jak by měl vypadat jejich robot, aby byl sestaven pevně, stabilně a splnil funkci, ke které bude sloužit. 2) Učitel rozdá pracovní listy, ve kterých žáci názorně vidí, jaké jsou použity součástky (ev. jakým způsobem použít nářadí), jak provést pevný nebo volný spoj. 3A) Žáci se prakticky seznámí s jednotlivými stavebními prvky kostiček stavebnice, vytvoří pevný a volný spoj. Žáci si vyzkouší pevnost různě poskládaných dílů, dále si vyzkouší pohyblivost volného spoje. 3B) Žáci se prakticky seznámí s jednotlivými stavebními prvky. Provedou vzájemné spojení dvou dílů jejich sešroubováním pomocí šroubu s maticí s využitím vhodného nářadí a vyzkouší pevnost takto spojených prvků. Dále se žáci seznámí s metodou vytvoření volného spoje s použitím úhelníku a distančního sloupku. 4) Žáci sestaví pomocí stavebních prvků stavebnice ukázkový model robota společně s učitelem, který prezentuje v jednotlivých krocích postup na interaktivní tabuli.



strana 23

4) Reflexe 1) Učitel představí svého robota, předvede jeho funkce v poloze sedu, chůze, jako hráče fotbalu, cvičitele Aikido atd. Cíl aktivity Prezentace výsledku svého sestaveného robota. Předvedení dalších možných funkcí, které navrhují ostatní žáci.

2) Učitel jednotlivé žáky postupně vybízí, aby všem ukázali svého robota a popsali, z čeho se robot skládá, co dokáže udělat a názorně předvede pohyb robota při dané funkci. 3) Žák přijímá názory ostatních a předvádí další možnosti funkcí robota.

30 min. Pomůcky

4) Žáci si vytvoří skupinky a hrají si se svými roboty hry - fotbal, bojové hry atd. Své roboty si vylepšují s cílem zdokonalení funkce v dané hře. 5) Na závěr děti uloží své roboty nejlépe do prosklené vitríny, kde jsou vystaveny do začátku dalšího kurzu.



strana 24

5) Problémový výklad Robot je stroj postavený člověkem za účelem usnadnění lidských činností.

Poslouchá rozkazy, které mu člověk zadá – naprogramuje – a samostatně je plní. Robot neumí přemýšlet sám, ale dokáže reagovat na určité podněty z okolního světa díky zabudovaným senzorům, do jisté míry nahrazujícím lidské smysly. Slovo robot poprvé použil v roce 1920 Karel Čapek ve své divadelní sci-fi hře R. U. R. jako označení pro uměle vytvořené dělníky. Nyní se toto slovo používá celosvětově. Roboti se mohou dělit do několika kategorií: a) Podle chování se dělí na ty, kteří v sobě mají neměnný program, podle kterého striktně pracují, a na ty, kteří svůj program mohou přizpůsobit okolí díky svým čidlům a senzorům. b) Podle možnosti pohybu se dělí na roboty, kteří mohou měnit svoji pozici a přemisťovat se, a na ty, kteří jsou na jednom místě a odtud vykonávají svou práci. c) Dále se mohou dělit podle toho, za jakým účelem jsou naprogramováni, jak vypadají, jakou mají funkci pohybu, jakým způsobem byli vyrobeni atd. Např. kuchyňský robot, android nebo manipulátor. Roboti dnes působí v mnoha lidských činnostech. Jsou nedílnou součástí například v průmyslové výrobě, v chirurgických oborech, při vojenských zásazích nebo v pyrotechnice. Roboty používáme ale také v každodenních, běžných činnostech, jako třeba při vysávání, praní nebo při práci s kuchyňskými přístroji. Za roboty lze považovat také semafory na křižovatkách nebo závory na přejezdech. Dnes je možné také sledovat různé kybersporty, jako je robofotbal nebo robotí zápasy. Spisovatel Isaac Asimov definoval ve svých povídkách základní pravidla chování robotů. Těmito pravidly se roboti musí řídit. 1) Robot nesmí ublížit člověku nebo svou nečinností dopustit, aby bylo člověku ublíženo. 2) Robot musí uposlechnout příkazů člověka, kromě případů, kdy jsou tyto příkazy v rozporu s prvním zákonem. 3) Robot musí chránit sám sebe před poškozením, kromě případů, kdy je tato ochrana v rozporu s prvním nebo s druhým zákonem.1 Toto jsou tři původní zákony robotiky. Postupně se různě pozměňovaly, doplňovaly a vznikaly nové.

1

Zdroj: ASIMOV, Isaac. Nahé slunce. Praha: Ivo Železný, 1994. ISBN 80-7116-062-8. Vzdělávání pro efektivní transfer technologií a znalostí v přírodovědných a technických oborech, reg. číslo CZ.1.07/2.3.00/45.0011


Senzor

strana 25


A B


120 min. 1.-12. Prostředí (A) Školní třída se zpětným projektorem nebo interaktivní tabulí. (B) Počítačová učebna. Hlavní myšlenka lekce Definice senzoru, typy a příklady senzorů. Zásadní otázka lekce Co je to senzor? Příprava lekce

Vstupní požadavky na žáky Žáci jsou manuálně zruční a zvládají základní práce na PC. Specifické kritérium úspěchu lekce Žáci sestaví model stroje, který používá ke své funkci senzory. Vazba na jiné lekce Následující lekce: - Dálkové ovládání

1) Videoukázky pracujících senzorů 2) Prezentace obrázků zařízení s různými typy senzorů 3) Pracovní listy: (A) Senzory – vstupy/výstupy (B) Senzory – IR čidlo 4) Stavebnice: (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou



strana 26

1) Motivace 1) Učitel začne svůj výklad tím, jaké smyslové orgány má lidské tělo k tomu, aby zaznamenalo změny z prostředí. Žáci učiteli sdělují návrhy a doberou se k funkci pěti lidských smyslů. Cíl aktivity Žáci si ozřejmí souvislost mezi smyslovými orgány člověka a senzory robota.

a) Sluch – rozumí se schopnost vnímat zvuky; ucho je orgán, který umí zvuky zaznamenat.

15 min.

b) Zrak je smysl vnímající světlo, barvy. Oko je orgán, který reaguje na světlo, dvě oči umožní trojrozměrné vnímání.

Pomůcky Pracovní listy: Senzory – vstupy/výstupy (A).

c) Čich je smysl vnímající vůně a pachy. Nos umožní vdechnutím vnímat chemikálie ve vzduchu. d) Hmat – pomocí receptorů v kůži např. na prstech vnímáme tlak, chlad, teplo, chvění, … e) Chuť je smysl, kterým vnímáme látky rozpuštěné v puse (např. hořké, slané, sladké). Jazyk obsahuje receptory – chuťové buňky. 2A) Učitel žákům rozdá pracovní list Senzory – vstupy/výstupy a přirovnává lidské orgány k senzorům humanoida, které plní podobné funkce. a) ucho = mikrofon b) oko = kamera c) nos = senzor plynu (v požární technice) d) prsty = čidlo měření teploty, tlaku, síly e) jazyk = čidlo kyselosti, slané vody (užití v myčce na nádobí) 2B) Učitel definuje, co je to senzor, a seznámí žáky se základním dělením senzorů podle: a) měřené veličiny b) média sloužícího k přenosu signálu - elektrické - hydraulické - pneumatické c) druhu styku s prostředím - dotykové - bezdotykové d) fyzikálního principu – způsobu převodu naměřené hodnoty



strana 27

2) Evokace 1) Učitel ukazuje dětem formou prezentací ukázky strojů a zařízení, ve kterých jsou obsaženy senzory. Děti odpovídají, kde se senzor nachází, jakou fyzikální ev. technickou veličinu měří a jak se má zařízení chovat. Cíl aktivity Žáci si vyjasní, v jakých zařízeních jsou obsaženy senzory a jakou funkci v nich plní. Seznámí se s různými druhy senzorů. 15 min. Pomůcky Prezentace.

a) Teploměr – Zařízení sloužící k měření teploty. Princip teploměru je založen na tepelné roztažnosti látky (kapalinový, bimetalový, plynový). V elektronice se využívá odporový teploměr (termistor), termoelektrický teploměr (termočlánek), polovodičový teploměr, radiační teploměr. Kde je důležité měřit teplotu v elektronice a proč? (V PC, v Li-Ion bateriích.) b) Hlukoměr – Pracuje na principu rozpoznání hlasitého zvuku, mikrofonem. Mikrofon detekuje zvuk a zařízení zaznamená intenzitu zvuku, nebo pouze zvuk zaregistruje. Kde se můžete setkat s typem zařízení reagujícím na tlesknutí? (Inteligentní budovy, tančící panenka.) c) Dálkoměr – Zařízení na měření vzdálenosti. Použití se nalézá v geodézii (měří vzdálenost pomocí laseru), ve vojenství, kde vzdálenost ponorky pod vodou lze změřit prostřednictvím sonaru; radar se užívá ve vzdušném prostoru. Kde lze nalézt příklady užití měření vzdálenosti v běžném životě? (Fotoaparát, parkovací systém v automobilu.) d) Dotekový senzor – Učitel ukáže na spínač osvětlení učebny, děti si vytvoří spojitost mezi tímto pojmem v praktickém využití. Dalším příkladem dotykového senzoru je dotyková obrazovka mobilního telefonu. Nyní jsou běžné vícedotykové technologie (znáte z herních aplikací na tabletu). Uvedete jiné příklady, kde společnost využívá dotykové obrazovky? (Bankomaty, pokladny supermarketů.) e) Bezdotykový senzor – Využívá odrazu signálu od překážky. Pohybové IR (infračervené) čidlo reaguje na pohyb osob v prostoru, dá signál k rozsvícení světla v místnosti. Parkovací systém v automobilech je založen na ultrazvukovém dálkoměru, který slouží k detekci vzdálenosti od objektu. Znáte další příklady aplikací, které používají IR čidla? (Skener, snímač čárového kódu.)



strana 28

3) Uvědomění

Cíl aktivity Seznámení se se základní funkcí IR čidla. 60 min. Pomůcky Prezentace s postupem sestavení výrobku. (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO. (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou, pracovní list Senzory – IR čidlo.

1) Učitel popíše žákům, na jakém principu funguje infračervené čidlo (IR čidlo). Ozřejmí funkci laserového skeneru při čtení čárového kódu. Čárový kód je soustava svislých čar různé šířky na produktech v supermarketu, v níž jsou zakódována data o produktu včetně jeho ceny. 2) Učitel ukáže žákům IR čidlo jako součástku ze stavebnice, předvede názorně jeho funkci. Žáci si uvědomí, jaký signál IR čidlo vytváří při přiblížení k překážce. Žáci si dále uvědomí závislost odrazu signálu IR čidla na barvě povrchu překážky. 3) Učitel žákům představí výrobek, který si mají sestavit (např. robot Stopař jezdící po černé čáře, robot Nárazník vyhýbající se překážkám). Učitel ukáže všechny možné situace, jaké mohou nastat při provozu robota. 4) Učitel promítá prezentaci s jednotlivými stavebními postupy robota, žáci staví robota dle promítaných postupů. A) Žáci prověří správnou funkci jízdy svého robota; v případě chyb učitel obeznámí všechny žáky s příčinou vzniklé chyby (prohození levého motoru s pravým, vzájemná záměna levého čidla s pravým aj.). B) Učitel rozdá žákům pracovní list Senzory – IR čidlo. Žáci vyplní stavy chodu motorů do vývojového diagramu tak, aby robot jezdil po černé čáře. Poté si žáci naprogramují svého robota a prověří jeho bezchybnou jízdu; případné chyby opraví v programu.



strana 29

4) Reflexe 1A) Učitel využije laviček jako mantinelů pro zkušební dráhu robota a předvede žákům ukázkovou jízdu svého robota po vytyčené cestě (může také použít kratší zábrany jako překážky). Cíl aktivity Praktická zkouška výrobku a jeho předvedení před spolužáky. Hra s roboty v kolektivu.

1B) Učitel na světlou podlahu (v případě tmavé nebo strakaté podlahy použije bílý podklad) nalepí černou pásku vytyčující trasu, po které robot pojede. Následně předvede vzorovou jízdu svého robota pohybujícího se po této trase.

30 min.

2) Učitel vyzve jednotlivé žáky, aby svým robotem takto vytvořenou trasu absolvovali za fandění ostatních žáků.

Pomůcky

3) Úspěšní žáci si postaví své roboty na dráhu do řady jednoho za druhým, spustí jejich chod najednou a sledují synchronizaci pohybu robotů, užívají si legrace se svými roboty. (A) Robot dokáže detekovat kromě postranních mantinelů také překážku v podobě robota před sebou a objede jej. (B) Robot neumí detekovat překážku před sebou, může však pomalejšího robota před sebou z trasy vytlačit.



strana 30

5) Problémový výklad Senzor – Na senzor jako takový můžeme pohlížet jako na zdroj informace, která je jím přijata a poslána do řídicího systému. Z technického pohledu se jedná o součástku, která umí změřit nějakou veličinu, tu přetransformuje na elektrický nebo jiný signál, který pak pošle do řídící centrály, kde je zpracován. Přenos probíhá dálkově, veličina je centrálou měřena a vyhodnocena. Elektrickým signálem se rozumí průběh napětí nebo proudu v čase, neelektrickým signálům je věnována specifická oblast měření neelektrických veličin. Typy senzorů můžeme rozdělit podle měřené veličiny, dále podle toho, jakým způsobem probíhá přenos signálu (pomocí soustav elektrických, pneumatických či hydraulických). Z fyzikálního principu se uplatňuje dělení dle toho, jakým způsobem je převedena naměřená veličina do požadovaného signálu. Záleží také na prostředí, kde se senzor používá, zda vyžaduje dotyk s měřeným prostředím, nebo zda senzor je bezdotykový. Důležitými parametry senzorů jsou zajisté jeho citlivost a dynamický rozsah. Snímač – Můžeme jej pokládat za určité zařízení, které detekuje nebo snímá fyzikální veličinu. Fyzikální veličina je charakteristická svou velikostí a je vyjádřena číselnou hodnotou; dále je nezávislá na metodě měření. Snímač polohy poskytne údaj o naměřené délce snímače od překážky nebo informaci o tom, pod jakým úhlem je snímač natočen z výchozí polohy. Jeho funkce může být založena na různých fyzikálních principech – indukčnosti, magnetismu nebo optice. Elektronický modul GPS souřadnic dokáže s určitou přesností změřit svou polohu na zemském povrchu ze signálu vysílaného satelitem. Snímač zrychlení dokáže zaznamenat, zda se mění jeho rychlost vzhledem k okolí. Elektronický modul akcelerometru zaznamená tyto změny pohybu a vyhodnotí např. sílu nárazu předmětu do překážky (možné využití se nachází v přepravních službách, kdy takto získaná data poslouží jako důkaz toho, zda s balíkem bylo šetrně zacházeno či nikoliv). Snímač teploty má v sobě zabudován teploměr, získaný údaj o teplotě pak vysílá nadřazené jednotce. Takový modul obsahující snímač teploty nainstalovaný v počítačích na procesoru či pevném disku pak hlídá teplotu jejich přehřátí; díky tomu může dojít k automatickému odpojení součástí počítače a zabránění jejich destrukce.



strana 31


Signalizace

A B


120 min. 1.-12. Prostředí (A) Školní třída se zpětným projektorem nebo interaktivní tabulí. (B) Počítačová učebna. Hlavní myšlenka lekce Definice pojmu signalizace, šifrování a kódování zpráv. Zásadní otázka lekce Co je to signalizace? Příprava lekce 1) 2) 3) 4)

Vstupní požadavky na žáky Žáci jsou manuálně zruční a ovládají základy práce na PC. Specifické kritérium úspěchu lekce Žáci sestaví signalizační zařízení a vzájemně si předají zakódovanou zprávu. Vazba na jiné lekce Následující lekce: - Motor

Videoukázky vizuálních a zvukových signálů. Prezentace obrázků signálů. Pracovní listy s kódy a šiframi. Stavebnice: (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO. (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou.



strana 32

1) Motivace 1) Učitel vypráví žákům, jak se v historii předávaly zprávy. Konverzuje s žáky, v jakých případech bylo třeba důležité zprávy předat skrytě: Cíl aktivity Žáci se dozvědí, k čemu je vhodná signalizace a jakým způsobem předat zprávu pomocí signálu. 20 min. Pomůcky Pracovní listy: Kódy a šifry (A). Kódy a šifry (B).

- diplomatické zprávy, - válečné strategické zprávy. 2) Učitel definuje žákům, co je to šifra, a objasní, jaký je rozdíl mezi šifrováním a kódováním. - šifrování – k šifrování je nutné použít a znát tajné heslo, tímto heslem změníme text srozumitelné nešifrované zprávy na nesrozumitelný text zašifrované zprávy. Učitel uvede příklad zašifrované zprávy, například čtení slov pozpátku, přesmyčky atd. 3) Učitel definuje žákům, co je to kódování, a objasní opět rozdíl mezi kódováním a šifrováním. - kódování – při kódování se žádné heslo nepoužívá, obsah zakódované zprávy rozezná každý, kdo zná kódovací tabulku. Učitel uvede příklad kódované zprávy včetně kódovací tabulky. 4) Učitel ukáže žákům různé způsoby předávání zakódovaných nebo zašifrovaných zpráv a rozvine debatu nad postupy sdělení informace pomocí signálů na dálku. - vizuální předání zpráv - akustické předání zpráv 5) Učitel rozdá žákům pracovní listy a ukazuje možnosti, jak zprávu zašifrovat, zakódovat. Při této činnosti žáci pracují s pracovními listy. Kódy a šifry (A) a) Posun abecedy o n znaků. b) Posun abecedy s pomocným znakem. c) Malý polský kříž. d) Velký polský kříž. Kódy a šifry (B) a) Morseova abeceda. b) Algoritmus vyslaného slova.



strana 33

2) Evokace 1) Učitel dětem ukazuje formou prezentací typy signálů a vybízí děti k odpovědi, co signály znamenají a kde by se s nimi mohly setkat nebo je i použít. Cíl aktivity Žáci si vyjasní, jaké jsou typy signálů, a vytvoří si spojitost s přenosem zprávy pomocí signálu. Zprávu žáci umí kódovat i šifrovat. 20 min. Pomůcky Prezentace.

a) Semafor – Obecně semafor znamená „nositel znamení“, konkrétně se užívá v dopravě (signály pro auta, chodce, tramvaje aj.). Víte, co znamená rozsvícení červeného, oranžového a zeleného světla na dopravním semaforu? Co znamená modrý nebo oranžový blikající maják na autě? b) Námořní vlajková abeceda – Používá se po celém světě k dorozumívání mezi loděmi anebo lodí a přístavem. Abeceda má 40 vlajek; víte, co znamenají tyto vlajky? c) Potápěčská signalizace – Tuto signalizaci musí dobře znát nejen potápěči, ale i záchranáři, požárníci a velitelé jednotek požární ochrany. Víte proč? d) Signalizace při záchraně Letecká záchrana je mezinárodní signalizace – ano, potřebuji pomoc, můžete přistát (obě ruce nahoře); ne, nepotřebuji pomoc, nemůžete přistát (pravá ruka nahoře levá připažená). Mávání oběma rukama je pro posádku vrtulníku matoucí. Alpský nouzový signál – 6x za minutu vyšli signál píšťalkou, hlasem, světlem, pak minutu dlouhá pauza a znova 6x za minutu signál. e) Prstová abeceda – Pomocí prstů a dlaní obou rukou vytvoříte zobrazení písmen abecedy. Kdo tento systém dorozumívání nejčastěji používá? Používají ji často neslyšící občané. f) Morseova abeceda – jsou to symboly složené z krátkých a dlouhých signálů, přenos probíhá pomocí zvuku nebo světla. Používal se v telegrafii. Víte, jak vypadá signál SOS a co znamená?



strana 34

3) Uvědomění 1) Učitel ukáže žákům, jak bude vypadat jejich výrobek, a předvede, jakou formou bude vysílán signál na již sestaveném funkčním vzorku. Cíl aktivity Seznámení se se zdrojem a přenosem signálu (světlo, pípák). Procvičování manuálních dovedností při stavbě výrobku. 50 min. Pomůcky Prezentace příkladu sestavy konstrukčního celku. (A) Stavebnice s kostkami typu LEGO. (B) Stavebnice s procesorovou jednotkou.

2) Učitel promítá prezentaci, která ukazuje žákům postup stavby daného výrobku. Žáci staví svou sestavu dle jednotlivých kroků postupu promítaného na interaktivní tabuli. 3A) Žáci prověřují funkčnost výsledné sestavy, otestují vizuálně a akusticky zdroj signálu. 3B) Žáci naprogramují procesorovou jednotku dle svého vytvořeného algoritmu a prověří funkčnost sestavy.



strana 35

4) Reflexe 1) Učitel na svém výrobku názorně předvede vyslání své zašifrované zprávy (např. slovo PIVO). Žáci zprávu zaznamenají, rozkódují, rozšifrují a sdělí výsledné slovo učiteli. Cíl aktivity Žáci se naučí prakticky použít přenos signálu zakódované zprávy. 30 min. Pomůcky

2) Žáci si vytvoří dvojice. Učitel vybídne jednoho žáka ve skupině, aby vytvořil, zašifroval a zakódoval tajnou zprávu a druhému žákovi ve skupině ji přenesl pomocí svého signalizačního zařízení. Druhý žák ve skupině zprávu přijme, vyluští ji a sdělí výsledek. 3) V závěru jednotlivé skupiny prezentují přede všemi svůj zvolený postup šifrování a přenosu zpráv. Pochlubí se, zda doručení proběhlo úspěšně, v případě neúspěchu učitel společně s žáky nalezne chybu a upozorní na ni.



strana 36

5) Problémový výklad Signalizace – Za pomoci signalizace je možné předávat informace z jednoho místa na druhé. Existuje mnoho oborů, kde se uplatňuje signalizace a kde se s ní můžeme setkat. V dopravním odvětví je naprosto běžná světelná signalizace. signalizačním zařízením, které řídí na silnicích provoz. Soustavou zařízení je možné řízeně ovládat provoz dopravních prostředků složitých křižovatkách. Tato signalizační zařízení jsou známá semafory, řidiči používají hovorového výrazu světla.

Je vytvářena signalizačních a chodců na pod názvem

Nejen v silniční dopravě, ale také v dopravě železniční je zapotřebí signalizace. Tu vykonávají zabezpečovací zařízení, která jsou vzájemně provázána a podílí se na bezpečnosti provozu na železnicích. Automatizují tak lidskou práci v železniční dopravě. V telekomunikačních oborech se signalizace používá k řízení přenosu dat nebo telefonních hovorů. Informace nesené v signálech slouží k navázání či zrušení spojení mezi účastníky; součásti této signalizace je také informace o účtování přenesených dat nebo uskutečněných hovorech. V těchto signalizačních kanálech mohou být také přenášeny SMS zprávy. Signalizace hraje důležitou roli v oblasti zabezpečení majetku. Elektrická požární signalizace, zkráceně EPS, zajišťuje dohled nad objekty při vzniku požáru. Je složena z řady hlásičů reagujících nejen na kouř z hořícího ohně, ale také např. z cigarety. Hlásiče zavčasu vyšlou signál do centrální jednotky, které se říká požární ústředna, v níž jsou zpracovány. Ústředna EPS pak v případě vyhodnocení požáru buď přivolá obsluhu, vyhlásí poplach jednotkám požární ochrany, nebo se pokusí hasit požár automaticky spuštěním hasicích látek v daném prostoru. Nejen proti požáru může být majetek zabezpečen. Elektronická zabezpečovací signalizace, zkráceně EZS, zajistí ochranu majetku i osob proti vloupání. V případě nepřítomnosti osob v objektech může být aktivováno EZS zařízení, které kontroluje přítomnost jakéhokoliv pohybu v místnosti, dále reaguje na otevření dveří nebo roztříštění skel v oknech. Zařízení EZS mohou být také vybavena kamerovým systémem a propojena přes datovou síť (mobilní, wifi, internet) se vzdáleným dohledovým centrem. V případě vyhlášení poplachu je automaticky informována bezpečnostní dohledová organizace.



strana 37

Pracovní listy

Spojování kostek pevné

Spojování kostek volné

Označte součástky, které jsou použity v konstrukci na obrázku.

Zdroj obrázků: vlastní tvorba



strana 38

Nářadí

Šroubovák

Klíč

Součástky

Šroubky a matičky

Distanční sloupky

Úhelníky

Připevnění dílů

Pevný spoj

Připevnění úhelníku

Volný spoj

Připevnění distančních sloupků



strana 39

Nakreslete do prázdného rámečku, jak vidíte kostku při pohledu zprava, zepředu a seshora.

3D pohled

Pohled zprava (žluté pozadí)

Pohled zepředu (zelené pozadí)

Pohled seshora (béžové pozadí)



strana 40

Nakreslete do mřížkovaného rámečku, jak vidíte kostky seshora.



strana 41

1) Posun abecedy (pro A=N) A Z N

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

Rozkóduj a přečti slovo: YRTBEBOBGV

2) Posun abecedy s pomocným slovem (pro LEGO) A Z L Z

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

E

G

O

A

B

C

D

F

H

I

J

K

M

N

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Rozkóduj a přečti slovo: RNENORNFOF 3) Velký polský kříž ABC

DEF

GHI

JKL

MNO

PQR

STU

VWX

YZ

Rozkóduj a přečti slovo:

4) Malý polský kříž A

B

C

J

K

L

D

E

F

M

N

O

G

H

I

P

Q

R

S T

W U

V

X

Y Z

Rozkóduj a přečti slovo: Zdroj obrázků: vlastní tvorba



strana 42

Morseova abeceda: A B C D E F G H Ch

.-... -.-. -.. . ..-. --. .... ----

Akát Blýskavice Cílovníci Dálava Erb Filipíny Grónská zem Hrachovina Chvátá k nám sám

Algoritmus písmene L

I J K L M N O P Q

.. .---..-.. --. --.--. --.-

Ibis Jasmín bílý Krákorá Lupíneček Mává Nástup Ó náš pán Papírníci Kvílí orkán

R S T U V W X Y Z

.-. ... ......--..-.---..

Rarášek Sobota Trám Učený Vyučený Vagón klád Xénokratés Ýgar mává Známá žena

Algoritmus písmene H Start

Start

Krátký tón

i=0

Start Krátký tón Pomlka Pomlka

i<4 Krátký tón

Dlouhý tón

Krátký tón Pomlka

Pomlka

Pomlka Krátký tón

Krátký tón

i=i+1 Pomlka

Pomlka Krátký tón Krátký tón Pomlka Pomlka Stop Stop

Vytvořte algoritmus vašeho vybraného písmene s využitím cyklu.


Stop


strana 43

Úkol: Zakresli do tabulky šipky, jak se bude pohybovat pás, zakresli křížek, jestli bude pás stát.



strana 44

Jízda vpřed

Levý pás

Pravý pás

Jízda vzad

Jízda Tanku Jízda vpřed Jízda vzad Stop Jízda doleva Jízda doprava Točení na místě doleva Točení na místě doprava

Levý pás

Pravý pás



strana 45

Mozek - ………………………………………… Oko -..……………………………………… Ucho - ………………………………………… Pusa - ………………………………………… Nos- ……………………………………………… Ruka - ………………………………………… Jídlo - ………………………………………… Noha - …………………………………………



strana 46

Dopište do vývojového diagramu, jak se má pohybovat robotické vozidlo.

Start

černá

bílá IN 1

černá

bílá

černá

IN 2

OUT 1 = OUT 2 =

bílá IN 2

OUT 1 = OUT 2 =

OUT 1 = OUT 2 =

OUT 1 = OUT 2 =



strana 47

1. Bezdrátové Přijímač signálu propojíte do vstupu IN1 řídící jednotky

Na dálkovém ovladači nastavíte tlačítkem ID identifikační kód vaší řídící jednotky

2. Na propojených vodičích

Dálkový ovladač je propojen vodiči se vstupy IN1, IN2 a IN3 řídící jednotky



strana 48

1) Dopište pozici správného nastavení serva.

2) Dopište nastavení servomotoru a DC motoru pro správnou jízdu.

Zdroj obrázků: vlastní tvorba Vzdělávání pro efektivní transfer technologií a znalostí v přírodovědných a technických oborech, reg. číslo CZ.1.07/2.3.00/45.0011

45

Recommend Documents