פיתוח חשיבה לוגית הנדסית - רב תחומית באמצעות רובוטיקה פרג ון ויליאם ספר למורה ולתלמיד

Transcription

1 פיתוח חשיבה לוגית הנדסית - רב תחומית באמצעות רובוטיקה פרג ון ויליאם ספר למורה ולתלמיד

2 רובוטיקה/ ויליאם פרג ון פיתוח חשיבה לוגית-הנדסית רב-תחומית באמצעות רובוטיקה אודות המחבר- ויליאם פרג ון עוסק בחינוך מדעי טכנולוגי זה שלושה עשורים. נושא מספר תארים : BSc מתמטיקה ומדעי המחשב, MA בחינוך במסלול פיתוח תוכניות לימוד, MA במינהל ציבורי, MA בייעוץ ופיתוח ארגוני, תעודת הוראה במתמטיקה, תעודת הוראה במדעי המחשב, השתלמויות וקורסים רבים. ויליאם עוסק בהוראה, הנחייה, פיקוח,כתיבת ספרים, יצירת סביבות למידה ותוכניות לימוד ייחודיות בתחומי המדע והטכנולוגיה. willfar@gmail.com עריכה לשונית - חפר סטודיו עיצוב גרפי - חפר סטודיו shmulikgd@gmail.com חברת רובוטק טכנולוגיות הינה החברה המובילה בתכנון ויישום מערכות ממוחשבות ומעבדות טכנולוגיות במערכת החינוך בישראל מזה כ- 20 שנה. מאז הקמתה בשנת 1982 פועלת החברה במשותף עם מערכת החינוך הטכנולוגי על כל מגזריו, מאפיינת ומפתחת מוצרים מתקדמים, ומקיימת מערך נרחב של הדרכות והשתלמויות בכל רחבי הארץ. אין לשכפל, להעתיק, לצלם, להקליט, לתרגם, לאחסן במאגר מידע, לשדר או לקלוט בכל דרך או בכל אמצעי אלקטרוני, אופטי, מכני או אחר- כל חלק שהוא מהחומר בספר זה. שימוש מכל סוג בחומר הכלול בספר זה אסור בהחלט, אלא ברשות מפורשת בכתב מהמו ל והמחבר. חברת האם, רובוגרופ )לשעבר אשד רובוטק(, נמנית זה שנים רבות על המובילות בעולם בפיתוח, ייצור ושיווק של פתרונות ייחודיים לחינוך הטכנולוגי והמדעי. משווקת את מוצריה בכ- 40 מדינות בעולם.ומחזיקה חברת בת נוספת בארה ב. החברה מציעה מערכות טכנולוגיות מתקדמות ללימודי רובוטיקה,מדעים,מכטרוניקה ומדעי הטכנולוגיה לקוחות מובילים: פקולטות להנדסה בכל האוניברסיטאות, מכללות טכנולוגיות, תיכונים מרשת אורט, מגמות מכטרוניקה ואשכולות פייס ומספר מוגבל של לקוחות תעשייתיים. רובוטק טכנולוגיות בע מ כל הזכויות שמורות ויליאם פרג ון החברה מעסיקה צוות מדריכים מיומן, בפריסה ארצית, ומפעילה מערך שרות, הדרכה ותמיכה המתפעל אלפי מערכות טכנולוגיות, במאות מוסדות חינוך בארץ, במהירות רבה, באיכות גבוהה ולאורך שנים רבות. כל מערכי החברה פועלים ע פ תקן.ISO כתובתנו באינטרנט : 3 2

3 תוכן עניינים עקרונות התוכנית ויליאם פרג ון תוכנית לימודים - על פי משרד החינוך על הספר פעילות - 1 מבוא פרק א מערכות קלט עיבוד פלט פעילות - 2 מערכות קלט עיבוד פלט רישום מודל של מערכת תרשים מלבני...15 פעילות - 3 סוגי רובוטים פעילות - 4 רכיבי הרובוט פרק ב - מנוע חשמלי עקרונות ופעילויות פעילות - 5 מנוע חשמלי מבנה ושימושים מנועים חשמליים בגדלים שונים שימושים באלקטרומגנט פרק ג תהליך כתיבה, הטענה והרצת תכנית בסביבות... NXT-G 23 פעילות - 6 כתיבה, טעינה והרצת תוכנית משימות פעילות - 7 ניהול תקשורת וזיכרון לבנת NXT משימות פרק ד - הסבר על הפקודות...Blocks...34 פעילות - 8 הסבר על פקודות הלבנה הפעל מנוע הלבנה הצג הלבנה הפעל מנועים הלבנה השמע צליל קבוצת הפקודות המתן לחיישן לבנת תנאי לבנת לולאה לבנת יצירת מספר אקראי קבוצת ההוראות הצהובה - חיישנים הלבנה העברת ערך מספרי לטקסט פרק ה - פיתוח ויישום אלגוריתמים בסביבת...44 NXT פעילות - 9 מבני תכנות דוגמאות לתוכניות בסביבת NXT-G המממשות את המבנים: סדרתי, תנאי, לולאה משימות פעילות - 10 תכנות מקבילי משימות פרק ו - חיישנים פעילות - 11 היכרות עם חיישנים משימות פרק ז - תכנות מתקדם לולאות, תנאים וחיישנים פעילות - 12 תכנות מתקדם משימות בקרה בחוג פתוח וחוג סגור בקרה בחוג פתוח לעומת בקרה בחוג סגור תוכנית הרובוט אינו נופל מהשולחן משימות פרק ח קווי נתונים-, DATA WIRE פקודות אישיות...80 Custom Block פעילות - 13 קווי נתונים פעילות - 14 לבנת משתמש ; יצירת לבנה אישית פרק ט - תוכניות מיוחדות פעילות - 15 תנועה על קו שחור נספחים

4 עקרונות תוכנית הלימודים : פיתוח חשיבה לוגית-הנדסית רב-תחומית באמצעות רובוטיקה תוכנית רובוטיקה הינה תכנית רב תחומית, אשר נשענת על הפרדיגמות הבאות: 1. תכנות מערכות סביבת הריצה מהי סביבת הרצת התוכניות סביבת תוכנת המערכת תוכנית המשתמש 2. ניהול אחסון - זיכרון הקושחה זיכרון פנוי לתוכניות משתמש ניהול זיכרון המערכת 3. הנדסת תוכנה - כלים לבדיקת התוכנה ( בדיקת חיישנים, בדיקה עם הוראות "הדפסה" ) 4. אלגוריתמיקה - שפת התכנות NXT-G מושגי יסוד של שפות תכנות הוראה תחביר של הוראה פרמטרים לפקודה מבני תכנות: מבנה סדרתי, מבנה תנאי, מבנה לולאה שגיאות בתוכנית: שגיאה תחבירית, שגיאת הרצה, שגיאת כוונה משתנים, ערכים קבועים, סוגי משתנים וערכים ( לוגי, טקסט, מספר ) הרחבת שפה ( יצירת "פקודות" המשתמש ) 5. עקרונות גישת המערכות רכיבי מערכת קלט, עיבוד ופלט במערכות תיכון מערכת יישום התיכון, בחינת התאמה לדרישות, תיקון ושיפור 6. עקרונות מערכות בקרה עיבוד ובקרה חיישנים משתנים מבוקרים בקרה בחוג פתוח / בקרה בחוג סגור מערכות מבוקרות מחשב 7. חיבור בין מדע לטכנולוגיה - גדלים פיסיקלים נוסחאות חישוב בתחומים שונים ( דוגמא: מהירות,זמן, דרך( העברת תנועה, יחסים במערכות, הנעת גלגלי שיניים, יחסי העברה שינוי בכיווני תנועה ( תנועה סיבובית לתנועה קווית / שינויים בזוית התנועה ) עולם של טכנולוגיה: ראייה מערכתית על העולם הטכנולוגי הסובב אותנו מערכות טכנולוגיות ( מנוף, מכונית, סרט נע, מעלית, טנק...( 8. עולם של טכנולוגיה,מידע ותקשורת תקשורת בין רובוט למחשב תקשורת שן כחולה שיתוף ידע ( שיתוף רעיונות ותוכניות בין הלומדים, בין הלומדים לעולם( חיפוש וכריית מידע ( חיפוש ברשת של מידע הרלוונטי למערכות שהתלמיד בונה ) השפעת הטכנולוגיה על האדם ( סביבה, כלכלה, חברה( 9. עקרונות פדגוגיים של התוכנית - למידה ובנייה של ידע למידת חקר והתנסות למידת צוות הערכה חלופית ומעצבת גישה פרויקטנטית סיכום - תוכנית הרובוטיקה בנושא חשיבה הנדסית רב- תחומית, המיושמת בסביבת, NXT-G הינה תכנית רב תחומית המחברת מגוון רחב של עולמות תוכן. בשנה הראשונה לומד תלמיד העתודה רעיונות מרכזיים בפרדיגמה תכנותית. בבסיס התכנית עומד שילוב הידע שרכש התלמיד בבית הספר היסודי - בנושא הטכנולוגיה - עם תהליכי תיכון ופיתוח מוצר. החיבור בין עולמות התוכן הינו עניין מורכב, ורק הקפדה על עקרונות ותהליכים פדגוגים, תסייע להשגת יעדי התוכנית ומטרותיה. יתרונה של מערכת לגו בסביבת, NXT-G הוא בכך שאין מדובר במוצר הטכני רובוט, אלא בסביבת עבודה עוצמתית ומאתגרת. חברת רובוטק טכנולוגיות, בשיתוף פרג ון ויליאם, מחויבים ליצירת תוכנית לימודים קוהרנטית. אנו מאמינים שסביבת למידה זו, אשר תיתמך בתוכנית רב תחומית, תהווה חוליה נוספת בתוכנית עתודה מדעית טכנולוגית, ותתמוך בהשגת היעדים השאפתניים וכל כך חיוניים למדינה. 7 6

5 תוכנית הלימודים לפי הנחיות משרד החינוך הזמן הנדרש 60 שעות. מטרות התכנית - פיתוח חשיבה משולבת לוגית-הנדסית רב-תחומית בניתוח, בתיכון ובבניית פתרונות רובוטיים. להקנות מושגי יסוד ועקרונות ברובוטיקה. להנגיש לתלמיד טכנולוגיות מכטרוניות )אלקטרוניקה, מכניקה, תוכנה, בקרה( כך שיהיו עבורו כחומר ביד היוצר. לעודד לימוד עצמי והתמודדות עצמאית עם אתגרים. לספק מסגרת חווייתית מהנה בתהליך הלימוד. טבלת התכנים וחלוקת שעות מוצעת תוכן מבוא: רובוטיקה מושגים ברובוטיקה מערכות קלט - פלט הרובוט כמערכת קלט - פלט סקירת התפתחות היסטורית של תחום הרובוטיקה סוגי רובוטים - תעשייתיים, רפואיים, צבאיים, רובוטי משחק מודלים של רובוטים )אוטונומי, חצי אוטונומי( סקירת מרכיבי הרובוט מרכיבים מבניים מכניים מרכיבים אלקטרוניים בקר )Controller( מפעילים )Actuators( חיישנים )Sensors( תנועה - אנרגיה חשמלית, אנרגיה מכנית ותמסורת בסיסית מנועים חשמליים מבנה ופעולה של מנוע חשמלי התמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית התמרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית תמסורת )בסיסית(: המרת האנרגיה המכנית לסיבוב ציר חישה - זיהוי עצמים ומדידת גדלים פיזיקליים על ידי הרובוט באמצעות חיישנים סוגי חיישנים: לחצן חיישן מגע חיישן לזיהוי עצם )אינפרא-אדום( חיישן אור עיוני 2 2 מעשי 0 2 סה כ 2 תוכן ניתוח ותיכון מערכת הגדרת דרישות וניתוח מערכת ניתוח ותיכון מכני - מבנה ועומסים, מרכז כובד, תמסורות ניתוח ותיכון אלקטרוני - ניתוח חשמלי, סוגי חיישנים, מנועים תיכון תוכנה )מבני ואלגוריתמי( של התכנית הכוללת בינה מלאכותית - מערכות לומדות אגירת נתונים מהעבר לצורך שיפור אלגוריתמי דוגמא 1: פתרון מבוך פשוט ללא זיכרון דוגמא 2: פתרון מבוך פשוט עם זכרון מנסיונות קודמים סה כ התנסויות נושא סקירת מרכיבי הרובוט עיוני 4 מעשי 6 סה כ תנועה 1 תנועה 2 תוכן מרכיבי הרובוט בערכת הבנייה מרכיבים מכניים - אבני בניין, צירים, גלגלים, תמסורות מרכיבים אלקטרוניים - בקר, מנועים, חיישנים. תוכנה - סביבה ויזואלית להפעלת הרובוט. הכרת עורך, הגדרת עצמים ופעולות. הכרת הפעלת הרובוט: חיישנים, מנועים, מרכיבי רובוט נוספים הרצת תכניות דוגמא. התמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית מנוע - הפעלה מכנית )עקרון דינמו(. בניית רכב תלת-גלגלי, מנוע אחד מחובר לשני הגלגלים. הפעלת המנוע על ידי התוכנה - תכנית פשוטה להפעלת מנוע רציפה למשך 10 שניות. התמרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית מנוע שני מפעיל את המנוע הראשון על ידי סיבוב מכני של המנוע השני כשזה מחובר חשמלית לראשון. אופציונלי: הפעלת מנוע 1 על ידי התוכנה )חשמלית(, מנוע 2 מחובר למנוע 1 ולכן מופעל מכנית, ממנוע 2 יוצא כבל לנורית שדולקת! בקרה בחוג פתוח בקרה - הגדרת מושגים בניית רובוט בחוג פתוח בקרה בחוג פתוח לעומת בקרה בחוג סגור דוגמאות לבקרה בחוג פתוח בקרה בחוג סגור מושג הבקרה בחוג סגור - הגדרה ותיאור של מערכת עם משוב דוגמאות למערכות בקרה בחוג סגור רובוט מעקב אחרי קו Robot( )Line Following חישה 1: לחצנים חישה 1: זיהוי מכשולים ניסוי פשוט: בלחיצה על לחצן 1 הפעלת נורה, כיבוי בשחרור. ניסוי עם רכב רובוטי מהשיעור הקודם: בלחיצה על לחצן - 1 מנוע קדימה, לחיצה על לחצן - 2 אחורה, כיבוי בשחרור. חיישן אינפרא-אדום כמזהה עצמים בנייה: רכב תלת גלגלי, הוספת מנוע להתנסות הקודמת כך שיש שני מנועים בשני הצדדים. בזיהוי מכשול, חזרה אחורה, פניה על ידי הפעלת מנוע אחד. 9 8

6 נושא חישה 3 בקרת חוג פתוח בקרת חוג סגור ניתוח ותיכון מערכת תוכן חיישן מגע: זיהוי מגע עם עצם קשיח חיישן קול: זיהוי קול חיישן אור: זיהוי אור/חושך בניית רכב רובוטי נוסע 3 שניות קדימה, פונה ימינה, 4 X )ריבוע( דוגמא משיעור קודם: זיהוי מכשולים על ידי רכב רובוטי דוגמא: עקיבה אחרי קו תכנון רובוט לכיבוי נר הנמצא במבוך. פעילות 1 מבוא למערכות יעדים: 1. התלמידים יכירו את המושג מערכת 2. התלמידים יזהו מרכיבי מערכת קלט, עיבוד, פלט 3. התלמידים יבינו את תהליך עיבוד המידע במערכת מחשב מצגות לפעילות : חלק 1 היכרות כללית מספר שעות לימוד : 1 תרשים כללי של מערכת מחשב: פעילות 1 קלטים פלטים Inputs Outputs זיכרון Memory מעבד Processor המעבד: מבצע את ההוראות. הזכרון: מאחסן את התוכניות והנתונים. קלט: רכיבי קלט מעבירים מידע, חומר ו/או אנרגיה מהעולם החיצון למחשב. פלט: רכיבי פלט מעבירים מידע, חומר ו/או אנרגיה מהמחשב לעולם החיצון. 11 מערכת לומדת מימוש רובוט לפתרון בעית המבוך רכב רובוטי עם חיישן אור פונה כלפי הריצפה בעיית מבוך פשוטה זכירה של נתונים קודמים )שמירה לזכרון הפלאש( איחזור נתונים קודמים לשיפור האלגוריתם. על הספר הספר מכסה תוכנית לימודים הנפרשת על פני 60 שעות לימוד ותרגול,בהלימה לתוכנית משרד החינוך. הספר מחולק לפרקים לפי נושאים, וכולל הצעה לפעילויות המאגדות נושא מסוים. כל פעילות מהווה יחידת לימוד של 1-8 שעות לימוד רגילות, בנות 45 דקות כל אחת. החלוקה בין זמן הרצאה ולימוד תיאורטי לבין תרגול מעשי, תלויה במאפייני קבוצת הלימוד. המלצתי היא לאפשר תרגול ועבודה מעשית בצורה אשר תאפשר ותתמוך בהבנה של התלמידים וביכולת שלהם ליישם אלגוריתמיקה המשולבת ביישום, וכתיבת קוד הכולל מבני תכנות מורכבים, לפתרון בעיות בעולם האמיתי. רק חיבור בין התיאוריה למעשי יעביר לתלמידים את רוח תוכנית הלימודים, כפי שהיא מופיעה בפרסומים הרשמיים של משרד החינוך. המלצות לעבודה עם הספר הספר מאורגן לפי פרקים מרכזיים ופעילויות. הפעילויות מהוות תתי נושאים, שיש להם יעדים מוגדרים להשגה ופרקי זמן מוערכים לביצוע. הפרקים אורגנו לפי נושאים ופעילויות, זאת כדי שיהיה קל לחפש ולמצוא כל פרק או נושא. אולם רצוי ומומלץ ללמד לפי סדר המותאם לקבוצת הלימוד, וכן לאפשר לתלמידים לנווט לחומרים שונים בספר. דוגמא : פרק רביעי כולל הסבר על מרבית הפקודות בהם התלמידים ישתמשו. הפקודות וההסברים ממוקמים בפרק זה, כדי שיהיה קל ונוח להגיע להסבר של כל פקודה. אין הכרח ללמד את קבוצת פקודות אלו בפעילות אחת. עדיף לפרוש את הלמידה והגילוי של הפקודות הללו לאורך פרקי הספר ושנת הלימודים. דוגמא : כאשר מלמדים בפרק שלישי כתיבה,טעינה והרצת תוכנית, יש להסביר שלוש פקודות בסיס:,sound, display, move לתת את ההסבר המלא על ההוראות, להסביר את חלון קונפיגורציה של הפקודות, ולתת משימות לתלמידים שיתרגלו כתיבה, עריכה,טעינה והרצת התוכניות. הספר מהווה את מכלול החומר והידע הנדרש. הניווט בין פרקי הספר, הנושאים ותתי הנושאים אינו חייב להיות לינארי וחשוב שיהיה מותאם לקבוצת הלימוד. 10

7 דוגמא: מערכת מחשב ביתית פרק א מערכות קלט, עיבוד, פלט פעילות 2 מערכות קלט, עיבוד, פלט פלט: מדפסת פלט: מסך יעדים: 1. התלמידים יכירו מערכות קלט - פלט שונות: טכנולוגיות, בטבע) למשל בגוף האדם( 2. התלמידים יתארו את תהליך העיבוד במערכות אלו. 3. התלמידים יציגו דוגמאות ויתארו את מרכיבי המערכת ואת תהליכי העיבוד. מצגות לפעילות : קלט - פלט קלט: סורק מחשב מעבד+זיכרון קלט: מקלדת מספר שעות לימוד : 3, כולל תרגול. הגדרה - מערכת : מערכת כוללת קבוצת רכיבים, אשר מבצעים יחד תהליך כדי להגיע למטרה מסוימת. לכל המערכות יש קלט ופלט. הקלט למערכת הוא אחד מ- 3 הסוגים הבאים: אנרגיה, חומרים, מידע. דוגמאות : מערכת מערכת הדלק במנוע רכב מטרת מערכת אספקת דלק למנוע מרכיבי מערכת מיכל דלק, צינורות, משאבת דלק, מסננים קלט למערכת דלק, מידע פלט מהמערכת סיבוב המנוע, עשן פלט: 3 מנועים )A,B,C( דוגמא: רכיב NXT כניסה לתקשורת USB לחצן תפריט ימני מקש חזרה בתפריט 4 ערוצי קלט לחיישנים )1,2,3,4( פלט: מסך LCD מסך הפעלה/אישור בחירה לחצן תפריט שמאלי מערכת מחשב מערכת מכונת כביסה הרצת תכניות מחשב ניקוי כביסה מלוכלכת זיכרון, מעבד, מקלדת, עכבר, מסך, דיסק מנוע חשמלי, תוף, תא חומרים, גוף חימום חשמל, נתונים, תכנית חשמל, מים, אבקת כביסה, כביסה מלוכלכת, תוצאת התכנית על גבי המסך/ מדפסת כביסה נקיה, מים מלוכלכים, רעש מעבד: bit 32 arm Atmel AT91SAM256 running at 50 Mhz זכרון : Flash 64K Static RAM 256K פעילות פעילות 1

8 למערכות מורכבות יש תתי מערכות - מערכת מכונית כוללת: מערכת דלק, מערכת בלימה, מערכת קירור, מערכת הנעה, מערכת מיזוג. רישום מבנה של מערכת תרשים מלבני ניתן לייצג מערכת באמצעות "תרשים מלבנים". התרשים מציג את המרכיבים, הקלטים והפלטים של המערכת. מערכת מכונת כביסה כוללת: מערכת חימום מים, מערכת אספקת וניקוז המים, מערכת סחיטה. למרבית המערכות יש מערכת אחת משותפת - הבקרה, אשר אינה מבצעת פעולות באופן ישיר, אלא מבקרת את פעולת תתי המערכות והמערכת כולה. מערכת זו כוללת חיישנים, אשר מעבירים לה מידע על התקדמות תהליך העיבוד. מערכת כללית - פלט קלט דוגמא : 1. במכונת הכביסה ישנו חיישן המודד את טמפרטורת המים. כאשר הטמפרטורה מגיעה ליעד הרצוי, מועבר המידע לבקרה של מכונת הכביסה. 2. במכונית ישנו חיישן "רוורס" המשמש כמד מרחק ממכשול, לצורך נסיעה בטוחה. נציג מערכות טכנולוגיות באמצעות מודלים על בסיס ערכת NXT וננתח מהו הקלט, הפלט והעיבוד של מערכות אלו במציאות. מנוף הרמה משאות- קלט: מידע והוראות הפעלה, דלק / חשמל להפעלת המנוף. פלט : המשא מורם ומונף למקומו החדש, עשן ( אם משתמשים בדלק מאובן (. עיבוד: מערכות הבקרה של המנוף מפרשות את ההוראות של מפעיל המנוף. מנועים מופעלים, רצועות ושרשראות נעות, המשא מונף ומועבר למקום חדש. מכונית - קלט: מידע, תנועות הגה, הילוכים, דוושת גז, דלק ( חשמל, בנזין, סולר, גז(. פלט: תנועת המכונית, עשן ( אם משתמשים בדלק מאובן ). עיבוד: המכונית, באמצעות מערכות המשנה) היגוי, בלימה, תאוצה(, נעה לכיוון הנבחר במהירות שנקבעה על פי : דוושת הגז, הילוך המכונית, מצב הצמיגים וכדומה. 15 פעילות 2 14 פעילות 2

9 תהליך העיבוד במערכת קלט - פלט קלט - צמר מכונת אריגה פלט - שטיח פעילות 3 סוגי רובוטים יעדים: 1. התלמידים יכירו את המושג "רובוט". 2. התלמידים יבחינו בין רובוט למכונה "רגילה". 3. התלמידים יציגו דוגמאות של רובוטים בתחומים שונים. מצגות לפעילות : קלט - פלט מספר שעות לימוד : 2, כולל תרגול היסטוריה של הרובוטים - משימה - בחר מערכת קלט - פלט. חשוב על התהליך אותו מבצעת המערכת שבחרת. מהו הקלט במערכת שבחרת? מהו הפלט במערכת שבחרת? מהו תהליך העיבוד במערכת שבחרת? חפש ברשת האינטרנט 3 תמונות המתארות את התהליך : תמונה לקלט, תמונה לעיבוד, תמונה לפלט. צור כרזה של התהליך. Unimate היה הרובוט התעשייתי הראשון. הרובוט הופעל לראשונה בשנת 1961,במפעל ייצור המכוניות של חברת. General Motors הרובוטים כיום הינם חלק בלתי נפרד מכל תחומי החיים, החל מחקר החלל, עולם התעשייה, הרפואה ועד לניקוי הבית. משימה - לפניך 6 תמונות של תהליך עיבוד. תאר את תהליך העיבוד בכל תמונה. חפש ברשת תמונה של קלט ותמונה של פלט עבור כל תהליך עיבוד. רובוט מנקה בריכות רובוט שואב אבק רובוט בחלל פעילות פעילות 2

10 משימה - חפש ברשת תמונות של רובוטים, תאר בקצרה אלו משימות מבצע כל רובוט. משימה - חשוב על שימוש או תפקיד שרובוט יכול לבצע,בכל תחום שתבחר. ציין אלו יכולות צריך הרובוט כדי לבצע את המשימה שבחרת. רובוט בצבא- שומר על הגבול פעילות - 4 רכיבי הרובוט יעדים: 1. התלמידים יכירו את מרכיבי הרובוט 2. התלמידים יכירו את הלבנה החכמה ואת תפקידי הכפתורים על הלבנה. 3. התלמידים יתרגלו שימוש בתפריטים של הלבנה החכמה: a. דפדוף בין תוכניות הנמצאות על הלבנה. b. מחיקת תוכניות מזיכרון הלבנה באמצעות המקשים. c. הפעלה וכיבוי של הלבנה החכמה. 4. התלמידים יתרגלו פירוק והרכבת החיישנים ושינוי בגלגלים ( בהתאם לציוד והתוספות הנמצאות בית הספר(. מצגות לפעילות : חלק 1 היכרות כללית רכיבים מספר שעות לימוד : 2 מרכיבים מכניים: זרועות גלגלים זחלים מוטות גלגלי שיניים ועוד. מרכיבים אלקטרונים : לבנה חכמה חיישנים נורות מנועים חשמליים ( כולל רכיבים מכניים(. פעילות פעילות 3

11 פרק ב - מנוע חשמלי עקרונות ופעילויות מנועים חשמליים בגדלים שונים פעילות - 5 מנוע חשמלי : מבנה ושימושים מנוע חשמלי קטן בטיסן רכב עם מנוע חשמלי קטן מנוע חשמלי המניע אופניים יעדים: 1. התלמידים יכירו את המושגים: מנוע, מנוע חשמלי, מגנט, אלקטרו מגנט. 2. התלמידים יזהו שימוש במנועים חשמליים במכונות שונות. 3. התלמידים יבנו אלקטרומגנט פשוט. 4. התלמידים יבנו "מכונה" הכוללת מנוע חשמלי שנבנה על-ידם. מספר שעות לימוד : 4, כולל תרגול. שימושים באלקטרומגנט: סנדלר אנגלי גילה לראשונה,במאה ה- 18,שכאשר מלפפים תיל מוליך מסביב למסמר ברזל ומעבירים זרם חשמלי דרך התיל, הופך המסמר למגנט. לימים סיכם המדען הסקוטי הצעיר בשם ג'יימס קלארק מקסוול את הכללים והחוקים הפיסיקליים החלים על חשמל ומגנטיות. טלגרף דיסק קשיח ויקיפדיה - אלקטרומנגנט אלקטרומגנט הוא סוג של מגנט שבו השדה המגנטי מופק באמצעות זרם חשמלי המועבר מסביב לליבת מתכת, ובו השדה המגנטי מתפוגג כאשר הזרם החשמלי נפסק. האלקטרומגנט משתמש בחשמל כדי להפיק כוח מגנטי. המבנה הבסיסי של אלקטרומגנט הוא ליבה של חומר פרומגנטי )לרוב ברזל(,סביבה מלופף סליל מחומר מוליך, לרוב נחושת. עם העברת זרם חשמלי בסליל נוצר שדה מגנטי בתוך הליבה והופך אותה למגנט חזק. השימוש באלקטרומגנטים: בחיי היומיום אנו פוגשים אלקטרומגנטים רבים: בפעמוני הדלתות, טלויזיות, מכ"מים, מחשבים, תקשורת, רכבות נוסעים ואף להרמת גרוטאות ברזל כבדות ע"י מנוף שבקצהו אלקטרומגנט. המנוע החשמלי פועל על בסיס האלקטרומגנטיות. המנוע החשמלי ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. הקשר החשוב הזה בין חשמל למגנטיות, שינה את פני העולם. מנוף רמקול המנוע החשמלי הביא למהפכה בתעשייה, אשר השפיעה על כל היבט בחיים המודרניים. עד להמצאת המנוע החשמלי, נעשה שימוש במנוע קיטור, שהיה מסורבל לשימוש ויעילותו היתה נמוכה. ניתן לייצר את המנוע החשמלי בכל גודל. יעילותו גבוהה, הוא אינו מזהם את הסביבה וניתן לשלבו בכל מערכת. פעילות פעילות 5

12 דגמים של מכונות: פרק ג תהליך כתיבה, הטענה והרצת תוכנית בסביבת NXT- G פעילות 6 כתיבה, טעינה והרצת תוכנית אלקטרומגנט פשוט מנוף אלקטרומגנט יעדים: 1. הכרת סביבת העבודה. NXT-G 2. הכרת תפריט המערכת. 3. פיתוח תוכנית חדשה והכרת מצב העריכה של התוכנית. 4. בחירת פקודות מתפריטי הפקודות ושילובן בתוכנית. 5. הכרת פעולות הטענה ; הרצת תוכנית. 6. הכרת תפריט הפקודות הנפוצות ;הכרת תפריט הפקודות הכללי..7 הכרת הפקודות move, display, sound, motor ואת האפשרויות לשינוי הפרמטרים של הפקודות. 8. כתיבת תוכניות פשוטות ( עם 1-5 הוראות ) והרצת התוכניות. מצגות לפעילות : תכנות מערכות פקודות בסיס ותוכנית ראשונה מספר שעות לימוד:, 4 כולל תרגול. כתיבת תוכנית במחשב בסביבות NTX-G התוכנית מתורגמת לשפת ByteCodes הטענת התכנית ללבנת NXT תמונת מנוע חשמלי לבנת ה - NTX מריצה את ההוראות התכנית מתורגמת מ- ByteCodes לשפת הלבנה החכמה ARM Move x to register סוללה פעילות פעילות 5

13 מסך סביבת העבודה סיכום תהליך ביצוע משימה - בנייה של רובוטים תוכניות ואתגרים פרופיל משתמש תפריט פקודות 1. קרא את הוראות המשימה. 2. תכנן את הביצוע. 3. כתוב תוכנית בקוד מדומה ( ניסוח כללי בשפה העברית (. 4. כתוב את התוכנית באמצעות הפקודות במסך העריכה. 5. טען את התוכנית ללבנה החכמה. 6. הרץ את התוכנית. 7. במידה והתוכנית מבוצעת ללא שגיאות, חשוב על שיפורים ותוספות. 8. אם התוכנית אינה מבצעת את המשימה - חזור לשלב 2 או. 3 הטענת תוכנית ללבנה החכמה - ביצוע הטענת התוכנית ללבנה החכמה ללא הרצתה : בחירת שם משתמש קביעת פרמטרים של ההוראה עזרה ZOOM PANEL מסך כתיבת תוכנית כתיבת הערות בתוכנית הזזת מסך כלי הצבעה הטענת תוכנית ביצוע הטענה והרצת התוכנית ללבנה החכמה, על ידי לחיצה על הכפתור הכתום - run : Download and Download and run אזור הכנסת פקודות לתכנית פקודת משתמש פקודות נפוצות הטענת תוכנית והרצה כל הפקודות פעילות פעילות 6

14 הרצת קבוצת פקודות מסוימת בלבד מתוך התוכנית - א. סמן ובחר את קבוצת הפקודות : משימה ג 5 - כתוב תוכנית בה ינוע הרובוט לפי צורת האות. s ב.לחיצה על מקש הרצת קבוצת פקודות : Download and run selected המלצה: ללמד את הפקודות, move, display, sound, motor ולפתור את משימות פרק זה. משימה ג 1 - כתוב תוכנית שתניע את הרובוט קדימה במשך 2 שניות. משימה ג 2 - כתוב תוכנית שתניע את הרובוט קדימה למשך 2 סיבובים,Rotations ואחורה למשך 3 שניות. משימה ג 3 - כתוב תוכנית שתניע את הרובוט 600 מעלות Degrees. הפעל את מנוע ( A באמצעות ההוראה להפעלת מנוע יחיד )Motor. בחר סיבוב במעלות והקלד את המספר : 90. בהוראה הבאה בחר : השמע צליל ובחר את השמעת קובץ הקול. Goodjob משימה ג 4 - כתוב תוכנית שתניע את הרובוט במעגל.כאשר הרובוט יחזור לנקודת המוצא לאחר תום הסיבוב, דמות הסמיילי תופיע על מסך הלבנה החכמה. שים לב: ביצוע מוצלח של משימה זו יהיה כרוך בניסיונות רבים. נסה שוב ושוב. שנה את מספר השניות של פרק הזמן לתנועה, שנה עוצמה ושנה את ההיגוי של ההוראה.move זה בסדר לנסות, זה בסדר לטעות, זה כייף להצליח. פעילות פעילות 6

15 פעילות - 7 ניהול תקשורת ומשאבי זיכרון של לבנת NXT מסך ניהול זיכרון המערכת יעדים: 1. הכרת לחצן ניהול משאבי הלבנה החכמה. 2. הטענת מספר תוכניות ובדיקת מצב הזיכרון של הלבנה. 3. מחיקת תוכניות מהזיכרון ובדיקת מצב הזיכרון לאחר הפעולה. 4. הכרת הפקודה wait ובחירת האפשרות : המתנה בשניות. תכנית משתמש מספר שעות לימוד : 2, כולל תרגול. מצגות לפעילות : תכנות בסיסי פקודות בסיס ותוכנית ראשונה כתיבת תוכנית ללבנה החכמה מצב סוללה סוג תקשורת ללבנה החכמה זכרון משתמש זכרון המערכת קושחה גירסת תוכנת המערכת הקושחה טעינת התוכנית ללבנה החכמה כתיבת תכנית למחשב מסך ניהול תקשורת עם הלבנה החכמה לחיצה על לחצן ניהול משאבי הלבנה החכמה, תציג תפריט עם שתי לשוניות: לשונית ניהול תקשורת עם הלבנה החכמה. לשונית ניהול הזיכרון של הלבנה החכמה. ניהול זכרון ניהול תקשורת ללבנה לחצן ניהול משאבי הלבנה החכמה NTX window פעילות פעילות 7

16 התחברות ללבנה באמצעות תקשורת BlueTooth -)במחשבים התומכים בלבד(. בחר בתפריט הלבנה החכמה את שן כחולה העבר למצב ON ואשר באמצעות לחיצה על הכפתור הכתום בלבנה החכמה. בסיום הסריקה אנו מקבלים רשימת לבנות חכמות הזמינות להתחברות באמצעות תקשורת שן כחולה.בחר את הלבנה שלך ואשר. חלון תקשורת לבנה החכמה הכנס בתכנת NXTg לתפריט ניהול משאבי הלבנה ובחר ב-,scan הנמצא תחת לשונית התקשורת ( communications (, לביצוע סריקה ללבנות חכמות הזמינות לתקשורת "שן כחולה". סריקת אביזרים מחוברים USB, Bluetooth ביטול חיבור אישור חיבור אישור החיבור על המסך : בחיבור בפעם הראשונה תתבקש להזין קוד במחשב ובלבנה החכמה. קוד ברירת המחדל הוא לאחר הקלדתו חיבור שן כחולה יאושר. כעת ניתן יהיה לקבל מידע מהלבנה החכמה, כולל מצב סוללה. יש חיבור שן כחולה - RV1 ללבנה החכמה. פעילות פעילות 7

17 משימה ג 6 שים לב: מה קורה אם אנו מסיטים את כפתור ההיגוי עד לקצה של אחד הצדדים. כתוב תוכנית אשר בה מוצגת על מסך הלבנה החכמה דמות הסמיילי העצוב. התוכנית תמתין 2 שניות ותציג סמיילי מחייך. משימה ג 7 כתוב תוכנית בה הרובוט יסתובב במקום וייפנה בזווית של 90 מעלות. כפתור ההיגוי הוסט לקצה נסה לפתור את המשימה על-ידי שימוש בהסטת כפתור ההיגוי לאחת הקצוות. שנה את פרק הזמן של התנועה.) בשניות או במעלות או בסיבובים ) בחן לאיזה כיוון אתה מסיט את הכפתור, בהתאם לכיוון התנועה והסיבוב הנדרשים. משימה ג- 8 העמד עצם לפני הרובוט במרחק מסוים )כדור ממערכת התוספות, או אחד מרכיבי הפלסטיק בערכה (. כתוב תוכנית אשר בה נע הרובוט לעבר העצם ומפעיל את הזרוע ( מנוע A(, המסיטה את העצם מהדרך. שים לב: ניתן לנוע לעבר העצם עם תכנון וחישוב המרחק בין הרובוט לעצם. לצורך זה עליך לחשב מהו היקף הגלגלים המחוברים לרובוט, למדוד את המרחק בין הרובוט לעצם, ולחשב מהו פרק הזמן או מספר המעלות או מספר הסיבובים הנדרשים לתנועה. שים לב, הנעת הרובוט כך שייפנה בזוית של 90 מעלות אינה פשוטה. נסה לשנות את כפתור ההיגוי בפקודה. move האם לדעתך כדאי לבחור בחישוב הזמן או מספר המעלות? נמק תשובתך. קוטר הגלגל במילימטרים כפתור היגוי פעילות פעילות 7

18 פרק ד - הסבר על הפקודות Blocks מאפייני סביבת, NXT- G בה אנו משתמשים לתכנת את הרובוט- פעילות - 8 הסבר על פקודות יעדים: 1. הכרת המבנה הבסיסי של פקודה: מאפייני הפקודה, מסך שינוי הפרמטרים. 2. כתיבת תוכניות בסיסיות עם: הפעל מנוע, הצג, צליל. 3. תירגול שינויים בפרמטרים של הפקודות השונות. סביבת תכנות באמצעות צלמיות 39 לבנות מובנות ומונחות ניהול פרופיל משתמשים 2 רמות קושי פועלת על מנוע LabView הלבנה הפעל מנוע: מנוע הפעל פרמטרים - Setting ערוץ )A,B,C ( מצגות לפעילות : חלק 3 תכנות בסיסי חלק 4 לולאות והתניות מבני תכנות עוצמה לבנת הפקודה - Block מספר שעות לימוד : 6, כולל תרגול. רקע - ניתן לתכנת את הלבנה החכמה בשפות שונות: שפת - NXC- Not exactly C שפת תכנות הדומה לשפת C, אבל כשמה- לא בדיוק. C C שפת תכנות Robot C Java שפת -NXJ לכל אחת מהשפות יש מאפיינים ייחודיים, יתרונות וחסרונות. סוג פרק זמן: סיבובים מעלות שניות ללא הגבלה כמות יחידות היגוי כיוון תנועה/עצירה אנו משתמשים בשפת NXT-G,שפה המתבססת על בלוקים-, block כל בלוק מייצג הוראה. הלבנה הצג: פרמטרים - Setting היתרון בשפה גרפית זו הוא היכולת של תלמיד להתחיל לתכנת, ללא צורך בידע מוקדם. קבוצת ההוראות המוצגת כאן כוללת את ההוראות הנפוצות וההוראות בהן נעשה שימוש. הצג לבנת הפקודה - Block חשוב לשים לב, חלק זה נועד לשמש כבסיס תיעודי המסביר מה מבצעת כל הוראה. פירוט נוסף ויישומים נוספים יוצגו בהמשך פרקי הספר. התמונה שנבחרה שם הקובץ גודל התמונה שם הקובץ פעילות פעילות 8

19 הפקודה הצג Display מציגה גם טקסט: הלבנה הפעל מנועים : הפעל מנוע פרמטרים - Setting ערוץ )A,B,C ( עוצמה לבנת הפקודה - Block הצגת איור אישי: הפקודה הצג, מאפשרת לצייר את האיור שלך, לפקודה כלי ציור, כולל - נקודה, קו, מעגל. הלבנה השמע צליל: סוג פרק זמן: סיבובים מעלות שניות ללא הגבלה היגוי כיוון תנועה/עצירה הלבנה השמע צליל : השמע צליל פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block עוצמה השמע קובץ שים לב, התצוגה על מסך הלבנה החכמה, מופיעה לפרק זמן קצר מאוד. אם אנו מעוניינים לאפשר צפייה בתצוגה למשתמש בתוכנית, יש לשלב פקודת המתן למשך מספר שניות, לפי הצורך. דוגמא : שם קובץ הצליל המתן לסיום ההשמעה כמות יחידות עוצמה בחירה של השמעת Tone זמן השמעה סוג הצליל השמע צליל פעילות פעילות

20 המתן לחיישן אור פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block קבוצת הפקודות המתן לחיישן קבוצת פקודות אלו - הקבוצה הכתומה - מאופיינת בכך שתוכנית המחשב ממתינה לקיום התנאי המצוין בפקודה. התוכנית אינה "מתקדמת" ואינה מבצעת את ההוראה הבאה לאחר פקודת "המתן לחיישן",עד לקיום התנאי. חיישן סיבובי מנוע חיישן זמן חיישן אולטראסוני חיישן אור חיישן קול חיישן מגע תנאי עוצמת אור בחירת ערוץ קלט לחיישן אור מוחזר אור סביבה סוג החיישן פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block המתן לחיישן אולטראסוני המתן לחיישן מגע לבנת הפקודה - Block פרמטרים - Setting תנאי עוצמת רעש מידה: אינטש/סנטימטר בחירת ערוץ קלט לחיישן סוג החיישן פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block בחירת מצב בדיקה לחיצה שחרור סוג חיישן המתן למסר מרכיב שן כחולה ערך להשוואה סוג מידע טקסט/מספר/לוגי המתן מספר שניות סוג החיישן המתן לחיישן רעש פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block תנאי עוצמת רעש בחירת ערוץ קלט לחיישן סוג חיישן זמן המתנה בשניות פעילות פעילות 8

21 המתן לערך סיבוב מנוע לבנת לולאה - ביצוע לולאה מספר פעמים, תלוי לפי תנאי הלולאה : פרמטרים - Setting לבנת הפקודה - Block מנוע )A,B,C ( תנאי סיבובים/מעלות סוג חיישן לבנת יצירת מספר אקראי - לבנת תנאי - ההוראה - יצירת מספר אקראי לבנת תנאי מאפשרת פיצול של הקוד, לפי קיום או אי קיום של התנאי: קביעת פרמטרים להוראה : הוראות שיבצעו אם התנאי מתקיים הוראות שיבצעו אם התנאי לא מתקיים קביעת טווח המספרים קו מוצא, להעברת הערך להוראה התנאי לפי ערך הנדגם על ידי החיישן פעילות פעילות 8

22 קבוצת ההוראות "הצהובה" - חיישנים קבוצת הוראות זו מאפשרת דגימה מחיישנים. קיים הבדל משמעותי בין הוראות אלו להוראות "המתן לחיישן". התוכנית לא ממתינה, אלא מבצעת דגימת ערך מהחיישן, ומאפשרת,באמצעות קווי נתונים, העברת ערך זה להוראה אחרת בתוכנית. הלבנה - העברת ערך מספרי לטקסט פקודת הצג, אינה מציגה ערך מספרי, אלא רק תמונה Image, או טקסט.Text כאשר אנו מעוניינים להציג ערך שנדגם באחד החיישנים, לדוגמא :הצגת ערך הנדגם בחיישן אור, יש להפוך את הערך המספרי,Number לייצוג טקסט.Text ההוראה Number to Text מבצעת את ההמרה. העברת הערכים אל הפקודה, ומהפקודה לפקודה אחרת- מתבצעת באמצעות קווי הנתונים. קבוצת ההוראות "הצהובה " חיישנים מרכזיים: הוצאת הערך בייצוג טקסט כניסת הערך המספרי דוגמא דגימת ערך והצגתו : חשוב! להוראות אלו יש את ערוצי קווי הנתונים,המאפשרים את העברת הערך הנדגם על ידי החיישן. פירוט מלא, בליווי דוגמאות, של האופן בו אנו מעבירים ערכים ( טקסט, מספר, לוגי( בין הוראות, מוסבר בפרק ט. המתן שניה הוראת הצגה במצב הצגת טקסט הסבר מלא ומפורט על קווי נתונים - בפרק ח'. העברת הערך המספרי העברת ערך בייצוג טקסט להצגה דגימת ערך חיישן אור פעילות פעילות 8

23 פרק ה - פיתוח ויישום אלגוריתמים בסביבת NXT פעילות 9 מבני תכנות יעדים: 1. הכרת המבנים התכנותיים הבסיסים: סדרתי, תנאי, לולאה. 2. הכרה וכתיבה של "קוד מדומה". 3. תרגול תרגום מתוכנית "קוד מדומה" לתוכנית בשפת. NXT-G מצגות לפעילות: מבני תכנות פתח ויישם חלק 2 מערכת הנעה חלק 4 לולאות והתניות מספר שעות לימוד : 8, כולל תרגול. דוגמאות לתוכניות בסביבת NXT-G המממשות את המבנים : סדרתי, תנאי, לולאה. מבנה סדרתי דוגמא א:.1 המתן לחיישן קול ( עוצמה > 36.) 2. הפעל מנועים),B,C סיבוב 1, עוצמה 75(. דוגמא ב: 1. המתן לחיישן אולטראסוני)מרחק < 30, כניסה 4(. 2. הפעל מנועים),B,C סיבוב 1, עוצמה 75(. מבני תכנות - סביבת NXT מאפשרת תכנות עם מבני התכנות הקלאסיים: מבנה סדרתי מבנה תנאי מבנה לולאה מבנה סדרתי כולל הוראה אחת או יותר, המתבצעות לפי סדר הופעתן : דוגמא למבנה סדרתי - 1. נוע קדימה 2 שניות.2 השמע צליל good job 3. נוע אחורה 3 שניות 4. השמע צליל goodbye דוגמא למבנה תנאי - 1. המתן )חיישן מגע = מצב לחוץ( 1.1 נוע קדימה 2 שניות מנועים C B 1.2 השמע צליל goodbye דוגמא למבנה לולאה - 1. נוע קדימה ללא הגבלה מנועים B C 2. המתן לערך >20 חיישן אולטראסוני 3. בצע לולאה 4 פעמים 3.1 השמע צליל good job 3.2 נוע קדימה 2 שניות מנועים B C 4. השמע צליל goodbye דוגמא ג: תנועה של הרובוט בתבנית מדרגות - 1. בצע לולאה 4 פעמים. 1.1 הפעל מנועים) B,C,2 שניות,עוצמה 75,כיוון קדימה(. 1.2 הפעל מנוע) B,1 שנייה, עוצמה 50, כיוון קדימה(. 1.3 הפעל מנוע) C,1 שנייה, עוצמה 50,כיוון אחורה(. 1.4 הפעל מנועים B,C,2( שניות, עוצמה 75, כיוון קדימה(. 1.5 הפעל מנוע) B,1 שנייה, עוצמה 50, כיוון קדימה(. 1.6 הפעל מנוע) C,1 שנייה, עוצמה 50, כיוון אחורה(. פעילות פעילות 9

24 מבנה לולאה דוגמא ד: מבנה סדרתי הכולל: 1. הוראת תנועה 2. לולאה.1 הפעל מנועים ( 3 B C שניות, עוצמה,70 קדימה(..2 השמע צליל.good job.3 הפעל מנועים ( 3 B C שניות, עוצמה,70 אחורה(..4 השמע צליל.good bye דוגמא ה: מבנה סדרתי כולל מבנה תנאי - 1. הפעל מנועים ( C B ללא הגבלה, עוצמה 75, קדימה(. 2. אם ( חיישן מגע= לחוץ (, 2.1 הפעל מנועים) B C 1 שנייה, עוצמה 75, אחורה( אחרת 2.2 הפעל מנועים) B C 3 שניות, עוצמה, 75 קדימה.).3 השמע צליל. good bye מבנה סדרתי הכולל: 1. הוראת תנועה 2. לולאה הכוללת 3 הוראות 3. הוראת תנועה פעילות פעילות 9

25 מבנה סדרתי השמעת צלילי מוסיקה פירוט ההוראות הלולאה נקבעה לביצוע 4 פעמים : דוגמא ו: הוראת display הראשונה : מבנה מורכב: מבנה סדרתי בשילוב לולאה הכוללת תנאי בתוך הלולאה :.1 המתן לצליל בגובה > נוע קדימה 1 שנייה. 3. הצג סמיילי על מסך. NXT 4. בצע 10 פעמים. 4.1 אם מרחק מגוף < 20 סנטימטר, נוע קדימה מנועים C. B אחרת סובב מנוע מנוע A 180 מעלות. 4.2 נוע לאחור 3 שניות מנועים. B C.5 השמע צליל.good job הוראת : wait הוראת display השנייה : משימות - משימה ה 1 - לפניך התוכנית הבאה: 1. כתוב במילים שלך : א. מה מבצעת התוכנית? ב. מה יוצג על מסך הלבנה החכמה? 2. הרץ את התוכנית. פעילות פעילות 9

26 משימה ה 2 - לפניך תוכנית עם פירוט ההוראות. א. מה מבצעת התוכנית? ב. מה יעצור את ביצוע הלולאה? ג. מה מבצעת הפקודה שממוקמת לאחר הלולאה? משימה ה 3 - לפניך התוכנית הבאה: פירוט ההוראות - ההוראות בתוך הלולאה: א.תלמיד בכיתה אמר שההוראה המופיעה לאחר הלולאה לא תתבצע לעולם. האם התלמיד צודק? הסבר. ב.פירוט הוראת התנאי בתוך הלולאה : תנאי העצירה של הלולאה : מה לדעתך מבצעת התוכנית? תאר באופן כללי את הביצוע. ג. במידה והתלמיד שציין שההוראה המופיעה לאחר הלולאה לא תתבצע לעולם - צודק, שנה את תנאי סיום הלולאה, כך שהתוכנית תבצע את ההוראה display,המופיעה לאחר הלולאה. קבע תנאי לפי בחירתך. ההוראה המתבצעת לאחר סיום הלולאה : משימה ה 4 - כתוב תוכנית בה הרובוט מסייר ללא עצירה ברחבי החדר. כאשר הרובוט נתקל במכשול,הוא מפעיל את זרוע הרובוט לסילוק המכשול. פעילות פעילות 9

27 הביצוע : כתיבת תוכנית עם הרצה במקביל פעילות 10 תכנות מקבילי יעדים: 1. הכרת התכנות המקבילי בשפת. NXT-G 2. הרצת תוכניות דוגמא עם תכנות מקבילי. 3. כתיבת תוכניות הכוללות תכנות מקבילי. מספר שעות לימוד : 4, כולל תרגול. סביבת הפיתוח NXT-G מאפשרת לכתוב תוכניות עם ריצה במקביל של מספר קטעים של התוכנית. כל קטע תוכנית נמצא על קו ההוראות ורץ באופן עצמאי. דוגמא : התוכנית הבאה כוללת שלושה קווי הוראות )beam(. הקווים רצים במקביל. ההוראה הראשונה בקו האמצעי מופעלת. ההוראה הראשונה בקו העליון מופעלת. ההוראה הראשונה בקו התחתון מופעלת. ההוראה השנייה בקו האמצעי מופעלת. ההוראה השנייה בקו העליון מופעלת. ההוראה השנייה בקו התחתון מופעלת. הבחירה במקרה זה היא בהוראת השמע: צליל קובץ שונה להשמעה, כך שניתן לעקוב אחר הביצוע. יצירת קווי הרצת התכנית- יצירת קווי הרצת התכנית נעשית על-ידי יצירת הקו האמצעי. לוחצים על הלחצן השמאלי בעכבר וגוררים, נוצר קו פקודות. הערה: אין צורך להאריך קווים קיימים. בזמן הוספת הוראות מתארך הקו באופן אוטומטי, כדי לתת מקום להוראות החדשות. באותו אופן, מתקצר הקו כאשר מוחקים הוראות. פעילות פעילות 10

28 יצירת הקו העליון - יצירת קו הפקודות העליון מתבצע באותו אופן, לחיצה על הלחצן השמאלי של העכבר וגרירה. שים לב, סמן העכבר משתנה לצורה : חוט תפירה. המשך משימות - משימה ה 5 - כתוב תוכנית בה הרובוט מבצע תנועה במעגל. משימה ה 6 - כתוב תוכנית בה הרובוט ינוע על מלבן דמיוני באורך 50 ס מ ורוחב 25 ס מ. משימה ה 7 - כתוב תוכנית בה הרובוט יוצר בתנועתו את האות ח. משימה ה- 8 הנח את שני הכדורים הכלולים בערכה שלך במרחק מהרובוט. כתוב תוכנית בה הרובוט נע ונעצר ליד כדור, מפעיל את הזרוע המחוברת למוצא, A ומכה בכדור. יצירת קו הפקודות התחתון - נוצרת באופן דומה. משימה ה 9 - כתוב תוכנית שתנגן קטע מוסיקלי מספר פעמים. משימה ה 10 - כתוב תכנית נסיעה לאורך גבולות ריבוע. משימה ה -11 כתוב תוכנית שתשמיע קטע מוסיקלי ובמקביל תציג אנימציה על מסך הלבנה החכמה. בפרק ח, הכולל תוכניות מורכבות, נעשה שימוש בתכונה חשובה זו של סביבת.NXT-G משימה ה -12 כתוב תוכנית שתניע את הרובוט קדימה, ובמקביל תפעיל את זרוע הרובוט. פעילות פעילות 10

29 פרק ו - חיישנים פעילות 11 היכרות מעמיקה עם חיישנים יעדים: 1. הכרת ארבעת החיישנים הבסיסיים: מגע, אור, רעש, מרחק. 2. הכרת ההוראה wait to ושילובה במשימות שונות. 3. הרצת תוכניות דוגמא עם תכנות מקבילי. 4. כתיבת תוכניות הכוללות תכנות מקבילי. מצגות לפעילות: חיישנים פתח ויישם מספר שעות לימוד : 4, כולל תרגול. חיישן אור ערכים שהחיישן מזהה: 5% במצב של אור מינימלי. 100% באור מלא. ערך האור המוחזר מתקבל כאשר דולק בחיישן אור אדום ( אקטיבי(. כאשר האור האדום כבוי, מזהה החיישן את האור של הסביבה ( פסיבי(. מיצוב חיישן האור בתנאים מיטביים : הכיוון של האור יהיה ישר כלפי מטה,לכיוון המשטח עליו נע הרובוט. המרחק המיטבי בין קצה החיישן למשטח 2 ס מ. מומלץ לחבר את החיישן למוצא, 3 זוהי ברירת המחדל של הפקודה. חיישן מגע חיישן המגע מבחין בשלושה מצבים: לחיצה שחרור התנגשות )לחיצה ואחריה שחרור( החיישן כולל חריץ להכנסת ציר מוצלב. החיישן משיב ערך לוגי - אמת או שקר. חיישן אולטראסוני מודד מרחק באמצעות גלי קול )תדר )40Khz. טווח מדידה : ס מ. דיוק של -/+ 3 ס מ. מאפשר מדידה גם באינצ ים. Touch Light Sound Ultrasonic חיישן קול )במידה ונרכש( מודד עוצמת קול db( דציבל(. טווח מדידה 90 0 דציבל. מדידה רגישה לטווח שמיעה של אדם dba. מדידה ללא רגישות לטווח שמיעה של אדם - db. הנתונים מוצגים באחוזים : 4-5% - שקט. 5-10% - קולות רקע וסביבה שקטים % - דיבור בסביבה הקרובה % - מוזיקה בעוצמה גבוהה פעילות פעילות 11

30 חיישנים - משימות משימה ו- 1 המתן לערך מתאים מחיישן אולטראסוני ( לפי בחירתך( והפעל מנועים. B C תיאור המבנה: מחברים לכניסה 4 חיישן אולטראסוני. התוכנית : 1. המתן לחיישן אולטראסוני ( מרחק מעצם לפי קביעת המתכנת(..2 נוע קדימה מנועים B C 1 סיבוב. משימה ו- 2 - המתן לערך מתאים מחיישן מגע, הפעל מנועים. B C המתן לחיישן קול, הפעל מנועים. B C תיאור המבנה: מחברים לכניסה 1 חיישן מגע, מחברים לכניסה 2 חיישן קול. התוכנית : 1. המתן לחיישן מגע ( לחיצה(. 2. נוע קדימה מנועים B C קדימה 1 סיבוב. 3. המתן לחיישן רעש. 4. נוע קדימה מנועים B C קדימה 1 סיבוב. הרובוט ממתין לתנועה חיישן האולטראסוני מזהה גוף וההוראה הבאה - הפעלת המנועים מתבצעת שינויים ושיפורים: א. שנה את ערך התנאי )המרחק מהחיישן(. ב. שנה את תנועת המנועים לכיוון הפוך. ג. שנה את תנועת המנועים לפרק זמן בשניות. הרובוט ממתין ללחיצה על חיישן המגע לחיצה על חיישן המגע, והפקודה הפעלת המנועים מתבצעת שינויים ושיפורים: א. שנה את סדר החיישנים. ב. שנה את רמת הרעש בהוראה: המתן לחיישן קול. ג. שנה ערכים בהוראות הפעלת מנועים. ד. בצע שינוי בהפעלת המנועים: לבנה ראשונה - סיבוב ימינה של הרובוט, לבנה שניה - סיבוב שמאלה של הרובוט. משימה ו- 3 - מניעת נפילת הרובוט מהשולחן. מבנה : חיבור חיישן אור למוצא. 1.1 הפעל מנועים - B C זמן אין-סופי..2 המתן לחיישן אור < עצור מנועים. B C תכנית המדגימה שימוש בחיישן אור - הרובוט נע על השולחן, ותודות לחיישן האור הוא נעצר בקצה השולחן. ההבדל באור המוחזר מהשולחן לאור המוחזר מהרצפה גורם לחיישן לזהות אור מחוזר< 30 והתכנית ממשיכה לפקודה הבאה שהיא עצירת שני המנועים עצירה של הוראת תנועה - הגענו לקצה השולחן תנועה ללא הגבלה חיישן אור - בדיקה האם הגענו לקצה השולחן פעילות פעילות 11

31 פרק ז - תכנות מתקדם לולאות, תנאים וחיישנים פעילות 12 תכנות מתקדם יעדים: משימה ז 2 - שימוש בחיישן אור. הרובוט לא נופל מהשולחן, וממשיך לטייל עד אינסוף. מבנה: חיישן אור מחובר לכניסה פתרון בעיות מורכבות ויישום פתרונות עם תוכניות הכוללות מבנה לולאה ומבנה תנאי. 2. הבחנה בין הוראה wait לבין הוראה לקריאה )דגימה( של ערך מחיישן. ( קבוצת ההוראות הכתומה, קבוצת ההוראות הצהובה (. 3. הבחנה בין בקרה בחוג סגור לבין בקרה בחוג פתוח. 4. רכישת מיומנות גבוהה בכתיבת פתרונות לבעיות בקוד מדומה ויישום הפתרון בסביבת.NXT- G מצגות לפעילות : מבני תכנות פתח ויישם חיישנים חלק 2 מערכת הנעה חלק 4 לולאות והתניות בקרה בחוג סגור וחוג פתוח משימה ז 3 - שימוש בחיישן אולטראסוני. מניעת נפילת הרובוט מהשולחן, על-ידי עזרה שלנו. במידה והרובוט מתקרב לקצה השולחן - נרים יד מולו. מבנה: חיישן אולטראסוני מחובר לכניסה. 3 מספר שעות פעילות : 8, כולל תרגול. תכנות מתקדם - משימות משימה ז- 1 תוכנית הדוגמת ערך חיישן מגע,קביעת כיוון התנועה בהתאם לערך המגיע מחיישן זה מבנה: חיישן מגע מחובר לכניסה, 1 מנועים למוצא. B C התוכנית : 1. בצע לולאה אינסופית. 1.1 אם לחצן מגע נלחץ פעל מנועים B C כיוון קדימה ללא הגבלה. אחרת הפעל מנועים B C כיוון אחורה ללא הגבלה. משימה ז 4 - רובוט עוקב אחר הקו השחור. התנועה מפסיקה לפי ערך עוצמת קול. עצירה עם שמיעת רעש - מחיאות כפיים Motor A on Motor C off Stop after noise בדיקת ערך מוחזר חיישן אור Motor B off Motor C on פעילות פעילות 12

32 משימה ז 6 - תיאור המשימה : חיישן קול מחובר לכניסה. 2 חיישן מגע מחובר לכניסה. 1 מנועים מחוברים ליציאות. B C הרובוט נע על מסלול עם במפרים פסי האטה. התנועה נמשכת ללא הפסקה, עד אשר נשמע קול בעוצמה > 30. כאשר הרובוט נתקל בפס האטה יושמע צלילי. Object Detected משימה ז- 5 התוכנית : 1. כל עוד עוצמת קול > אם חיישן מגע - נלחץ מנועים B C קדימה סיבוב השמע צליל. Object Detected אחרת מנועים B C קדימה ללא הגבלה. תיאור המבנה: חיבור חיישן קול לכניסה. 2 מבנה התוכנית: לולאה אינסופית בלולאה מבנה תנאי: אם עוצמת הקול תנועה סיבוב אחד. <20 - ישמע צליל. אחרת, מנועים BC 1. בצע לולאה אינסופית 1.1 אם עוצמת קול < השמע צליל אחרת הפעל מנועים BC פעילות פעילות 12

33 פירוט ההוראות - תנאי הלולאה: בקרה בחוג פתוח ובחוג סגור בקרה מהי? קירור הגוף מערכת מתוחכמת עם בקרה. במוח הקדמי שלנו נמצא ההיפותלמוס - מרכז בקרה משוכלל, שכל מהנדס מערכות היה גאה אם היה שותף לפיתוחו. ההיפותלמוס קולט מידע עצבי ממקורות רבים, משקלל אותו ובהתאם לכך מייצר תגובות עצביות או הורמונליות. מרכז בקרה זה מהווה תרמוסטט משוכלל. הוא מעבד את כל המידע המתקבל,משווה בין הנתונים ומפעיל קשת של תגובות אפשריות, כדי לייצב את הטמפרטורה בגוף. לדוגמא, כאשר אנו בפעילות גופנית,במיוחד בזמן של מזג אוויר חם, מפעיל מרכז הבקרה במוח את מערכת ההזעה. הגוף מזיע, הזיעה מתנדפת ובכך מקררת את הגוף שלנו. מבנה התנאי if : דוגמאות למערכות בקרה הוראות הביצוע אם התנאי מתקיים: הוראת השמעת צליל הוראת תנועה : בקרה על הטמפרטורה במקרר ובמקפיא המקרר בקרה על מהירות הרכב באמצעות בקרת שיוט אחרת : פעולת מזגן בדירה מבוקרת באמצעות מערכת בקרה הערה: תוכנית זו מתבצעת בסביבת בקרה בחוג סגור. פעילות פעילות 12

34 בקרה בחוג פתוח לעומת בקרה בחוג סגור בקרה בחוג פתוח - מצב בו מנגנון הבקרה אינו מבצע מדידות בכדי לתקן את פעולת המערכת, אלא מפעיל אותו על פי תכנית מוגדרת מראש. לדוגמא, בתכנית שבה הרובוט נע על ארבע צלעות ריבוע, הבקרה היא מסוג חוג פתוח אין תיקון לתנועה כתוצאה ממדידות חיישנים כלשהם. תוכנית הרובוט אינו נופל מהשולחן תכנית המדגימה שימוש בחיישן אור - הרובוט נע על שולחן, והודות לחיישן האור נעצר בקצה השולחן ההבדל באור המוחזר מהשולחן לאור המוחזר מהרצפה גורם לחיישן לזהות אור מחוזר< 30 והתכנית ממשיכה להוראה הבאה שהיא עצירת שני המנועים עצירה של הוראת תנועה - הגענו לקצה השולחן תנועה ללא הגבלה כל שינויי הכיוון שביצע הרובוט תוכננו מראש ולא הושפעו מהמציאות. כאשר הרובוט מבצע תוכנית, וביצוע התוכנית אינו משתנה כתוצאה מקלט מהחיישנים השונים, אנו מגדירים את הבקרה כבקרה בחוג פתוח. חיישן אור - בדיקה האם הגענו לקצה השולחן תוכנית זו שהוצגה בפרק ו בנושא חיישנים, היא תוכנית עם בקרה בחוג סגור. אפשר להציב את הרובוט על כל שולחן, בכל גודל, וכן להציב אותו בכל נקודה על השולחן. הרובוט נע על גבי השולחן.חיישן האור מחזיר ערך כאשר יש שינוי והרובוט נמצא מחוץ לשולחן.הרובוט מתקן את התנועה שלו כתוצאה מהמידע המגיע מהסביבה.חיישן האור מתריע ש הגענו לקצה השולחן - הרובוט נעצר. בקרה בחוג סגור - מנגנון הבקרה מבצע תיקונים לרובוט,על פי ערכים הנמדדים על ידי החיישנים תוך כדי תנועה. כאשר הרובוט מבצע תוכנית, וביצוע התוכנית משתנה כתוצאה מקלט מהחיישנים השונים, אנו מגדירים את הבקרה כבקרה בחוג אסור. מטרת מערכת הבקרה להשוות בין הערך המצוי )המצב בפועל( לערך הרצוי )המצב אליו אנו שואפים(. ההפרש בין ערכים אלו נקרא שגיאה. מטרת מערכת הבקרה אם כך, היא לאפס את השגיאה. אם הערך רצוי = ערך מצוי אזי ערך רצוי פחות ערך מצוי = שגיאה = אפס פעילות פעילות 12

35 משימה ז 7 מערכת אזעקה המערכת נועדה לשמש כאזעקה, המתריעה בפני גוף המתקרב לאזור. משימה ז 8 - משימה זו היא הרחבה של משימה ז 7. הרובוט שלנו הוא מכונית הנוסעת בכביש. כאשר הולך רגל חוצה את הכביש, נדרש הרובוט לצפור בצופר, לעצור ולהמתין שנייה, כדי לאפשר להולך הרגל לחצות בבטחה. תכנון המערכת: המערכת תשתמש בחיישן אולטראסוני המחובר לכניסה. 4 ברגע שגוף חולף לפני הרובוט, יושמעו צלילי אזהרה. המרחק שנקבע כסף תחתון להשמעת צליל אזהרה = 20. השמעת צליל המתנה לגוף שיעבור לפני הרובוט במרחק סנטימטר 20< פירוט ההוראות: תנועה קדימה ללא הגבלה משימות לתלמיד : 1. שנה את ערך הסף אשר מתחתיו תופעל האזעקה. 2. שנה את הצלילים. במקום השמעת צליל - בחר קובץ להשמעה. המתנה לערך מחיישן - מרחק גוף < 15 מהרובוט : עצירת המנועים והתנועה של הרובוט : פעילות פעילות 12

36 השמעת שני צלילי אזהרה : משימה ז 9 - הרובוט שלנו קבל משימה לתפקד כמערכת אזעקה משוכללת בבית. האזעקה אמורה להיות רגישה לכל רעש של פריצה ולכל תנועה בחדר. התוכנית הבאה משתמשת בתכונה ייחודית לסביבת, NXT-G המאפשרת כתיבת תוכנית עם רצפי הוראות המתבצעות במקביל. התוכנית - המתן 1 שנייה כדי שהולך הרגל יחצה את הכביש בבטחה : משימות לתלמיד: 1. שנה את הצלילים המושמעים בעת הפעלת האזעקה. 2. הוסף קו פקודות שלישי, אשר ישמיע אזעקה כאשר לוחצים על חיישן המגע. משימה ז 10 - בלחיצה על חיישן מגע, מתחיל הרובוט לנוע. הרובוט נוסע וברגע שנתקל בקיר, הרובוט נסוג לאחור פונה וממשיך בנסיעה. הרובוט נע בכיוון צד חיישן מגע כאשר הוא נתקל במחסום נניח קיר, יש עצירה תנועה לאחור וסיבוב נוע לאחור הסתובב עצור המתן לחיישן במצב = לחץ נוע קדימה ללא מגבלה משימות לתלמיד - 1. הלולאה בתוכנית היא אינסופית. שנה והוסף תנאי לעצירת הלולאה : a. קבע מספר פעמים בו תתבצע הלולאה. b. קבע עצירה לפי חיישן רעש > 30. הלולאה תעצר. 2. שנה ושפר את צלילי הצופר של המכונית. אפשר להשתמש ביותר מהוראה אחת. 3. שנה את זמן העצירה של הרובוט הנוסע הממתין להולך הרגל..1 המתן לעוצמת קול > בצע לולאה אינסופית נוע קדימה ללא הגבלה. 2.2 המתן לחיישן מגע= לחוץ. 2.3 עצור מנועים. 2.4 פניה לאחור. שים לב, הכיוון קדימה נבחר ככיוון של הצד בו מותקן החיישן. המתן לרעש > 50 לפני כניסה ללולאה משימה: הוסף הוראה שתניע את זרוע הרובוט לאחר המגע עם הקיר ותתחיל את התנועה קדימה. 71 פעילות פעילות 12

37 משימה ז 11 - הרובוט משתגע! הרובוט רוקד לפי תנועת היד שלנו : משימה ז 13 רובוט רוקד לפי הרעש: משימות: 1. שנה את הוראת המוסיקה לצליל שונה, קובץ אחר. 2. שנה את כיוון התנועה בתוך מבנה התנאי. משימה ז 12 - הרובוט משתגע! הרובוט רוקד בהתאם למחיאות הכף או הרעש שאנו עושים. בתוכנית זו, הלולאה איננה אינסופית. סיום הלולאה תלוי בחיישן המרחק. התנאי תלוי בעוצמת הקול בסביבה. במבנה התנאי,הרובוט נע לפי עוצמת הקול. שים לב, ניתן לראות לא רק את הכיוון אליו פונה הרובוט. התמונה על המסך משתנה לפי המסלול של התנאי שנבחר. משימה ז 14 תנועה והפעלת הזרוע בכל לחיצה על חיישן מגע : 1. המתן לחיישן מגע = לחוץ. 2. נוע קדימה. 3. אם חיישן מגע = לחיצה. 3.1 הפעל זרוע מנוף ( מנוע A(. 3.2 הצג סמיילי על המסך. 3.3 המתן שנייה. 3.4 נקה מסך. פעילות פעילות 12

38 התוכנית - 1. נוע קדימה, מנועים B C ללא הגבלה. 2. המתן עד מרחק מעצם >22 סנטימטר..3 עצור מנועים. B C.4 נוע אחורה מנועים - B C שניה.1 5. המתן 1 שנייה..6 השמע צליל Detected Object. 7. נוע קדימה מנועים B C היגוי שמאלה..8 נוע קדימה מנועים - B C שנייה.1 9. נוע קדימה מנועים, B C שנייה 1, היגוי ימינה. משימה ז 15 הצב מכשול ( ניתן להשתמש במעמד הכדורים(. חבר חיישן אולטראסוני לכניסה 4. הצב את הרובוט במרחק כלשהו מהמכשול. כתוב תוכנית אשר בה הרובוט נע לעבר המכשול, וכאשר הוא מגיע לקרבתו )קבע ערך בהתאם לצורך(, הרובוט משמיע צליל,עוצר, ממתין שניה ועוקף את המכשול. משימה זו היא משימה בסביבת בקרה בחוג סגור. בזמן התנועה, מגיע לרובוט מידע מהסביבה לגבי המרחק מהמכשול. ברגע שהמרחק קטן מהערך שבחרנו, הרובוט מתקן את תנועתו, נעצר ועוקף את המכשול. תמונה: הרובוט נע ישר. עם זיהוי המכשול באמצעות חיישן אולטראסוני, הרובוט משמיע צליל: Detected, Object ועוקף את המכשול. פירוט ההוראות החשובות- 1. נוע קדימה מנועים B C ללא הגבלה: 2. המתן עד מרחק מעצם> 22 סנטימטר: פעילות פעילות 12

39 משימה ז- 16 בעט בכדור - חוג פתוח.3 עצור מנועים : B C תיאור המשימה : סביבת בקרה בחוג פתוח. מבנה הרובוט: מנועים מחוברים למוצאים. B C זרוע הרובוט מחוברת למוצא. A בבקרה בחוג פתוח אין מידע מהסביבה. יש להעמיד את הרובוט בנקודת המוצא ולהריץ את התוכנית. אם הרובוט עובר את המכשול או עוצר לפני המכשול - יש לשנות את הפעלת מנועים B C בהתאם..4 נוע אחורה מנועים, B C שנייה : 1.5 המתן 1 שנייה :.6 השמע צליל Detected Object : התוכנית עקיפת המכשול : פעילות פעילות 12

40 משימה ז -17 בעט בכדור - חוג סגור תיאור משימה : סביבת בקרה בחוג סגור. מבנה הרובוט: מנועים מחוברים למוצאים. B C מנוע זרוע הרובוט מחובר למוצא. A חיישן אולטראסוני מחובר לכניסה 4. משימה ז- 18 ביצוע משימה בסביבת בקרה בחוג סגור מבנה הרובוט : מנועים מחוברים למוצאים. B C מנוע זרוע הרובוט מחוברת למוצא. A חיישן קול מחובר לכניסה 2. מעקב אחר הוראות: הוראת חיישן קול. הרובוט נע וממתין למידע מחיישן קול..1 מנועים B C קדימה. 2. המתן חיישן קול > מנוע A 45 מעלות. 4. מנוע A 45 מעלות כיוון נגדי. פעילות פעילות 12

41 פרק ח קווי נתונים-, DATA WIRE פקודות אישיות Custom Block פעילות 13 קווי נתונים יעדים: הכרת הדרך ל- פתיחת ערוצי הקלט והפלט בפקודות שונות. 1. למידה ויישום חיבור בין שתי פקודות באמצעות קו נתונים. 2. כתיבת תוכניות פשוטות, אשר יבוצע בהן חיבור בין פקודות באמצעות קווי נתונים. 3. הכרה ושימוש בפקודה: יצירת מספר אקראי, ושילובה בתוכניות. 4. הכרה והבנה של טווח החיישנים באמצעות שימוש בקווי נתונים. 5. כאן נכנסים לפעולה קווי הנתונים. תכונה זו מאפשרת שינוי דינמי בביצוע הוראות,וזאת באמצעות חיבור בין פקודות באמצעות קווים אלו. קו הנתונים לוקח תוצאה מערוץ פלט של הוראה, ומעביר אותה לערוץ קלט של פקודה אחרת. מצגות לשיעור: מבני תכנות פתח ויישם חיישנים חלק 5 תכנות מתקדם חלק 7 שערים לוגים ותכנות מתקדם Datawire מספר שעות לימוד : 4, כולל תרגול. מה הם קווי הנתונים Wire? Data קווי הנתונים הם תכונה ייחודית ובעלת עוצמה בסביבת. NXT-G התכונה מאפשרת תכנות דינמי - שליטה וביצוע פקודות עם שינוי,בהתאם לקלטים מהסביבה או מפקודות בתוך התוכנית. ניתן לקבוע כיצד הוראה מסויימת תפעל באמצעות תיבת האיפיון של כל הוראה. לדוגמא ההוראה -Move תיבת האיפיון מאפשרת לשנות את כיוון התנועה ואת עוצמת המנועים. מדידת חיישנים וקווי נתונים wires data שינוי הפרמטרים של ההוראה המתבצעת נעשה באמצעות מסך סביבת עבודה. חשוב! מרגע שהפרמטרים נקבעו והתוכנית רצה - לא ניתן לשנות את הערכים! קו הנתונים מגיע לפקודה הבאה: Move וקובע את כיוון התנועה. התוכנית המלאה : מוצא ערך לוגי של חיישן מגע מוצא הנתון הלוגי מחובר לערוץ הקלט הקובע את כיוון התנועה א. הריצו את התוכנית כאשר חיישן המגע במצב משוחרר. שימו לב לכיוון התנועה של הרובוט. ב. הריצו את התוכנית כאשר חיישן המגע במצב לחוץ. שימו לב לכיוון התנועה של הרובוט. כלומר, התוכנית רצה באופן שונה בהתאם לערכים הנדגמים מהחיישנים. בדוגמא זו נדגמו ערכים מחיישן המגע. פעילות פעילות 13

42 תוכנית מדידה והצגת ערכי חיישן אור פעילות 14 לבנת משתמש יעדים: חשיפה לרעיון של לבנת משתמש ( פקודת משתמש (. 1. למידת תהליך יצירת לבנת משתמש ( לבנה אישית(. 2. כתיבת לבנות אישיות ושילובן בתוכניות. 3. מספר שעות לימוד : 8, כולל תרגול. יצירת לבנה אישית - הערך הנדגם של חיישן האור מועבר בקו נתונים לפקודה ההופכת את הערך לטקסט. טקסט זה מוצג על המסך. הפעל את התוכנית והעבר את הרובוט מעל דף נייר צבעוני. שים לב לערכי הקריאה. משימה תנועה על בסיס חיישן מגע וחיישן רעש עוצמת המנוע תלויה בעוצמת הקול. כיוון הנסיעה תלוי במצב חיישן המגע, )משוחרר או לחוץ(. מבנה התכנית - התוכנית כוללת 3 מרכיבים: 1. תנועה קדימה שניה 2. קטע מוסיקלי 3. תנועה אחורה שניה אנו נגדיר את הקטע המוסיקלי בשם, music וניצור פקודה אחת בשם זה. שימו לב! חיישן מגע מעביר 1 או )V 0 או X ( באמצעות קו הנתונים מסוג לוגי. חברו את הקו לערוץ הכניסה הקובע את כיוון התנועה של הפקודה. Move חיישן הקול מעביר דרך קו הנתונים את הערך שדגם )עוצמת הקול(. ערך זה מועבר לערוץ של עוצמת המנועים. השלבים בביצוע: א. סמן את הפקודות המהוות חלק מהקטע המוסיקלי. התוכנית כוללת 3 מרכיבים: 1. תנועה קדימה שניה 2. קטע מוסיקלי 3. תנועה אחורה שניה התוכנית הבאה מחברת בין הערך המתקבל מחיישן מרחק לעוצמת המנוע. שימו את הרובוט מטר לפני הקיר.הרובוט יתחיל לנוע מהר, אך יאט את מהירותו ככל שיתקרב לקיר. המהירות תואט עד שהעוצמה הנמוכה לא תוכל לסובב את המנועים. פעילות פעילות 13

43 ב. בחירה מתפריט העריכה את האפשרות : יצירת פקודה אישית Block My נבחר צלמית לייצוג ההוראה החדשה : ג. עתה נקבל את תיבת השיחה בה נגדיר את שם הפקודה. נוסיף הסבר ונבחר צלמית icon, אשר תייצג עבורנו את ההוראה. בחירת שם להוראה הסבר על ההוראה ג. עתה נקבל את תיבת השיחה בה נגדיר את שם הפקודה, נוסיף הסבר ונבחר צלמית icon, אשר תייצג עבורנו את ההוראה קבוצת הוראות הכלולה בהוראה שלנן התוכנית כוללת 3 מרכיבים: 1. תנועה קדימה שניה 2. קטע מוסיקלי 3. תנועה אחורה שניה אנו קראנו להוראה שלנו, music וצרפנו הערות הסבר להוראה. music קטע מוסיקלי אתנחתא בעבודת הרובוט פעילות פעילות 14

44 חשיבות יצירת פקודות) לבנות( אישיות - 1. חשיבה תהליכית, לפי משימות ומשימות משנה. 2. מאפשרת שיתוף בין צוותים. 3. מאפשרת שימוש חוזר בקוד reuse. שימוש חוזר בהוראה שבנינו : א. בוחרים מתוך תפריט הפקודות את קבוצת הפקודות Custom. ב. אנו מקבלים את קבוצת הפקודות שיצרנו בסביבת העבודה ובוחרים את ההוראה המתאימה. שים לב, 1. המוצא מהחיישנים הוא מוצא לוגי. כלומר : אם התנאי מתקיים יצא הערך, 1 אחרת הערך פקודת התנאי נקבעה לקבלת ערך לוגי 1 או. 0 פקודת דגימת חיישן מרחק והוצאת ערך לוגי לפי קיום או אי קיום התנאי: פקודת דגימת חיישן קול והוצאת ערך לוגי לפי קיום או אי קיום התנאי : תוכנית מערכת אזעקה, alarm system גירסא ב - מבנה פקודות התנאי המקבלות ערך לוגי : בפרק זה הוצגה תוכנית alarm system עם שימוש בקווי פקודות מקבילים. כעת נציג את התוכנית עם שימוש בקווי נתונים. שים לב, סוג התנאי נקבע ל-, Value כלומר : ערך מספרי. סוג ערך המבוא הוא, Logic כלומר : ערך לוגי 1 או. 0 פעילות פעילות 14

45 תוכנית מערכת אזעקה, alarm system גירסא ג : ד. במסך השני נבחר icon צלמית, לייצוג הפקודה: בגירסא זו נעשה שוב שימוש באפשרות לאגד קבוצת פקודות לפקודה אחת של המשתמש. נבחר את שלוש הפקודות המשמיעות את האזעקה ונגדיר אותם כפקודה. sound א. נבחר את 3 הפקודות שברצוננו לכלול בפקודה. ב. נבחר בתפריט עריכה- Edit את האפשרות ליצירת פקודת משתמש עבור קבוצת ההוראות. עתה התוכנית שלנו תהיה קצרה ומובנת יותר: ג. קבלנו עתה את תיבת השיחה להגדרת הפקודה. במסך הראשון ניתן שם לפקודה והערות הסבר : sound קבוצת הפקודת להשמעת צלילי אזעקה שם ההוראה הערות הסבר קבוצת ההוראות הכלולה בפקודה פעילות פעילות 14

46 פרק ט - תוכניות מיוחדות פעילות 15 תנועה על קו שחור שימו לב שבהתאם למיקום הרובוט )חיישן האור( ביחס לקו השחור נקבל החזרי אור שונים. כך נוכל לדעת אם חיישן האור )והרובוט( נמצא מעל הפס השחור או מעל שטח לבן. ניתן לבדוק את החזר האור ממשטח העבודה עליו הינך עובד בשני המצבים : מעל הפס השחור ומעל השטח הלבן. זאת באמצעות תוכנית מחשב קצרה : יעדים: 1. ביצוע תהליך כולל של חשיבה על בעיה, עיצוב הפתרון ויישום בסביבת. NXT-G מצגות לפעילות: חלק 2 מערכת הנעה..Datawire חלק 7 שערים לוגים ותכנות מתקדם. תכנות מתקדם. חלק 6 רובוטיקה ופתרון בעיות. מספר שעות לימוד : 4, כולל תרגול. תנועה על הקו השחור - פקודת הצגת טקסט מוגדרת להצגת טקסט לאחר הצגת המידע יש המתנה של שניה אחת הערך מועבר ללבנת הצג ערך הנדגם מחיישן האור מועבר הלאה לפקודה ההופכת מספר לטקסט מבנה הרובוט: חיישן אור אחד במרכז הרובוט. הרעיון המרכזי באלגוריתם : מניחים את הרובוט כאשר חיישן האור נמצא במרכז הקו השחור. החזר אור מפס שחור. תוכנית מעקב אחרי הקו : תכנית מעקב אחרי הקו Motor B on Motor C off Loop Forever בדיקת ערך מוחזר חיישן אור Motor B off Motor C on פעילות פעילות 15

47 הרובוט המרקד ב : התנאי במשפט : if יצירת מספרים אקראים באמצעות לבנת הגדלת מספר מספר מוכנס באמצעות קו נתונים לכניסת עוצמת מנוע מספר נכנס באמצעות קו נתונים לכניסת משך זמן מספר בין בטווח 0-1 מוכנס לכיסת כיוון וקובע את כיוון סיבוב במנועים חשוב : התאם את התנאי לתוצאות שקבלת מתוכנית הבדיקה. רובו-סקי - על הרובוט לנוע במסלול הסקי מבלי לפגוע בדגלים : התוכנית : הרובוט המרקד א : עצירת לולאה עם חיישן אולטראסוני: פעילות פעילות 15

48 תנאי לפי ערך חיישן קול : השמעת צליל : מערכת אזעקה : השמעת צליל : המתנה שהגוף יזוז מלפני הרובוט השמעת צליל המתנה לגוף שיעבור לפני הרובוט במרחק סנטימטר 20< פקודת החיישן : חיישן אולטרא-סאונד מחובר לכניסה. 4 אם המרחק >20 - תשמע אזעקה. משימות: א. שנה את הלולאה כך שתעצור על פי חיישן. בחר חיישן מגע / אולטרא-סאונד / רעש. ב. שנה צלילים פעילות 15