ТАДЖИКСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ



Туйчиев Л.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

для преподавателей

«Обучение робототехническому программированию на

основе комплексной платформы Arduino»


Душанбе – 2023

Туйчиев Л.
Методическое пособие «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino»

/ Туйчиев Л. – Таджикский технологический университет

2023. –60 с.
УДК 372.862
Методическое пособие содержит рекомендации для планирования и организации обучения по курсу «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino», включает в себя лекции, практические занятия и материалы лабораторных работ, контрольные вопросы к каждым темам. В учебном пособии по тематическому плану систематизированы темы по робототехнике, микроконтроллеру, сигналам, датчикам для интеллектуальных DIY – устройств, среде программирования IDE Arduino, концепции Интернета вещей (Internet of Things, IoT) и платформа TinkerCad,

Пособие предназначено для преподавателей информатики и физики, для обучения студентов, бакалавров и магистров по направлениям «Программная инженерия», «Информационные системы и технологии».

Учебный курс «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino» подготовлен кафедрой «Физика и технических дисциплин» факультета «Телекоммуникации и профессионального обучения» Таджикского технологического университета.
Рецензенты:

Иркаев Бахор Нигматович, к..ф.-м.н., доцент кафедры «Информатика и информационной технологии» Российско -Таджикский (Славянский) Университет, член корреспондент «Инженерной Академии» РТ.

Хакёров И., к.т.н., заведующий кафедрой «Физика и технических дисциплин» факультета «Телекоммуникации и профессионального обучения» ТТУ

Содержание	Стр.
Содержание курса	4
Введение	5
Состав методического пособия	5
Характеристика курса	6
Структура курса	6
Краткое содержание курса	7-8
Тематическое планирование	8- 47
1. Введение в робототехнику.Что такое Робототехника? Современные роботы.	9-12
2.Что такое система Интернет Вещей» и из каких компонентов состоит?	12-17
3. Аппаратно- техническая платформа Arduino	18- 21
4. Микроконтроллер	22- 23
5. Радиосигналы	24- 25
6. Основные датчики для интеллектуальных DIY – устройств.	25- 28
7. Среда программирование IDE Arduino. Основы программирования Arduino.	28 - 35
8. Электронные схемы и платформа TinkerCad.	36 - 39
9. Выполнение лабораторных работ на платформе Tinkercad. Светодиод, управляемой кнопками.	39-42
10. Выполнение лабораторных работ в эмуляторе Arduino.	42- 47
11. Итоговое занятие	47
12. Материально-техническое обеспечение образовательного процесса.	47
13. Планируемые результаты освоения курса	47-48
Литература	49

---

Введение

Составляющими науки робототехники являются технология и инженерия. Поэтому программы обучения должны состоять из дисциплин естественных наук, физики, биологии, технологии и инженерии. Такие программные обучения представляет собой инструмент для развития у студентов навыков программирования, алгоритмического и творческого мышления. В современном образовании такой подход называется STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Math) технологией, направленной на разностороннее развитие личности в рамках одной образовательной дисциплины.

Сама робототехника является областью науки и техники, которая сориентированная на создание роботов и робототехнических систем, предназначенных для автоматизации сложных технологических процессов и операций, в том числе, выполняемых в недетерминированных условиях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ. С течением времени, робототехника с использованием достижения науки и техники быстро развивается. Современные роботы оснащены интеллектуальным управлением микроконтроллерами. Они принципиально отличаются от роботов предыдущих поколений сложностью выполняемых своих функций и совершенством системы автоматического управления, которая включает в себя те или иные элементы искусственного интеллекта. Такие роботы предназначены не столько для имитации физических действий человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности. В настоящее время размеры роботов варьируются от нескольких метров до нескольких сотен нанометров. Нано роботы состоят из нано компонентов и представляют себя отдельные функциональные блоки, способные выполнять простые измерительные, регулирующие или управляющие операции. Ее координацией и обменом информацией между нано устройствами является так называемые нано сети. Если соединим нано устройств с существующими нано сетями и Интернетом, возникает новая сетевая парадигма, называемая Интернетом нано вещей.

Студент до проектирования робота должен иметь минимальные знания: - о назначение электронных компонентов Arduino, аппаратно- технической платформы Arduino, работе микроконтроллера, основных датчиков для интеллектуальных DIY – устройств, природу радиосигналов и среду программирования Ардуино (IDE). Уметь собирать электронную схему на электронном печатном плате и уметь работать с измерительными приборами. Исходя из этого, данное методическое пособие содержит курс лекции и занятия для проведения

---

практических занятий и лабораторных работ, что позволит студентам получить знания и навыки, необходимые для проектирования и разработки интеллектуальных систем на базе микроконтроллерных устройств Arduino.

В пособие студенту для успешной сборки электрической цепи и кодирование скетч Arduino и проверки работоспособности, предлагается использование эмулятора Arduino Тинкеркад (Tinkercad Circuits Arduino) с интернета для моделирования процесса,  после чего схему можно перенести на реальную платформу Arduino, что сэкономит время и финансовые средства и ускорит обучения  робототехническому программированию.

Пособие также можно использовать для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Информационно коммуникационные технологии и системы связи», «Умные (smart) приложения», «Информационные системы и технологии», «Интеллектуальные системы в гуманитарной сфере».
Состав методического пособия

В состав методического пособия «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino» входят:

1. Методическое пособие для преподавателей с лекциями, практическими заданиями, примерами тестов и заданий;

2. Сборник презентаций к занятиям;

3. Видео-уроки к занятиям.

В таблице №1 представлено наличие материалов каждого типа для занятий.
Таблица №1

Темы занятий	Презентация	Задания для самостоятель- ного решения	Видео уроки
Лекция 1. Введение в разработку интеллектуальных устройств на базе Arduino . Что такое робототехника?	+		+
Лекция 2.Что такое система Интернет Вещей», и из каких компонентов состоит? Интернет нано Вещей.	+	+	+
Лекция 3. Аппаратно- техническая платформа Arduino	+	+	+
Лекция 4. Микроконтроллер и Arduino	+	+	+
Лекция 5. Радиосигналы	+		+
Лекция 6. Основные датчики для интеллектуальных DIY – устройств.	+	+	+
Лекция 7. Среда программирование Arduino (IDE). Основы программирования Arduino.	+	+	+
Лекция 8. Электронные схемы и платформа TinkerCad.	+	+	+
9.Практическое занятие. Выполнение лабораторных работ на эмуляторе платформы Tinkercad.	+	+	+
10. Практическое занятие. Выполнение лабораторных работ в эмуляторе Arduino. Мигающий светодиод		+
11. Практическое занятие. Выполнение лабораторных работ в эмуляторе Arduino. Работа с 7-ми сегментным экраном.		+
12. Практическое занятие. Выполнение лабораторных работ в эмуляторе Arduino. Работа с реле.		+
13. Итоговое занятие		+

---

Характеристика курса

Место курса в учебном плане: - курс «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino» может реализовываться как отдельный курс образования по информатике изучению программной инженерии и искусственного интеллекта.

Состав участников образовательного процесса: - Курс «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino» ориентирован студентам первого по третьих курсов, также возможно бакалаврам и магистрам знакомых с основами программирования, физики, электроники, схемотехники.

Форма обучения:- Программа курса «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino» может быть реализована в очной, заочной форме и возможно с применением дистанционных образовательных технологий.

Трудоемкость курса:

Курс «Обучение робототехническому программированию на основе комплексной платформы Arduino» рассчитан на 72 академических часов, но при необходимости преподаватель может варьировать длительность курса от 24 до 48 академических часов.

В таблице №2 представлено структуру курса.
Структура курса

Курс содержит следующие темы:

Таблица №2
Наименование темы	Колич. часов
1. Введение в робототехнику. Что такое Робототехника? Современные роботы.	3
2.Что такое система «Интернет Вещей», « Интернет нано Вещей», из каких компонентов состоят?	4
3.Аппаратно- техническая платформа Arduino и его компоненты	4
4.Микроконтроллер	6
5. Что такое Радиосигналы?	4
6. Основные датчики для интеллектуальных DIY – устройств.	4
7.Среда программирование IDE Arduino. Основы программирования Arduino. Практические занятия.	18
8. Электронные схемы и платформа TinkerCad. Практические занятия.	6
9. Выполнение лабораторных работ	20
10. Итоговое занятие	3

При необходимости курс может быть сокращен путем сокращения и объединения некоторых тем и сокращения количества лабораторных работ.

---

Курс может быть расширен путем добавления дополнительных материалов по программированию и алгоритмизации после темы “Основы программирования Arduino” посвященных проектной работе со студентами по разработке проекта интеллектуального устройства.

В рамках данных рекомендаций по курсу, предполагается, что можно студентам задавать домашние работы, например по конструированию некоторых деталей к заданию или написанию скетча к заданию. Заданные домашние работы, проверяются вне занятий, но при большем имеющим количестве занятий, решения домашних заданий можно разбирать в аудитории и использовать самооценку или взаимопроверку студентов.

Краткое содержание курса

Тема 1. Введение в разработку интеллектуальных устройств на базе Arduino .

Что такое Робототехника? Современные роботы.

Теория: История робототехники. Искусственный интеллект. Необходимые технические и программные компоненты для создания роботов. Миниатюрные и простейшие нано -устройства.
Тема 2. Что такое система Интернет Вещей (IoT)» и из каких компонентов состоит? Применение Интернета Вещей.

Теория: История Internet и IoT. Компьютерные сети. Структура Internet. Интернет нано Вещей. Web-сервер. IP-адрес, MAC-адрес, доменные имена, протоколы. Умный дом.
Тема 3. Аппаратно- техническая платформа Arduino и его компоненты.

Теория: Назначение, составные части, монтажная электронная макетная доска.
Тема 4. Микроконтроллер.

Теория: Назначение, структура. Плата для разработки. Одноплатный компьютер. Arduino, структура, выводы Arduino (см.рис.1.)
Тема 5. Что такое радиосигналы?.

Теория: Свойства, характеристики радиоволн. Аналоговые и цифровые сигналы. Кодирование сигналов. Преобразование аналоговых сигналов в цифровые сигналы и обратно.
Тема6. Основные датчики для умных DIY – устройств.

Теория: Для чего нужны датчики? Какие бывают датчики? Выходной сигнал датчика. Датчик измерения уровня воды. Климатические датчики. Датчики расстояния и движения. Датчики света и цвета. Датчики газа. Датчики звука.
Тема7. Среда программирование IDE Arduino. Основы программирования Arduino.

Теория: Среда программирование IDE Arduino. Скетч. Редактор. Компиляция и отладка. Прошивка памяти. Переменные, типы данных.

Практика: Решение задач.
Тема 8. Электронные схемы и платформа TinkerCad.

Теория: TinkerCad - облачный сервис для моделирования 3D-объектов

---

Смотрите также файлы

• русский.doc

• .docx

• Жылуэнергетиканы растырушы материалдары.docx

• Практических заданий по дисциплине бюджетная система российской федерации.docx

• Курсовая работа по дисциплине выполнил(а) студент(ка) Группа Научный.docx