26Новые импульсы развития: вопросы научных исследований
6. Фромм, Э.З. Иметь или быть? : монография / Э.З. Фромм. - Москва : Директ-Медиа, 2008. - С.56
7. Носкова Т.Н. Реализация индивидуального образовательного маршрута через организацию самостоятельной работы студента в цифровой среде // Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве: Сборник научных статей по материалам всероссийской научной конференции 1-16 апреля 2019 года. СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2019. - 144 с. - С.61-66.
УДК 372.862
Лизунов Владислав Валерьевич Lizunov Vladislav Valerievich
Магистрант Undergraduate
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Елабужский институт (филиал) Kazan (Volga region) Federal University Yelabuga Institute (branch)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОНСТРУКТОРА FISCHERTECHNIK ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УМНОГО ДОМА
USING THE FISCHERTECHNIK EDUCATIONAL ROBOTIC CONSTRUCTOR TO STUDY DIGITAL SMART HOME TECHNOLOGIES
Аннотация: Интернет вещей и робототехника относятся к ключевым технологиям цифровизации, поэтому так важно готовить специалистов в данной области. Технологии интернета вещей являются наиболее интегрированными цифровыми технологиями. Для их освоения необходимы знания о работе различных датчиков и исполнительных устройств, программировании микроконтроллеров, владение сетевыми и облачными технологиями. Робототехнический конструктор fischertechnik «ROBOTICS TXT Smart Home» предназначен для изучения интернета вещей и цифровых технологий системы умного дома.
Международная научно-практическая конференция Abstract: The Internet of things and robotics are key technologies for digitalization, which is why it is so important to train specialists in this field. The technology of the Internet of things are the most integrated with digital technologies. To master them, you need to know about the operation of various sensors and actuators, programming microcontrollers, and knowledge of network and cloud technologies. The fischertechnik robotic constructor "ROBOTICS TXT Smart Home" is designed to study the Internet of things and digital technologies of the smart home system.
Ключевые слова: цифровые технологии, умный дом, интернет вещей, робототехнический конструктор fischertechnik.
Key words: digital technologies, smart home, Internet of things, robotic constructor fischertechnik.
Прогресс во всех сферах жизни общества напрямую связан с развитием цифровых технологий. Цифровизация - это внедрение цифровых технологий в различные сферы жизни и деятельности человека, она помогает выполнять рутинные задачи и принимать решения без участия человека. Цифровые технологии окружают людей со всех сторон: они есть в учреждениях, на предприятиях и в каждом современном доме.
Начало XXI века стало временем стремительного развития для домашней автоматизации и роботизации. Технологии, предназначенные для выполнения ограниченного набора функций, становятся мультифункциональными и масштабными. Функционал системы умного дома (англ. smart home) включает управление микроклиматом, безопасностью, освещением, а также работой умных приборов и бытовых роботов. Умный дом — замечательный пример того, что ждет нас в цифровом будущем, но становится доступным уже сегодня.
Система умного дома состоит из трех главных элементов: датчики воспринимают информацию из окружающего мира; центральный контроллер обрабатывает информацию и принимает решения;
исполнительные устройства выполняют прикладные задачи и облегчают повседневный быт.
Новые импульсы развития: вопросы научных исследований Интеграция умных приборов и домашних роботов в единую систему
адаптирует их к индивидуальным потребностям и предпочтениям
пользователей, и соответственно, делает жилище по-настоящему умным. Все
компоненты системы умного дома могут соединяться друг с другом по
проводной или беспроводной связи. Управлять современным умным домом
можно с клавишных или сенсорных панелей управления либо удаленно с
мобильного устройства через интернет. Интернет вещей - это полностью
автоматизированный цикл работы приборов и систем за счет их подключения
к беспроводной сети.
Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) обозначает концепцию
вычислительной сети физических предметов (вещей), которые
взаимодействуют c другими устройствами или с внешней средой с помощью
встроенных технологий. Идея IoT состоит в том, чтобы автоматизировать
процессы и обеспечить обмен информацией между подключенными к сети
объектами. Обмен информацией осуществляется через различные датчики,
встроенные или подключенные к объектам.
Интернет вещей и робототехника относятся к ключевым технологиям
цифровизации. Недостаток компетентных кадров, обладающих
необходимыми знаниями и квалификацией, может стать одним из факторов
технологического отставания страны, поэтому так важно готовить
специалистов в данной области [1]. Эта необходимость определяется и
национальными проектами «Цифровая экономика» и «Образование», которые
реализуются в настоящее время. Интернет вещей и мобильная робототехника
входят в список профессий (компетенций) Национального чемпионата
рабочих профессий WorldSkills и аналогичные соревнования для школьников
JuniorSkills. Данная профессиональная область включена в «Атлас профессий
будущего» как одна из наиболее перспективных.
Применение образовательных робототехнических конструкторов - это
начальная ступень на сложном пути подготовки профессиональных
специалистов в области робототехники и цифровых технологий.
Международная научно-практическая конференция Образовательная робототехника, а соответственно, и робототехнические конструкторы, объединяет целый ряд научных дисциплин - от физики до программирования - и позволяет в игровой форме погрузиться в эти области знаний. Большая часть образовательных робототехнических конструкторов подходит для использования в дополнительном образовании, в школе и дома. Для каждого возраста существуют свои образовательные программы, конструкторы и платформы, различающиеся степенью сложности.
Для проведения занятий в образовательном лагере «ЦифроЛето» на базе Елабужского института Казанского федерального (Приволжского) университета за счет средств гранта «Проведение тематических смен в сезонных лагерях для школьников по передовым направлениям дискретной математики, информатики, цифровых технологий в рамках федерального проекта «Кадры для цифровой экономики» национальной программы «Цифровая экономика» было закуплено новое цифровое и лабораторное оборудование. В числе оборудования для проведения занятий по робототехнике был приобретен конструктор fischertechnik «ROBOTICS TXT Smart Home» возрастной категории 10+.
Набор fischertechnik «ROBOTICS TXT Smart Home» предназначен для проведения экспериментов и решения увлекательных технических задач по темам «Умный дом» и «Интернет вещей» [2]. Технологии интернета вещей являются наиболее интегрированными цифровыми технологиями. Для их освоения необходимы знания о работе различных датчиков и исполнительных устройств, программировании микроконтроллеров, владение сетевыми и облачными технологиями. [3]
Образовательный проект fischertechnik ROBOTICS охватывает широкую аудиторию пользователей - от школьников младших классов до студентов и является самым популярным роботизированным конструктором в Европе. Широкий функционал и множество специфических деталей позволяют создавать не только развлекательные и образовательные проекты, но и прототипы реальных сложных устройств.
Новые импульсы развития: вопросы научных исследований В комплект робототехнического конструктора fischertechnik
«ROBOTICS TXT Smart Home» входят набор основных деталей,
программируемый контроллер TXT, двигатели, датчики и исполнительные
устройства, что позволяет приводить конструкции в движение, создавать
роботов и программировать их с помощью компьютера.
Отличительной особенностью конструктора fischertechnik является
оригинальный элемент - деталь в виде блока с пазами и выступом типа
«ласточкин хвост». Основные детали сделаны таким образом, чтобы их можно
было крепить со всех шести граней. Такая уникальная форма деталей дает
возможность соединять элементы практически в любых комбинациях.
Контроллер TXT при относительно небольшом размере обладает
достаточно большим цветным сенсорным дисплеем. Контроллер имеет ИК-
приемник для дистанционного управления и встроенный комбинированный
модуль Bluetooth/WiFi, который обеспечивает надежную связь с различными
устройствами и приложениями. Интерфейс USB с функцией хост-контроллера
позволяет подключать различные устройства USB: видеокамеру, флеш
накопитель и другие девайсы. Контроллер имеет восемь портов для
подключения различных датчиков и восемь портов для подключения
исполнительных устройств, что позволяет одновременно использовать 16
различных электронных компонентов.
Для разработки управляющих программ для контроллера используется
среда визуального программирования ROBO Pro. Среда является графической
и выполнена в соответствии с правилами составления блок-схем. Это
позволяет программировать роботов тем, кто еще не знаком с языками
программирования, а также приучает к правильному оформлению и
составлению блок-схем, что станет полезным навыком при изучении
программирования в дальнейшем. Контроллер работает под управлением
операционной системы Linux. Программировать контроллер можно не только
в среде визуального программирования ROBO Pro, но и используя текстовые
языки: С, С++, С# [4].
Международная научно-практическая конференция
К набору помимо оригинальных строительных элементов, датчиков и
исполнительных устройств прилагается дидактический материал для каждой модели с занимательными примерами и заданиями. В интерактивной рабочей тетради приводятся инструкции по сборке моделей, теоретические сведения по основам программирования роботов и автоматических устройств и задачи для самостоятельной практической работы. Читая пояснения, приведенные в рабочей тетради, экспериментируя и выполняя задания, дети постепенно учатся программировать и управлять сначала простыми, а затем сложными устройствами и роботами, используя программируемый контроллер TXT fischertechnik. Практические эксперименты и учебные задания в рабочей тетради составлены таким образом, чтобы, решая очередную задачу, дети осваивали что-то новое и эти новые знания используются в качестве основы для решения следующей задачи.
В инструкции, приложенной к набору, предлагается 6 моделей управления системами умного дома. Модели имеют разный уровень сложности исполнения, что подойдет как для начинающих разработчиков, так и для имеющих опыт конструирования и программирования.
Управление освещением - автоматическая регулировка яркости света в зависимости от окружающего освещения, времени суток. В качестве датчика освещенности используется фоторезистор, в качестве исполнительного устройства - светодиодные лампы.
Измерение уровня шума. В качестве датчика шума используется микрофон, встроенный в видеокамеру, в качестве исполнительного устройства - светодиодные лампы разного цвета для оповещения о превышении заданных предельных значений.
Управление микроклиматом. Модель предназначена для измерения качества воздуха, атмосферного давления, влажности и температуры воздуха. В модели используется датчик окружающей среды, в качестве исполнительного устройства - светодиодные лампы.
Новые импульсы развития: вопросы научных исследований
Управление микроклиматом и безопасностью. Стационарная видеокамера с датчиком мониторинга окружающей среды и регистрацией результатов измерений. Модель предназначена для обнаружения движущихся объектов в помещении и наблюдением за изменениями окружающей среды (температуры, влажности, атмосферного давления, качества воздуха и освещенности) с целью поддержания комфортных условий для здоровья человека.
Барометр - модель предназначена для измерения атмосферного давления. Движение указателя погоды происходит за счёт использования электромотора с энкодером (датчиком угла поворота) и червячной передачи, входящих в набор конструктора. Вращение мотора заставляет перемещаться стрелку указателя погоды в соответствии с изменением атмосферного давления.
Измерительная станция с подвижной видеокамерой IoT. Это самая сложная модель, в которой осваиваются различные способы передачи данных между компьютером и контроллером: проводное соединение через USB-кабель, беспроводное соединение через Wi-Fi, применение облачных технологий. С помощью этой модели можно не только управлять видеокамерой, но и отображать на экране данные мониторинга окружающей среды. Наличие видеокамеры позволяет реализовать элементы машинного зрения, при обнаружении движущегося объекта в поле обзора видеокамеры срабатывает сигнал тревоги. Установление соединения измерительной станции с «облаком» позволяет отправлять данные датчиков в облачное хранилище и открывать их в виде графиков, что дает возможность постоянно контролировать показания и управлять видеокамерой из любой точки мира.
Детям всегда интереснее делать полноценные проекты, с которыми они встречаются в реальной жизни или могли бы их там применить. В ходе создания устройства или разработки проекта, который воплощается в жизнь, происходит процесс приобретения новых определенных способностей и знаний. Использование робототехнического конструктора fischertechnik
Международная научно-практическая конференция «ROBOTICS TXT Smart Home» направлено на освоение современных
цифровых технологий и понимание принципов функционирования сложных
роботизированных устройств. Занятия образовательной робототехникой в
целом способствуют индивидуальному и личностному развитию, повышают
мотивацию к овладению новыми знаниями, формируют интерес к инженерной
деятельности и позволяют определиться с выбором будущей профессии.
Библиографический список:
1. Седина Е. С., Соболева Е. В. Обоснование необходимости совершенствования модели обучения робототехнике как основы стратегии подготовки кадров для профессий будущего // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2018. - № 7 (июль). - С. 79-90. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://e-koncept.ru/2018/181046.htm. (дата обращения 19.04.2020).
2. ПАКПАК // сайт официального дилера fischertechnik в России [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://pacpac.ru/ (дата обращения 10.04.2020).
3. Китайгородский М. Д. Интернет вещей в подготовке учителей технологии // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2019. - № 12 (декабрь). - С. 13-24. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://e-koncept.ru/2019/191071.htm. (дата обращения 15.04.2020).
4. Научно-популярный портал «Занимательная робототехника» [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://edurobots.ru/category/platformi/fischertechnik/ (дата обращения 12.04.2020).
© В.В. Лизунов, 2020
