CC BY
8МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА
УДК 004.77
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСТАВОЧНЫХ ОБЪЕКТОВ И РЕКЛАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
И.А. Лагерев, И.И. Киютина, А.В. Химич
ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»
В статье рассматриваются вопросы изучения основ применения микроконтроллеров при создании выставочных стендов и рекламных конструкций. Показаны примеры учебных макетов, собранных на базе микроконтроллера Arduino Uno.
Ключевые слова: реклама и связи с общественностью, бакалавриат, магистратура, микроконтроллер, выставочный стенд, рекламная конструкция.
Современные выставочные стенды и рекламные конструкции подразумевают интерактивное взаимодействие с представителями целевой аудитории [1, 2]. Ряд конструкций включает в себя компьютер, позволяющий организовать вывод рекламной информации на дисплей [3]. Для управления движущимися элементами, световыми эффектами широко применяются промышленные микроконтроллеры [4].
В Брянском государственном университете имени академика И.Г. Петровского ведется подготовка специалистов по следующим направлениям бакалавриата и магистратуры:
• 42.03.01 - «Реклама и связи с общественностью», профиль «Реклама и связи с общественностью в сфере профессиональной коммуникации»;
• 42.04.01 - «Реклама и связи с общественностью», профиль «Реклама и связи с общественностью в организационной и коммуникативной сферах» [5].
Соответствующими федеральными государственными образовательными стандартами и учебными планами подготовки предусмотрены дисциплины, формирующие компетенции в области использования современных технических решений для проведения рекламных и коммуникативных кампаний [5].
С учетом вышеизложенного можно сделать вывод, что изучение основ применения микроконтроллеров для создания современных рекламных конструкций является актуальным. При этом следует помнить, что будущие специалисты по рекламе и связям с общественностью не будут непосредственно проектировать и изготавливать подобные конструкции. Однако наличие общего представления об этом вопросе поможет им более точно формулировать техническое задание для профильных специалистов.
На первом занятии по теме необходимо познакомить студентов с примерами использования микроконтроллеров в рекламном деле. Необходимо познакомить с основными понятиями по микроконтроллерам. Студенты должны понять, что микроконтроллер, по существу, является набором выключателей, которые управляются не человеком, а компьютерной программой, загруженной в память микроконтроллера. Следует привести понятные каждому примеры управляемых микроконтроллерами бытовых устройств - микроволновых печей, автоматических стиральных машин, кофе-машин. При этом следует показать взаимосвязь команд микроконтроллера и различных функций. Например, вы нажимаете кнопку «Начало стирки», микроконтроллер получает этот сигнал и запускает программу стирки. Согласно этой программе микроконтроллер открывает электромагнитный клапан, и вода по патрубку начинает поступать из водопровода в барабан стиральной машины, после набора воды микроконтроллер дает команду на закрытие клапана и включает электродвигатель, вращающий барабан, и так далее.
После объяснения общих понятий необходимо ознакомить студентов с конструкцией учебного микроконтроллера Arduino Uno (рис. 1).
В Выходные напряжения В Земля | | Цифровые входы/выходы I | Цифровые ШИМ выходы 1 | Аналоговые входы I I Интерфейс БР1 I I Интерфейс иАЯТ
Интерфейс 12С | |Разное
Не используется |RESETh^
шл—•
r AREF .. ■ .GND
Паз
с с с
с pro. 15 7
id11 hpwmhmosii •Ною Hpwm| •-hd9 hpwmi
—Im~I
•—|d6 hpwml •-hd5 hpwml
•HD3 Hpwm] HeO •—Ш ]
Рис. 1. Общий вид микроконтроллера Arduino Uno [6]
Студент должен усвоить следующие дидактические единицы:
- контакты выходные напряжения и земли используются для питания внешних устройств, которыми управляет микроконтроллер;
- при большой мощности управляемых устройств они питаются от отдельного источника питания;
- цифровые входы и выходы используются для управления внешними устройствами и получения обратной связи от них, при этом необходимо явным образом указать, является ли контакт входом или выходом;
- аналоговые выходы используются для подключения датчиков;
- питание микроконтроллера и его программирование (прошивка) выполняется через интерфейс USB.
На втором занятии студенты знакомятся со средой разработки, предназначенной для программирования микроконтроллеров Arduino. Это программное обеспечение должно быть заранее установлено на компьютерах в учебном классе. Для выполнения домашнего задания студенты скачивают установочный пакет среды разработки с официального сайта или загружают из магазина приложений.
Типичная учебная программа (скетч) состоит из ряда элементов, располагающихся в следующем порядке:
- область объявления переменных, в которой номеру контакта можно присвоить осознанное название;
- функция void setup(), в которой описываются команды, выполняемые один раз после инициализации микроконтроллера (после подключения питания), здесь же указываются команды инициализации контактов;
- функция void loop() - суперцикл, в которой описываются команды, циклично повторяемые устройством. При необходимости используются стандартные аппаратные прерывания или прерывания, ранее прописанные функциями-обработчиками.
После первого знакомства с микроконтроллером Arduino Uno и средой разработки студентам предлагается на контактном занятии разработать простейший скетч (листинг 1) по управлению встроенным светодиодом и запустить его на микроконтроллере. Для удобства понимания, в скетч добавлены комментарии.
Листинг 1
Простейший скетч для Arduino Uno
//Объявляем переменные
int ledPin = 13; //На каком из контактов стоит светодиод
//Прописываем функцию инициализации платы
void setup() {
//Инициализируем контакты в качестве выходов с помощью команды pinMode
pinMode(ledPin, OUTPUT); // Контакт ledPin, на котором стоит светодиод, мы назначаем выходом - OUTPUT
}
//Прописываем рабочие процессы платы
void loop()
{
//Включаем светодиод командой digitalWrite (двоичная система включено/выключено) digitalWrite(ledPin, HIGH);
//Выдерживаем светодиод включенным с помощью команды задержки delay delay (1000); //Задержка 1000 мс //Выключаем светодиод командой digitalWrite digitalWrite(ledPin, LOW);
//Выдерживаем светодиод выключенным с помощью команды задержки delay delay (1000); //Задержка 1000 мс
}
Преподаватель должен помочь решить возможные проблемы с подключением микроконтроллера к компьютеру, связанные с отсутствием необходимых драйверов. Особенностью микроконтроллеров Arduino Uno является наличие встроенного загрузчика, позволяющего студентам напрямую загружать скетчи без использования специальных программаторов. Это облегчает обучение студентов, поэтому практика показала быстрое овладение студентами базовыми навыками работы.
В качестве задания на отработку подходов управления освещением рекламных конструкций обучающимся предлагается выполнить задание «Светофор». Электрическая схема задачи показана на рис. 2. Текст управляющей программы (скетч) для управления устройством приведен в листинге 2. Это задание выполняется под присмотром преподавателя или дается на дом в зависимости от степени подготовленности студентов, выявленной на контактных занятиях.
Рис. 2. Электрическая схема для выполнения задания «Светофор»
Листинг 2
Скетч программы управления устройством «Светофор»
int redPin = 5; int yellowPin = 6; int greenPin = 7;
void setup() {
pinMode(redPin, OUTPUT); pinMode(yellowPin, OUTPUT); pinMode(greenPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(greenPin, HIGH); delay(5000);
digitalWrite(greenPin, LOW); delay(500);
digitalWrite(greenPin, HIGH); delay(500);
digitalWrite(greenPin, LOW); delay(500);
digitalWrite(greenPin, HIGH); delay(500);
digitalWrite(greenPin, LOW); delay(500);
digitalWrite(yellowPin, HIGH); delay(3000);
digitalWrite(yellowPin, LOW); digitalWrite(redPin, HIGH); delay(5000);
digitalWrite(redPin, HIGH); digitalWrite(yellowPin, HIGH); delay(3000);
digitalWrite(redPin, LOW);
digitalWrite(yellowPin, LOW); }
Электрическая схема «Светофор» устроена следующим образом. Контакты полосы «Земля» монтажной платы запитаны длинным проводом от контакта GND микроконтроллера. К полосе «Земля» монтажной платы короткими проводами подключены контакты «Земля» светодиодов красного, желтого и зеленого цветов. Светодиоды установлены на монтажной плате. Контакты питания светодиодов подключены отдельными проводами к цифровым портам микроконтроллера. В данном случае красный светодиод подключен к контакту 5, желтый - 6, зеленый - 7. Управляющая программа подразумевает последовательное включение и выключения светодиодов путем управления напряжением на цифровых контактах и их поддержание во включенном состоянии в течение заданного времени. Согласно скетчу (листинг 2) светофор работает по следующему алгоритму: зажигается зеленый свет, потом зеленый свет мигает три раза и гаснет, загорается желтый свет, желтый свет гаснет и одновременно включается красный свет, одновременно с красным загорается желтый свет, желтый и красный свет гаснут и одновременно загорается зеленый свет. После этого суперцикл повторяется заново.
В качестве дополнительного задания можно предложить наиболее подготовленным студентам организовать одновременную работу нескольких светофоров с использованием рассмотренного подхода.
При наличии в учебном плане дополнительного времени можно провести третье занятие, ан котором показать использование микроконтроллера Arduino Uno для управления осветительными приборами напряжением 220В. Это задание должен выполнять преподаватель с учетом необходимых требований по охране труда. Студенты являются сторонними наблюдателями. Осветительный прибор подключается с помощью реле (рис. 3). Таким образом, цепи управления остаются низковольтовыми, а силовая цепь 220В питает осветительный прибор. Следует пояснить студентам, что именно такая схема может быть использована для адаптивного управления освещением выставочного стенда или рекламной конструкции.
Рис. 3. Схема подключения лампы напряжением 220В: 1 - микроконтроллер; 2 - реле; 3 - лампа
Таким образом, следуя представленной методики преподавания, можно сформировать у студентов направления «Реклама и связи с общественностью» базовые компетенции в области применения микроконтроллеров при создании рекламных конструкций. Владение этими компетенциями повысит конкурентоспособность подготовленных в вузе специалистов на рынке труда.
Список литературы
1. Зятева Л.А., Киютина И.И., Малинников С.Г., Елисеева Е.В., Исакова Г.С. Рабочая книга участника студенческого Интернет-фестиваля «Поколение^и». - в единстве сила»: учебно-методическое пособие. - Брянск: РИСО БГУ, 2020. - 73 с.
2. Шушакова Ю.В. Современная наружная реклама: дефиниция и типология (На материале рекламы города Абакана) // Вестник Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова. - 2018. - №24. - С. 65-69.
3. Химич А.В. Использование сервиса "Виртуальный кабинет сотрудника" для предприятия Индустрии 4.0 // Современная наука: Идеи, которые изменят мир. - Брянск: БГУ, 2018. - С. 91-95.
4. Пьявченко О.Н. Проектирование локальных микрокомпьютерных систем. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. - 238 с.
5. Киютина И.И., Лагерев И.А. Формирование компетенций в области современных сквозных цифровых технологий у обучающихся по направлению «Реклама и связи с общественностью» // Ученые записки Брянского государственного университета. - 2020. - №2. -С. 11-15.
6. Цифровые входы Arduino - Режим доступа: https://electshema.ru/osnovy/urok-4-tsifrovye-vhody.html (18.07.2020).
Сведения об авторах
Лагерев Игорь Александрович - доктор технических наук, доцент, проректор по инновационной работе ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: [email protected].
Киютина Ирина Ивановна - кандидат педагогических наук, доцент, декан филологического факультета ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: [email protected].
Химич Анна Васильевна - магистрант ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: [email protected].
LEARNING THE BASICS OF USING MICROCONTROLLERS
TO CREATE EXHIBITION OBJECTS AND ADVERTISING STRUCTURES
I.A. Lagerev, I.I. Kiyutina, A.V. Khimich
Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky
The article deals with the study of the basics of using microcontrollers in the creation of exhibition stands and advertising structures. Examples of training layouts built on the basis of the Arduino Uno microcontroller are shown.
Keywords: advertising and public relations, bachelor's program, master's program, microcontroller, exhibition stand, advertising structure.
References
1. Zyateva L.A., Kiyutina I.I., Malinnikov S.G. Eliseeva E.V., Isakova G.S. Workbook of the participant of student's Internet festival «Pokolenie.RU». - Bryansk: RISO, 2020. - 73 p.
2. Shushakova Yu. V. On definition and typology of contemporary outdoor advertising (By example of advertising in Abakan) // Vestnik Khakasskogo gosudarstvennogo universiteta im. N. F. Katanova. - 2018. - №24. - P. 65-69.
3. Khimich A.V. Using the «Virtual employee account» service for an Industry 4.0 enterprise Proshkina S. I. The development of the digital economy: the production sector and industry 4.0 // Russian Economic Bulletin. - 2019. - V. 2. - №3. - P. 91-96.
4. Pyavchenko O.N. Proektirovanie lokalnykh microcomputernykh system. - Taganrog: TRTU, 2005. - 238 p.
5. Kiyutina I.I., Lagerev I.A. Formation of competencies in the field of modern end-to-end digital technologies for students in the direction of PR // Nauchnye zapiski Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2020. - №2. - P. 11-15.
6. Tsifrovye vkhody Arduino - URL: https://electshema.ru/osnovy/urok-4-tsifrovye-vhody.html (18.07.2020).
About authors
Lagerev I.A. - Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor, Vice rector for Innovations, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: [email protected].
Kiyutina I.I. - Candidate of Pedagogical Sciences, Assistant Professor, Dean of the faculty of Philology, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: [email protected].
Khimich A.V. - Student, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: [email protected].
