Μάθημα : Όμιλος ρομποτικής

Η πλακέτα micro:bit διαθέτει:

• Μικροεπεξεργαστή: 32-bit ARM Cortex M0 CPU
• Ένα πίνακα LED 5×5 με 25 κόκκινα LED που ανάβουν και μπορούν να εμφανίσουν κινούμενα σχέδια, κύλιση κειμένου και αλφαριθμητικούς χαρακτήρες
• Δύο προγραμματιζόμενα κουμπιά και έναν αισθητήρα αφής. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν, εκτός των άλλων, για έλεγχο παιχνιδιών ή για έλεγχο μουσικής σε ένα smartphone
• Ενσωματωμένο ανιχνευτή κίνησης ή ψηφιακό επιταχυνσιόμετρο 3-AXIS που μπορεί να ανιχνεύσει κίνηση π.χ. κούνημα, κλίση ή ελεύθερη πτώση
• Μια ενσωματωμένη πυξίδα, τρισδιάστατο μαγνητόμετρο για να αντιληφθεί σε ποια κατεύθυνση βρίσκεται και την κίνησή σας σε μοίρες καθώς και να ανιχνεύσει την παρουσία ορισμένων μετάλλων και μαγνητών
• Bluetooth: Έξυπνη τεχνολογία. Συνδέστε το micro: bit σε άλλα micro: bits, συσκευές, τηλέφωνα, tablet, κάμερες και άλλα αντικείμενα καθημερινής χρήσης
• 20 ακροδέκτες: Αυτό επιτρέπει στη πλακέτα micro:bit να συνδεθεί με άλλες συσκευές όπως Raspberry Pi, Arduino, Galileo και Kano μέσω τυπικής διασύνδεσης
• Micro-USB: Αυτό ελέγχεται από ξεχωριστό επεξεργαστή και συνδέει το micro: bit στον υπολογιστή
• Πέντε εισόδους και εξόδους (I / O) συμπεριλαμβανομένης της ισχύος (PWR), της γείωσης (GRD) και των 3 x I/O.
• LED συστήματος x 1 (κίτρινο)
• Διακόπτης κουμπιού συστήματος x 1
• Μικρόφωνο & ηχείο.

Εδώ είναι μερικά παραδείγματα για το τι μπορείς να φτιάξεις με το micro:bit:

• Ένα παιχνίδι που ανάβει τα LED όταν πατάς τα κουμπιά
• Ένα ρομπότ που κινείται όταν πατάς τα κουμπιά
• Ένα ρολόι που δείχνει την ώρα
• Μια συσκευή που μετράει τα βήματα σου
• Μια συσκευή που ανάβει τα φώτα όταν σκοτεινιάζει

Οι μαθητές κι οι μαθήτριες μπορούν να προχωρήσουν μέσω διάφορων γλωσσών προγραμματισμού καθώς αυξάνονται οι δεξιότητές τους. Μπορούν να προγραμματίσουν το Micro:bit με περιβάλλον όπου οι εντολές μπορεί να είναι εικονίδια που τα μεταφέρεις και τα εναποθέτεις, ή είναι μπλοκ εντολών ή ακόμα οι εντολές εμφανίζονται ως κείμενο για μεγαλύτερα παιδιά.

• Microsoft MakeCode

Το πρόγραμμα MakeCode της Microsoft είναι ο τέλειος τρόπος για να ξεκινήσετε τον προγραμματισμό και να δημιουργήσετε με το micro:bit του BBC. Είναι το πλέον κατάλληλο προγραμματιστικό περιβάλλον για τα παιδιά από 7 ετών καθώς δεν απαιτεί προσήλωση σε στοιχεία κειμένου. Χρησιμοποιεί χρωματικά κωδικοποιημένα μπλοκ τα οποία είναι γνωστά σε οποιονδήποτε έχει χρησιμοποιήσει προηγουμένως το Scratch, και ωστόσο αρκετά ισχυρά για πρόσβαση σε όλες τις δυνατότητες αυτού του μικροσκοπικού υπολογιστή. Μπορείτε επίσης να μεταβείτε σε JavaScript για να δείτε τον κώδικα που βασίζεται σε κείμενο πίσω από τα μπλοκ.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

Εμφάνιση "χαμόγελου" από τα LEDs του micro:bit όπου εκτελείται πρόγραμμα σε Microsoft MakeCode.

• Scratch, Mindplus

Το Scratch και το mindplus λατρεύεται από παιδιά και ενήλικες σε όλο τον κόσμο. Για πολλούς, το Scratch ή το mindplus αποτελεί τη πρώτη τους εισαγωγή στον προγραμματισμό από περίπου 8 ετών και άνω. Μπορείτε να ενσωματώσετε micro:bit στα έργα σας στο Scratch ή το mindplus , μετατρέποντας το micro:bit σας σε φυσικό χειριστήριο παιχνιδιών, πινέλο, ψηφιακό πίνακα αποτελεσμάτων κ.α.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

Το παρακάτω πρόγραμμα χρησιμοποιεί το επιταχυνσιόμετρο του micro:bit για να αντιληφθεί πότε εκτινάσσεται στον αέρα και κάνει τη γάτα του Scratch να πηδά ταυτόχρονα. Επίσης, η φιγούρα της γάτας αλλάζει χρώμα, κάνει έναν ήχο νιαουρίσματος και οι αλλαγές κάνουν το ύψος του ήχου υψηλότερο κάθε φορά που "πετάτε" ή  κουνάτε έντονα το micro:bit στον αέρα. Χρησιμοποιεί το μπλοκ ολίσθησης για να κάνει το Scratch να μεταπηδά στο τμήμα της οθόνης κάθε φορά.

Το Micro:bit για πάντα θα εμφανίζει μια καρδιά στα 25 LEDs που διαθέτει.

1. Για να έχετε πρόσβαση στο προγραμματιστικό περιβάλλον Microsoft MakeCode πηγαίνετε στη διεύθυνση: https://makecode.microbit.org/ 
2. Επιλέγετε Νέο έργο.
3. 
4. Δίνετε όνομα στο αρχείο που θα δημιουργηθεί. Επειδή το σενάριο του έργου που θα δημιουργήσετε είναι η εμφάνιση μιας καρδιάς στα LEDs, δίνετε όνομα αρχείου Μια καρδιά στα LEDs κι επιλέγετε Δημιουργία.
5. Ανοίγει παράθυρο στο οποίο εμφανίζεται το περιβάλλον του Microsoft MakeCode για να δημιουργήσετε τον κώδικα του προγράμματος. Στο παράθυρο αυτό περιλαμβάνεται η οθόνη της προσομοίωσης (1), η περιοχή με τις παλέτες εντολών (2) και η περιοχή της δημιουργίας του κώδικα(3)Όταν δημιουργείτε το πρόγραμμα στην περιοχή της δημιουργίας του κώδικα τότε βλέπετε και την εκτέλεσή του στο παράθυρο της προσομοίωσης που βρίσκεται αριστερά στην οθόνη.
   
   
6. Έχοντας δημιουργήσει το πρόγραμμα χρειάζεται να το μεταφέρετε στο Micro:bit για να εκτελεστεί και να εμφανίσει την καρδιά στα LEDs στην πλακέτα. Υπάρχουν δυο (2) τρόποι μεταφοράς του προγράμματος:
   1ος τρόπος: Λήψη του αρχείου στον υπολογιστή σας κι αντιγραφή του στο Micro:bit
   Η διαδικασία της λήψης κι αντιγραφής είναι σχετικά πιο χρονοβόρα από την απευθείας μεταφορά (που περιγράφουμε παρακάτω) αλλά έχει το πλεονέκτημα ότι το πρόγραμμα βρίσκεται διαθέσιμο στον υπολογιστή σας (για παράδειγμα στις Λήψεις ή όπου έχετε εσείς ρυθμίσει να κατεβαίνουν τα αρχεία σας). Έχοντας το αρχείο hex στον υπολογιστή σας μπορείτε να το μεταφέρετε και σε οποιονδήποτε άλλο υπολογιστή και να το ανοίξετε από εκεί.
   2ος τρόπος: Απευθείας μεταφορά από το MakeCode
   (Λειτουργεί σε Google Chrome και Microsoft Edge)
   Το πρόγραμμα μεταφέρεται άμεσα στο Micro:bit κι εκτελείται αλλά δεν αποθηκεύεται κάπου στον υπολογιστή σας (για την περίπτωση που θα θέλατε, για παράδειγμα, να το στείλετε κάπου). Εφόσον έχετε ακολουθήσει τα βήματα αυτής της διαδικασίας μια φορά, από εκεί και πέρα αρκεί να επιλέγετε μόνο Λήψη για να μεταφερθεί το αρχείο στην πλακέτα και να εκτελεστεί σε αυτήν
7. 1. Έχοντας ήδη μεταφέρει με τον ένα ή με τον άλλο τρόπο το πρόγραμμά σας, αυτό εκτελείται και πρέπει να βλέπετε μια καρδιά στα LEDs του Micro:bit. Αυτό είναι το πρώτο σας πρόγραμμα!

   ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ:

   1. Αν θέλετε να κλείσετε το Micro:bit και να μην εκτελείται πλέον το πρόγραμμα, δηλαδή εν προκειμένω να μην εμφανίζεται το φωτεινό σχήμα της καρδιάς στα LEDs, τότε πατάτε για λίγα δευτερόλεπτα το κουμπί που βρίσκεται στην πίσω επιφάνεια της πλακέτας, το power switch.

Αισθητήρας ονομάζεται μία συσκευή που ανιχνεύει ένα φυσικό μέγεθος και παράγει από αυτό μία μετρήσιμη έξοδο. Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας μπορεί να μετράει την απόσταση που έχει το ρομπότ από ένα άλλο αντικείμενο ή την ποσότητα του φωτός του περιβάλλοντος χώρου του ρομπότ.

Οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται σε καθημερινά αντικείμενα, όπως κουμπιά ανελκυστήρων ευαίσθητα στην αφή και λάμπες φωτισμού που εκπέμπουν λαμπρότερα ή απαλότερα αγγίζοντας τη βάση τους. Υπάρχουν αναρίθμητες ακόμη χρήσεις που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν αντιλαμβάνονται. Εφαρμογές τους συναντούμε στα αυτοκίνητα, σε μηχανές, στην αεροναυπηγική, την ιατρική, τη βιομηχανία και τη ρομποτική.

Στον προγραμματισμό διακρίνουμε τρεις κύριες δομές με βάση τις οποίες συμπεριλαμβάνουμε εντολές στα προγράμματά μας:

1. ακολουθιακή δομή
2. δομή ελέγχου
3. επαναληπτική δομή

1.Ακολουθιακή δομή: οι εντολές εκτελούνται η μία μετά την άλλη, η κάθε μία με τη σειρά της.

• • Παράδειγμα: Η πλακέτα εμφανίζει ένα σχήμα, λέει ένα μήνυμα, εμφανίζει ένα άλλο σχήμα.
  •  
  • 

2.Δομή ελέγχου (επιλογής): ορισμένες εντολές σε ένα πρόγραμμα δεν εκτελούνται πάντα αλλά η εκτέλεσή τους εξαρτάται από τη συνθήκη που ισχύει εκείνη τη στιγμή.

 Αναλυτικά

Η δομή επιλογής είναι μια δομή ελέγχου και είναι από τις βασικότερες δομές για την ανάπτυξη ενός προγράμματος. Χρησιμοποιείται όταν κατά την εκτέλεση ενός αλγορίθμου / προγράμματος θα πρέπει να ελέγξουμε μια κατάσταση (συνθήκη) και ανάλογα, αν η συνθήκη είναι αληθής (αν ισχύει) εκτελούνται οι εντολές ή αν η συνθήκη είναι ψευδής (δεν ισχύει) τότε ή δεν εκτελείται τίποτα ή εκτελούνται άλλες εντολές.

Οι δομές επιλογής διακρίνονται στις ακόλουθες περιπτώσεις/ μορφές:

• Απλή δομή επιλογής --> Υπάρχει έλεγχος μόνο για μία περίπτωση
• Σύνθετη (ή πλήρης) δομή επιλογής --> Υπάρχει έλεγχος για δύο περιπτώσεις
• Εμφωλευμένες δομές επιλογής --> Συνδυασμοί απλής και σύνθετης δομής επιλογής

• • • Παράδειγμα: Εάν πατιέται το κουμπί Α της πλακέτας τότε εμφανίζεται ο αριθμός 10, αλλιώς (σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση) εμφανίζεται ο αριθμός 20. (Για να εκτελούμε συνέχεια το πρόγραμμα και να πατάμε και να ξαναπατάμε το κουμπί Α, θέσαμε τη δομή ελέγχου Εάν...αλλιώς μέσα στο για πάντα).

• • • • 2ο παράδειγμα απλής δομής επιλογής - Το σενάριο: Το micro:bit χρησιμοποιείται ως θερμόμετρο της ατμόσφαιρας. Όταν πιεστεί το πλήκτρο Α, εμφανίζει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Επίσης, εάν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη ή ίση με 15 βαθμούς Κελσίου (εάν η συνθήκη είναι αληθής-ισχύει) τότε εμφανίζεται "ok". Εάν είναι μικρότερη από 15 βαθμούς Κελσίου δεν εμφανίζει κάτι.
      • 3ο παράδειγμα απλής δομής επιλογής - Το σενάριο: Το micro:bit χρησιμοποιείται ως αισθητήρας φωτός. Για πάντα εμφανίζεται στα LEDs το επίπεδο φωτισμού που λαμβάνει από το περιβάλλον. Εάν το επίπεδο φωτισμού έχει τιμή μεγαλύτερη από 150 τότε εμφανίζονται σχήματα στα LEDs.

3.Επαναληπτική δομή: ορισμένες εντολές εκτελούνται πολλές φορές, επαναληπτικά.

• • • • Παράδειγμα: Κατά την έναρξη της εκτέλεσης του προγράμματος εμφανίζεται στα LEDs της πλακέτας μια καρδιά κι ένα βέλος που δείχνει βορειοανατολικά. Αυτή η εμφάνιση των σχημάτων επαναλαμβάνεται 4 φορές.

Οι Τελεστές είναι ένα σύνολο συμβόλων τα οποία δεν "κουμπώνουν" μετά από εντολές αλλά εισάγονται μέσα σε εντολές προσδιορίζοντας τι θα κάνει η εντολή. Πρόκειται για τα γνωστά σύμβολα που χρησιμοποιούνται στις διάφορες πράξεις. 

Α. Αριθμητικοί τελεστές: κάνουν τις 4 πράξεις: πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό και διαίρεση. Επίσης, αποδίδουν το ακέραιο υπόλοιπο σε μια διαίρεση, στρογγυλοποίηση, την απόλυτη τιμή αριθμού και άλλες αριθμητικές πράξεις.

Βρίσκονται στην Παλέτα Μαθηματικά.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ αριθμητικών τελεστών:

Έστω ότι θέλουμε να προσθέσουμε δύο αριθμούς και να εμφανιστεί το άθροισμα. Όταν πιεστεί το κουμπί Α, εμφανίζεται το άθροισμα των αριθμών 12 και 28.

Β. Συγκριτικοί τελεστές: κάνουν συγκρίσεις, δηλαδή μεγαλύτερο, μικρότερο, ίσο και αποδίδουν τιμή αληθής (true - ισχύει μια συνθήκη) ή την τιμή  ψευδής (false - δεν ισχύει μια συνθήκη).

Βρίσκονται στην Παλέτα Λογική.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ συγκριτικών τελεστών:

Έστω ότι θέλουμε να συγκρίνουμε τη θερμοκρασία που λαμβάνει ο αισθητήρας από το περιβάλλον με την τιμή 5. Όταν πιεστεί το κουμπί Β, εάν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι μικρότερη από 5 τότε εμφανίζεται μήνυμα "It's cold!".

Γ.Λογικοί τελεστές: σύζευξη (and - να ισχύουν δύο καταστάσεις ταυτόχρονα), διάζευξη (or - να ισχύει μια κατάσταση ή μια άλλη) και άρνηση (όχι - να μην ισχύει μια κατάσταση).

Βρίσκονται στην Παλέτα Λογική.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ λογικών τελεστών:

Έστω ότι θέλουμε να εμφανίζεται μήνυμα "Nice weather!" όταν πραγματικά ο καιρός είναι καλός και από την τιμή της θερμοκρασίας (δηλαδή η θερμοκρασία να είναι μεγαλύτερη από 15) και άν έχουμε ήλιο (δηλαδή το επίπεδο φωτισμού να είναι μεγαλύτερο από 180). Σε αυτήν την περίπτωση θέλουμε να ισχύουν και (and) τα δύο: εάν, είτε η θερμοκρασία είναι πιο χαμηλή είτε ο φωτισμός χαμηλότερος, δεν θα εμφανιστεί το μήνυμα "Nice weather!".

• Η λογική πράξη και είναι αληθής όταν και οι δύο προτάσεις είναι αληθείς (ισχύουν).
• Η λογική πράξη ή είναι αληθής όταν οποιαδήποτε από δύο προτάσεις είναι αληθής (ισχύει).
• Η λογική πράξη όχι είναι αληθής όταν η πρόταση που την ακολουθεί είναι ψευδής (δεν ισχύει).

Προς χάριν της πληρότητας του εκπαιδευτικού υλικού εμφανίζεται ο επόμενος πίνακας που δίνει τις τιμές των τριών αυτών λογικών πράξεων για όλους τους συνδυασμούς τιμών.

Μεταβλητή είναι ένα μέγεθος του οποίου, κατά την εκτέλεση του προγράμματος, δεν αλλάζει το όνομα αλλά αλλάζει το περιεχόμενο (οι τιμές που λαμβάνει) είτε μέσα από το ίδιο το πρόγραμμα είτε έχοντας ήδη ενεργήσει ο χρήστης εξωτερικά. Τη μεταβλητή την ορίζουμε εξαρχής με το όνομα που της δίνουμε και μπορεί να περιέχει αριθμούς ή γράμματα . Ανάλογα με τις τιμές που λαμβάνει η μεταβλητή έχει οριστεί από το πρόγραμμα να εκτελούνται κάποιες εντολές.

Το όνομα της μεταβλητής χαρακτηριστικό για τη λειτουργία που τη θέλουμε και παραμένει το ίδιο κατά την εκτέλεση του προγράμματος. Σε μεγάλα και πολύπλοκα προγράμματα προκαλείται μεγάλη δυσχέρεια με μεταβλητές που δεν γνωρίζουμε τι αντιπροσωπεύουν αν τους έχουμε δώσει κάποιο γενικό όνομα. Παράδειγμα ο αισθητήρας θερμοκρασίας αποδίδει τις τιμές θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Η μεταβλητή στην οποία καταχωρούνται οι τιμές θα μπορούσε να ονομαστεί "θερμοκρασία"

1. Ένα μεγάλο ζήτημα επίσης είναι η αρχικοποίηση της τιμής της μεταβλητής, δηλαδή το περιεχόμενο της μεταβλητής όταν ξεκινά η εκτέλεση του προγράμματος. Εάν δεν αρχικοποιήσουμε την τιμή της μεταβλητής, η μεταβλητή περιέχει την τιμή που παραμένει από την προηγούμενη εκτέλεση του προγράμματος και το πρόγραμμα δεν "συμπεριφέρεται" όπως θα περιμέναμε.
2. Το περιεχόμενο της μεταβλητής μεταβάλλεται υπό συνθήκη καθώς εκτελείται το πρόγραμμα.

Παράδειγμα - Το σενάριο: Για πάντα, εάν είναι πατημένο το κουμπί Α τότε το micro:bit αποδίδει τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Κάθε φορά ελέγχεται η θερμοκρασία ώστε να εμφανιστεί η μέγιστη θερμοκρασία μέχρι εκείνη τη στιγμή.