15 Bài giảng Kidcode

STEM ROBOTICS – KIDS CAN CODE I. Giới thiệu: STEM Robotics là chương trình Giáo dục khoa học kỹ thuật hiện đại nhất dành cho trẻ em thuộc độ tuổi từ Tiểu học đến Trung học phổ thông. Robotics là tổng hợp của các mảng công nghệ tiên tiến: cơ khí chính xác cho việc thiết kế khung hình, cơ cấu robot, công nghệ điện tử, vi xử lý để lập trình điều khiển, tạo thành bộ não cho robot. Chính vì thế Robotics giúp các em nhỏ học tập, trau dồi phương pháp tư duy chiến lược, cách giải quyết vấn đề và kỹ năng làm việc từ cấp tiểu học đến đại học. Ở khóa học này các em học sinh sẽ được thực hành lắp ráp chế tạo robot và tư duy lập trình thực hiện nhiệm vụ. Khóa học này bao gồm 2 phần: phần cứng robot và phần mềm lập trình kéo thả Kidscode (link download phần mềm tại kidscode.edu.vn). Phần mềm lập trình Kidscode là phần mềm được phát triển dựa trên cơ sở của Scratch 2.0. Dưới đây là giao diện chính của phần mềm Kidscode khi khởi động: Vì Robot V2 của chúng ta sử dụng “arduino uno” để điều khiển vì thế trong phần Broads chúng ta sẽ chọn là “arduino uno” và RoboCar 2.0 . 1 Tiếp theo chúng ta phải chọn thư viện để lập trình cho Robot. Trong phần Edit chọn Arduino mode và RoboCar V2 thư viện của Robot sẽ xuất hiện: Và bây giờ chúng ta sẽ xem các khối chức năng được sử dụng phổ biến: Tên khối Chức năng 2 New: tạo một chương trình mới. Load Project: mở lại một chương trình đã có. Save Project: lưu chương trình hiện tại trên máy tính. Undelete: khôi phục phần đã xóa. Hide stage layout: bỏ phần sân khấu mở rông phần lập trình. Small stage layout: thu nhỏ phần sân khấu mở rộng phần lập trình. Turbo mode: tăng tốc độ vẽ của eBlock. Arduino mode: chuyển qua chế độ lập trình arduino ở chế độ này ta sẽ lâp trình cho robot cũng như các mạch sử dụng arduino khác. Chúng ta bắt đầu lập trình cho RoboCar nào, tiến hành bật thử 1 led của Robot: Sau đó chúng ta sẽ chọn cổng kết nối với robot (hãy nhớ là bạn đã kết nối robot với máy tính): 3 Và bây giờ chúng ta tiến hành nạo code cho Robot, chúng ta chọn Upload to Arduino để nạp code: 4 Bây giờ chúng ta phải chờ để nạp code: Thế là chúng ta đã nạp thành công rồi khi đó chú Robot này sẽ có led sẽ sáng màu đỏ; khi đưa tất cả chỉ số về 0 thì Led sẽ tắt. Và bây giờ chúng ta sẽ xem mạch điều khiển của RoboCar có những chi tiết nào: Bây giờ, mọi thứ đã sẵn sàng, chúng ta cùng bắt đầu cuộc hành trình với chú RobotCar nào! 5 ĐỘNG CƠ I. Lập trình Xin chào các bạn học sinh! Mình là RoboCar, mình được tạo ra nhờ những đôi bàn tay khéo léo của các cô chú trong đội ngũ kỹ thuật. Mình rất vui khi được gặp các bạn. Cũng giống như các bạn, mình muốn được tham gia các trò chơi, chạy nhảy, vui đùa, Các bạn hãy sử dụng phần mềm lập trình Kidscode để giúp mình vui cùng các bạn nhé! 1. Mục tiêu bài học - Biết sử dụng thành thạo phần mềm lập trình Kidscode và nạp chương trình vào robot. - Nhận biết và hiểu được nguyên lý hoạt động của các module phần cứng cơ bản (động cơ, nguồn điện..). - Biết cách sử dụng khối lập trình phần mềm điều khiển động cơ về: + Tốc độ + Hướng di chuyển - Nâng cao khả năng tư duy lập trình, kỹ năng làm việc nhóm. 2. Module bài học Mô hình robot eBot sử dụng hai động cơ được gắn với chân kết nối DC1 và DC2. Loại động cơ được sử dụng là động cơ DC giảm tốc V1 (Điện áp hoạt động : 39VDC, Dòng điện tiêu thụ: 110140mA). 6 Bài 1: Quay động cơ 1: Các khối lập trình cơ bản Khối lập trình Chức năng - Bắt đầu một chương trình. - Khi thay đổi các thông số M1, M2 và speed thì bánh xe sẽ thay đổi tốc độ và hướng di chuyển. RobocarV2 gồm 2 động cơ để cho robot di chuyển, đầu tiên ta sẽ lập trình để cho động cơ có thể di chuyển nhé. Bài này rất cần thiết giúp cho rất nhiều bài sau và để điều chỉnh hướng quay giúp robot. 2: Thực hành Chương trình Hướng dẫn - Trong chương trình bên Robot thực hiện lệnh đi với tốc độ 100. - Ở đây ta thấy có hai thông số có thể thay đổi ( M1,M2) và speed. Đầu tiên trong tất cả các con robot ta phải kiểm tra động cơ M1 và M2 là động cơ bên nào. Để các bài sau ta áp dụng giúp robot di chuyển theo hướng mình mong muốn. Thông số thứ 2 ta có thể thay đổi là speed ta thấy có các thông số từ -255 đến 255, ta điều chỉnh thông số này giúp robot chạy nhanh hay chậm, nếu số dương robot đi tiến thì âm robot sẽ đi lùi và ngược lại. - Sau khi nạp chương trình trên ta thấy robot này di chuyển xoay vòng và không dừng vì vậy có bài toán tiếp theo ta đặt ra bài robot di chuyển cả hai bánh và dừng lại sau thời gian di chuyển mình mong muốn. Bài 2: Robot đi thẳng Ở bài trên ta đã thực hành giúp robot di chuyển được động cơ, bài này ta sẽ giúp Robot đi thẳng trên một quãng đường mong muốn. 7 1: Các khối lập trình cơ bản Khối lập trình Chức năng - Bắt đầu một chương trình. - Khi thay đổi các thông số M1, M2 và speed thì bánh xe sẽ thay đổi tốc độ và hướng di chuyển . - Đợi trong một khoảng thời gian xác định. 2: Chương trình Chương trình Hướng dẫn - Trong chương trình bên Robot thực hiện lệnh hai bánh đi với tốc độ 100 sau 1 giây robot dừng lại. - Ở đây ta thấy có thêm câu lệnh câu lệnh này sẽ thực hiện các câu lệnh bên trên nó theo thời gian mà mình mong muốn, ở đây mặc định là 1 giây. Như chương trình trên thì robot sẽ đi với tốc độ 100 trong vòng 1 giây. Muốn thay đổi thời gia bạn sẽ xóa số 1 và thay đổi thời gian mình mong muốn. - Câu lệnh đầu tiên động cơ M1 di chuyển tốc độ 100, câu lệnh thứ 2 động cơ M2 di chuyển tốc độ 100, câu lệnh thứ 3 giúp robot di chuyển 1 giây và 2 câu lệnh cuối cùng khi tốc độ về 0 thì robot sẽ dừng lại. - Bài toán đặt ra ở đây là khi đặt tốc độ của 2 động cơ bằng nhau nhưng robot có thể không đi thẳng được, đây là bài toán dễ nhất nhưng cũng là rất khó để lập trình. Vì hai động cơ có sự sai số nên muốn cho robot đi thẳng thì ta phải thay đổi tốc độ của robot. Bài 3 : Let’s go! RoboCar. 8 1. Các khối lập trình cơ bản Khối lập trình Chức năng - Bắt đầu một chương trình. - Khi thay đổi các thông số M1, M2 và speed thì bánh xe sẽ thay đổi tốc độ và hướng di chuyển . - Đợi trong một khoảng thời gian xác định. - Vòng lặp mãi mãi. 2. Cấu trúc chương trình: 9 3. Thực hành theo mẫu: Chương trình Hướng dẫn - Trong chương trình bên Robot thực hiện những lệnh sau: + Đi tiến, tốc độ 150, đợi 2 s + Rẽ phải, tốc độ 150, đợi 1,2s. + Đi thẳng, tốc độ 150, đợi 2s. + Rẽ phải tốc độ 150, đợi 1,2 s. + Xe đi lùi, tốc độ 150, đợi 2s. + Xe dừng lại. Lặp lại quá trình trên. - Muốn robot rẽ trái hoặc rẽ phải chúng ta phải kiểm tra động cơ M1 và M2 là động cơ nào. Bài 4: Thực hành dự án. Từ nhưng câu lệnh và các bài thực hành bên trên chúng ta sẽ tiến hành thực hành một số bài tập đơn giản nhé! Ở những bài nay ta cần những kĩ năng tính tốc độ đi của robot cũng như tính thời gian phù hợp để robot di chuyển đúng quãng đường mà đề yêu cầu. Bài 1: Em hãy giúp bạn RoboCar: a) Đi tiến 150m với tốc độ 180, sau đó đi lùi 90 cm, rẽ phải, đi thẳng 60 cm rồi dừng lại. 10 b) Đi tiến 90 cm, rẽ trái với tốc độ 100, rồi đi thẳng 1,5 m và dừng lại. Bài 2 : Trước mặt bạn RobotCar là một đoạn đường hình vuông có cạnh là 150 cm. Em hãy giúp bạn RoboCar vượt qua đoạn đường này nhé. 11 LED RGB Bài 5: Giới thiệu led RGB Các bạn nhỏ ơi, ở bài trước các bạn đã dạy cho RoBot biết di chuyển rồi. Hôm nay ngoài công viên có lễ hội thiếu nhi, các bạn giúp RoBot băng qua những con phố để tới tham dự lễ hội nhé. Ở ngã ba, ngã tư có các đèn giao thông đổi màu rất đẹp, các bạn có biết ý nghĩa của những đèn giao thông đó không nhỉ? Trên thân RoBot cũng có các đèn màu, các bạn giúp RoBot tạo ra các đèn màu giao thông và dạy cho RoBot luật tham gia giao thông nữa nhé! 1. Mục tiêu - Hiểu về nguyên lý hoạt đông của LED RGB và kết hợp kiến thức pha trộn màu (7 màu) -Sử dụng phần mềm lập trình kết hợp di chuyển robot với LED RGB - Nâng cao tư duy lập trình và kỹ năng làm việc theo nhóm. 2. Modue bài học 12 1. Led RGB WS2812B: 2. - Tích hợp IC điều khiển. 3. - Giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn 1 dây. 4. - Nguồn cung cấp 3.5V-5.3V 5. - Không cần điện trở để hạn dòng cho Led. 6. Mỗi màu có 256 giá trị để thay đổi, điện áp và tần số lần lượt: Red: 1.8 - 2.2V (620 - 630nm), Green: 3.0 - 3.2V (515 - 530nm), Blue: 3.2 - 3.4V (465 - 475nm). Bài 6: Sáng led 1: Các khối lệnh cơ bản Khối lập trình Chức năng - Bắt đầu một chương trình. - Khi thay đổi các thông số red, green, blue thì màu sẽ thay đổi - Đợi trong một khoảng thời gian xác định. 13 2: Thực hành: Chương trình Hướng dẫn Chương trình khởi động với “RoboCar V2 Program” LED sáng màu đỏ. - Ở câu lệnh thứ 8 ta thấy có 4 thông số có thể thay đổi. Thông số đầu tiên có 3 lựa chọn là all, led left và led right. Ba thông số này để điều chỉnh sáng cả 2 led hoặc led bên phải, led trái. Ba thông số sau điều chỉnh cường độ sáng của các màu. Bài 7: Màu sắc quanh ta Từ ba màu cơ bản đỏ, xanh lục và xanh lam ta có thể pha trộn nên tất cả các màu khác nhau. Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu và thực hành trộn màu nhé! Dưới đây là một số cách trộn màu: 14 1. Các khối lập trình cơ bản. Khối lập trình Chức năng - Bắt đầu một chương trình. - Khi thay đổi các thông số red, green, blue thì màu sẽ thay đổi - Đợi trong một khoảng thời gian xác định. 2.Thực hành chương trình. 3. Thực hành theo mẫu Các bạn có thắc mắc tín hiệu đèn giao thông ở ngã tư hoạt động như thế nào không nhỉ ? RoBot chưa biết làm sao để tạo ra các loại màu cả, các bạn giúp RoBot được không? Chương trình Hướng dẫn 15 Chương trình khởi động với “RoboCar V2 Program” LED sáng màu đỏ 1 giây LED sáng màu xanh lục 1 giây. LED sáng màu xanh lam 1 giây. Chương trình lặp lại mãi mãi. Bài 8: Thực hành 1. Bài thực hành 1: Trước mặt RoBot là con đường dài 3 mét và có 3 màu chia đều trên con đường đó các bạn nhỏ hãy giúp RoBot vượt qua con đường đó nhé. Trên mỗi đoạn vạch màu các bạn hãy làm sáng LED đúng theo màu nhé. 2. Bài thực hành 2: Các bạn hãy lập trình cho RoBot đi theo hình vẽ dưới đây. Khi RoBot đi thẳng LED sáng màu hồng, còn khi rẽ sang trái hoặc phải thì đèn bên đó sáng màu vàng. 16 Bài 9: Chú Robot ồn ào Mỗi khi đi ra đường, chúng ta đều nghe thấy tiếng còi xe máy, còi oto,.. một tập hợp âm thanh thật ồn ào. Các em đã bao giờ từng thắc mắc tại sao lại có thể tạo ra những tiếng còi ấy không? Chú RobotCar của chúng ta cũng ồn ào y như những phương tiện giao thông đó vây, chúng ta cùng lập trình để tìm hiểu chú Robot ồn ào như thế nào nhé! 1. Mục tiêu bài học - Hiểu về nguyên lý hoạt đông của Còi báo và lập trình cho Robot phát còi báo -Sử dụng phần mềm lập trình kết hợp di chuyển robot với LED RGB và còi báo. 2. Module bài học 17 Còi Chip 3V Loại 9,5x12mm 3. Các khối lập trình cơ bản. Khối lập trình Chức năng - Bắt đầu một chương trình. - Bật còi báo chân số 3, mức cao - Đợi trong một khoảng thời gian xác định. - Vòng lặp mãi mãi. 4. Cấu trúc chương trình 18 19 4. Thực hành theo mẫu: Chương trình Hướng dẫn - Trong chương trình bên Robot thực hiện những lệnh sau: + Đi tiến, tốc độ 150, đợi 2 s + Đi tiến, bật led đỏ, bật còi , đợi 3s. + Rẽ phải, bật led phải vàng, bật còi. + Xe đi tiến, tắt còi, tắt đèn. + Xe dừng lại. Lặp lại quá trình trên. II. Thực hành dự án 1. Đi thẳng đèn xanh lam sáng, rẽ phải sẽ bật còi báo và đèn đỏ bên phải sẽ sáng Bài 10: Đôi mắt thông minh Tham gia giao thông cũng không quá khó các bạn nhỉ, chúng ta lưu ý chấp hành đúng luật giao thông nhé các bạn. Nhưng mình có một thắc mắc, vì sao vào ban đêm những chú dơi có thể bay rất nhanh, mà không cần đèn chiếu sáng. Liệu các chú dơi có bị đâm vào chướng ngại vật khi bay trong bóng tối không nhỉ? Các bạn nhỏ hãy giúp RoBot di chuyển giống những chú dơi mà không sợ bị va chạm vào các đồ vật xung quanh nhé! 1. Mục tiêu - Hiểu và sử dụng được cảm biến sóng siêu âm SRF04. - Nắm được các tính năng và cách dùng của các khối điều khiển các khối. 2. Module bài học - Module cảm biến siêu âm SRF04. 20