u STEM-nastavi - Fischertechnik (49

Uin = napon napajanja u V

UDZ = radni napon Zenerove diode u V

I = struja u mA koju treba strujni krug koji napajate stabiliziranim naponom. Kod izračuna snage u vatima (W) otpornika R1 koji izaziva pad napona, koristite sljedeće formule: • za Zenerove diode od ½ W, P = (Uin – UDZ) × (20 + I) / 1000 • za Zenerove diode od 1 W, P = (Uin – UDZ) × (30 + I) / 1000 • za Zenerove diode od 2 W, P = (Uin – UDZ) × (40 + I) / 1000.

Primjer:

Za prije korišteni PIR modul treba iz baterije 9 V dobiti 5 V. PIR modul treba 2,5 mA struje. Radni napon izabrane standardne vrijednosti Zenerove diode je 5,1 V, a njena snaga je ½ W. Otpor otpornika:

R1 = (Uin – UDZ) / (20 + I) × 1000 R1 = (9 – 5,1) / (20 + 2,5) × 1000 R1 = 173 Ω Otpornik te vrijednosti ne proizvodi se pa treba izabrati prvi višeg ili nižeg standardnog otpora, 180 Ω ili 150 Ω. Snaga otpornika: P = (9 – 5,1) × (20 + 2,5) / 1000 P = 0,087 W Standardna vrijednost snage otpornika je ¼ W odnosno 0,25 W pa za ovaj slučaj nema potrebe koristiti snažniji otpornik, iako se ništa neće dogoditi ako koristite otpornik od ½ W ili više.

Za ove ste vježbe trebali:

• dva BBC micro:bita • USB-kabel • dva kućišta s baterijama za BBC micro:bit • dva rubna priključka za BBC micro:bit • spojne žice u raznim bojama • priključak za bateriju od 9 V • eksperimentalnu pločicu na ubadanje • PIR modul DFROBOT s piroosjetilom NICERA 500BP • otpornik od 180 Ω ili 150 Ω • Zenerovu diodu 5,1 V / 0,5 W • odvijač • aktivni piezo-zvučnik • bateriju od 9 V.

Marino Čikeš, prof.

"STEM" U NASTAVI

Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (49)

Slike u prilogu

Urbanistički razvoj gradova i izgradnja stambenih jedinica za smještaj i stanovanje osiguravaju sistemi vertikalnog transporta unutar stambenih i poslovnih objekata. Eksponencijalni rast populacije u urbanim središtima zahtijeva kontinuirano planiranje i razvoj smještajnih kapaciteta novih građevina u gradovima. Mnoštvo starih građevinskih objekata nema infrastrukturu koja omogućava transport unutar građevina jer tadašnji građevinski propisi nisu predviđali njihovu ugradnju. S obzirom da populacija zapadnih država Europe i Amerike ubrzano stari potrebno je sustavno promišljati o nadogradnji stambenih objekata automatiziranim dizalima. Veličina dizala definirana je brojem katova svake stambene jedinice unutar naselja. Olakšavanje kretanja starijeg stanovništva i podizanje kvalitete života jedan je od prioriteta suvremene civilizacije. Ugradnja i automatizacija dizala olakšava kretanje ljudi i ubrzava transport roba unutar građevina. Životni uvjeti u objektima s dizalom poboljšavaju kvalitetu stanovanja i omogućavaju rast cijene nekretnine vlasnika stambenih jedinica. Sigurnost putnika i pouzdan rad dizala omogućava optimalna konstrukcija, elektrotehnički elementi i elektronički sklopovi unutar automatsko reguliranih sustava. Slika 1._FT_dizalo Model dizala izrađen je od elemenata Fischertechnika i osnovnih spojnih građevnih blokova. Odabir građevnih blokova, električnih i mehaničkih elemenata sa senzorima kontrole osigurava funkcionalnost modela. Algoritmi upravljanja programima osiguravaju pouzdan i siguran rad mehanizama prijenosa gibanja koji pokreću dizalo.

Upravljanje radom modela dizala moguće je ostvariti uporabom dodirnih senzora koji osiguravaju upravljanje svim izlaznim elementima automatiziranog sustava. Model dizala je konstruiran pomoću senzora (tipkala) koji upravljaju radom elektromotora koji se kreće po zubnoj letvi. Svjetlosnu signalizaciju (LED) osigurava vidljivost pozicije dizala u svakom trenutku. Dodirni senzori (tipkala) zaustavljaju dizalo na svakom katu čime je osigurana funkcionalnost i brzina rada.

Izrada modela dizala

Model Dizala povezan je vodičima s ulaznim i izlaznim električnim elementima i s međusklopom (sučeljem). Prije pokretanja modela provjeravamo rad električnih elemenata i dodirnih senzora (izrada programskog rješenja za pokretanje elektromotora, četiri LED-lampice i šest tipkala). Postupak sastavljanja konstrukcije omogućuje popis elemenata Fischertechnika uz pravilan redoslijed radnih postupaka, kontrolu kvalitete i provjeru rada elektrotehničkih elemenata. Slika 2._FT_elementi1

Model dizala pokreće istosmjerni elektromotor povezan s prijenosnim mehanizmom (getriba), četiri LED-lampice i šest tipkala. Upravljanje modelom pomoću dodirnih senzora (tipkala) osigurava automatiziranu kontrolu podizanja i spuštanja dizala s teretom. Faze izrade konstrukcije modela: • izrada funkcionalne konstrukcije modela dizala • postavljanje elektromotora s prijenosnim mehanizmom • postavljanje svjetlosne signalizacije (LED) • postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala) • povezivanje električnih elemenata vodičima, međusklopom i izvorom napajanja • izrada algoritama i računalnog programa za upravljanje.

Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama određuje udaljenost električnih elemenata na modelu od međusklopa. Postavljanje međusklopa uz model dizala s izvorom napajanja (baterija U = 9 V) određena je ulazno-izlaznim spojevima međusklopa. Slika 3._konstrukcijaA Slika 4._konstrukcijaB Slika 5._konstrukcijaC Slika 6._konstrukcijaD Slika 7._konstrukcijaE Slika 8._konstrukcijaF Položaj i broj konstrukcijskih elemenata na modelu dizala definirani su dimenzijama građevnih blokova i veličinom konstrukcije. Na podlogu su umetnuta dva velika građevna bloka u treći red drugog stupca s lijeve strane međusobno razmaknuta radi spajanja u podnožju nosača. Stabilnost dva nosiva stupa omogućavaju četiri velika građevna bloka koja osiguravaju stabilnost nosača konstrukcije. Veliki crni građevni blok umetnite u treći red i drugi stupac s jedne i druge strane podloge. U isti red umetnite veliki građevni blok i iznad svakog velikog građevnog bloka umetnite ukupno osam velikih građevnih blokova. Između nosivih stupova umetnite četiri puta na istoj udaljenosti niz od četiri građevna bloka. Ovime je osigurana stabilnost konstrukcije vanjskog dijela dizala izradom mreže velikih građevnih blokova u jedinstvenu cjelinu. Mali spojnici osiguravaju povezivanje poprečnih nosača konstrukcije s okomitim nosačima. Na vrhove nosivih stupova postavljena su dva mala građevna bloka sa spojnikom međusobno povezana s četiri velika građevna bloka. Pokrovne ploče na vrhu vanjskog dijela konstrukcije omogućuju cjelovitost spojenih velikih građevnih blokova.

Napomena: Velike pokrovne ploče smještene unutar okvira konstrukcije dodatno pojačavaju vezu između građevnih elemenata i stabilnost konstrukcije vanjskog dijela dizala. Slika 9._konstrukcijaG Slika 10._konstrukcijaH Slika 11._konstrukcijaI Treći nosivi stup smješten je u deveti red na sredini podloge. Građen je od osam velikih građevnih blokova spojenih u cjelinu. Na vrhu nosivog stupa smješten je mali spojnik koji povezuje okomitim velikim građevnim blokovima vanjski dio konstrukcije dizala.

Napomena: Stabilnost dizala osigurana je okomitim nosivim stupom koji povezuje vanjski i unutarnji prostor konstrukcije dizala. Slika 12._konstrukcijaJ Slika 13._konstrukcijaK Na prednju stranu trećeg nosivog stupa u utore umetnemo tri velike zubne letve (60) i pozicioniramo ih na sredinu nosivog stupa unutarnje konstrukcije. Tri tipkala (I4‒I6) smještena su na stražnjoj strani trećeg stupa unutarnjeg dijela

dizala. Oni detektiraju položaj dizala unutar katova. Tri tipkala (I1–I3) na vanjskom dijelu dizala smještena su na desnoj strani svakog kata. Oni omogućuju pozivanje dizala na svaki kat. Slika 14._konstrukcijaL Podešavanje i montaža prijenosnog mehanizma (getribe) na zubnu letvu s elektromotorom u funkcionalnu cjelinu nužan je korak u izradi unutarnjeg dijela dizala. Elektromotor je postavljen u krajnji položaj ispod prijenosnog mehanizma (getribe). Pretvorba kružnoga gibanja elektromotora u pravocrtno gibanje kabine dizala omogućuje zubna letva po kojoj se kreće prijenosni mehanizam. Mehanizam pritiska na tipkala smješten je na bočnoj strani elektromotora. Građen je od male pokrovne pločice umetnute u utor elektromotora i građevnog bloka s četiri utora. Prijenosni element je getriba zubne letve koju spajamo s elektromotorom kako bi omogućili smanjenje brzine okretaja motora i promjenu gibanja iz rotacije u translaciju pri čemu se kabina dizala giba gore ili dolje. Usporavanje brzine vrtnje motora ostvarujemo pomoću getribe zubne letve čija je glavna uloga promjena smjera gibanja. Povezivanje elektromotora s getribom zupčane letve omogućuje funkcionalno podizanje i spuštanje kabine dizala.

Napomena: Ovakvom konstrukcijom osiguran je pravovremeni pritisak na tipkala u unutarnjem dijelu dizala.

Napomena: Funkcionalnost modela provjeravamo direktnim spajanjem izvora napajanja na elektromotor. Promjenu smjera gibanja postižemo promjenom polariteta (+, - i -, +) napajanja. Slika 15._konstrukcijaLJ Slika 16._konstrukcijaM Slika 17._konstrukcijaN Slika 18._konstrukcijaNJ Konstrukcija kabine dizala smještena je u visini elektromotora. U podnožju s donje strane elektromotora postavljen je građevni element s utorom i spojnikom. U utor je smještena velika ploča, a na njene spojnike postavljene su pokrovne ploče s tri utora. Na vanjske pokrovne ploče umetnuta su dva građevna elementa s dva spojnika iznad kojih je smještena osnovna ploča dimenzija (30x90). Slika 19._konstrukcijaO Slika 20._konstrukcijaP Slika 21._konstrukcijaR Nosač postolja rasvjete unutar kabine lifta smješten je iznad getribe zubne letve. Građen je od malog kutnog elementa, kosog elementa s jednom spojkom (30°), postolja za lampicu, LED-lampice i zaštitne kapice žute boje. Slika 22._konstrukcijaS Slika 23._konstrukcijaŠ Na svakom katu ispod tipkala (I1–I3) smještena je svjetlosna signalizacija (O4–O6) s postoljem za lampice, LED-lampicom i zaštitnom kapicom narančaste boje. Slika 24._konstrukcijaT Slika 25._konstrukcijaU Vodilice za vodiče u obliku potkove smještene su na bočnim stranicama unutarnjeg i vanjskog stupa. Ovime je osiguran uredan raspored vodiča koji spajaju električne elemente s međusklopom. Slika 26._konstrukcijaV Slika 27._konstrukcijaZ Slika 28._konstrukcijaX Konstrukcija dizala projektirana je za funkcionalno postavljanje senzora dodira (tipkala), rasvjete i indikatore položaja dizala. Položaj izvora napajanja (baterija U = 9 V) i međusklopa na postolju modela dizala definiran je postupkom ožičenja i spajanjem vodiča ulaznih i izlaznih elemenata s međusklopom. Ožičenje lampica, tipkala i elektromotora s vodičima određuje raspored električnih elemenata i duljina vodiča. Pozicioniranje i ožičenje električnih elemenata osigurava pravilan rad modela dizala. Slika 29._TXT Spajanje FT-elemenata s TXT-međusklopom: • signalne LED-lampice (indikatore) spajamo na izlaze (O3, O4–O6) • elektromotor spajamo vodičima na izlaz (M1) • tipkala spajamo vodičima na ulaze (I1–I6).

Napomena: Duljina vodiča sa spojnicama određena je položajem električnih elemenata na konstrukciji i međusklopa na podlozi. Pozicioniranje međusklopa u odnosu na model i izvor napajanja (baterija) određeno je ulazno-izlaznim elementima. Povezivanje međusklopa s električnim elementima modela određeno je spajanjem boja spojnica vodiča i njihovo uredno postavljanje između lampica, elektromotora, tipkala, međusklopa i baterije.

Napomena: elektroničke elemente povezujemo prije spajanja izvora napajanja (baterije).