Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi – Fischertechnik (54)

Energetska kriza uzrokovana usporavanjem i zaustavljanjem većine gospodarskih aktivnosti tijekom pandemije pojačava se u postpandemijskom periodu globaliziranog svjetskog gospodarstva. Utjecaj na produbljivanje krize uzrokovane rastom cijena fosilnih goriva (nafta, zemni plin, ugljen) moguće je usporiti uštedom i smanjenjem potrošnje energije u svim područjima ljudskih ekonomskih aktivnosti.

Tehnološkim napretkom i racionalnom potrošnjom električne energije osiguravamo učinkovito upravljanje prometnim gužvama pomoću naprednih tehnoloških rješenja. Energetska tranzicija iz fosilnih izvora na proizvodnju zelene energije uz smanjenje onečišćenja okoliša otvara nove perspektive i mogućnosti u svim ekonomskim segmentima suvremenog društva.

Poboljšanje regulacije prometa olakšavaju učinkoviti automatizirani sustavi koji omogućuju postizanje bolje propusnosti prometa uz manji utrošak energije. Dobrobit je višestruka: smanjenje onečišćenja, ušteda energije, ubrzanje i povećanje sigurnosti prometa.

Rješavanje problemskih izazova u različitim prometnim situacijama olakšavaju automatizirani sustavi koji reguliraju rad tehnologije za upravljanje prometnim procesima na prometnicama.

Semafori – svjetlosna signalizacija

Svjetlosna signalizacija kontinuirano automatizirano osigurava svakodnevno sigurno odvijanje prometa pomoću senzora i pripadajućih računalnih algoritama za upravljanje prometnim izazovima.

Slika 1. Semafori

Vertikalna svjetlosna signalizacija izrađena je od osnovnih elemenata, građevnih blokova i senzora Fischertechnika. Odabir građevnih blokova i električnih elemenata osigurava funkcionalnost i autonomni rad. Izradom algoritama omogućavamo konstantni razvoj logičkog razmišljanja. Model semafora radi automatizirano pomoću programa koji osiguravaju siguran rad u svakodnevnim vremenskim uvjetima.

Izrada modela Semafora

Model Semafora povezan je vodičima s ulaznim i izlaznim električnim elementima i s međusklopom (sučeljem). Prije pokretanja automatiziranog modela provjeravamo rad električnih elemenata i dodirnih senzora (izrada programskog rješenja za pokretanje šest LED-lampica i dva tipkala).

Izradu funkcionalne konstrukcije modela osigurava popis elemenata Fischertechnika. Detaljne upute i precizna razrada radnih postupaka olakšava sastavljanje automatiziranog modela miješalice.

Slika 2. FT_elementi1

Faze izrade konstrukcije modela:

• izrada konstrukcije križanja dvije jednosmjerne prometnice

• postavljanje nosivih stupova vertikalne svjetlosne signalizacije

• postavljanje svjetlosne signalizacije (LED-lampica)

• postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala)

• povezivanje električnih elemenata vodičima, sučeljem i izvorom napajanja

• izrada algoritama i računalnog programa s potprogramima za upravljanje.

Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama određuje položaj i udaljenost električnih elemenata od priključaka sučelja. Položaj sučelja uz automatizirani model i izvor napajanja (baterija U = 9 V) određena je ulazno-izlaznim spojevima sučelja.

Semafor – konstrukcija automatiziranog modela

Izradit ćemo automatizirani model dva semafora s LED-lampicama (O1–O3, O4–O6) i tipkalima (I1, I2).

Upravljanje modelom pomoću dodirnih senzora (tipkala I1, I2) osigurava potpunu funkcionalnost i automatiziranu kontrolu upravljanja rasvjetnim elementima.

Inženjerski izazovi: građevnim elementima izraditi funkcionalnu konstrukciju dva kolnika s nogostupom, svjetlosnu signalizaciju (semafore) koji sigurno upravljaju i reguliraju promet na dvjema prometnicama koje se križaju, električne elemente povezati vodičima, sučeljem, izvorom napajanja i računalom.

Slika 3. konstrukcijaA

Slika 4. konstrukcijaB

Izrada nogostupa pomoću velikih jednostrukih spojnica s utorom u sredini (odvod) postavljenim cijelom dužinom na suprotnom kraju postolja. Jednostruke spojnice označavaju nogostup koji omeđuje kolnik na dvije jednosmjerne prometnice koje se križaju. Središte prometnice označavaju male spojnice žute boje koje su smještene na podlozi i prikazuju horizontalnu prometnu signalizaciju.

Slika 5. konstrukcijaC

Slika 6. konstrukcijaD

Slika 7. konstrukcijaE

Nosiva konstrukcija stupa na kojemu je smještena svjetlosna signalizacija (LED-lampice) semafora izrađena je od tri velika crna građevna bloka koji su smješteni jedan iznad drugog i povezani u niz. Ovime je osigurana stabilnost i funkcionalnost konstrukcije stupova na koju spajamo svjetlosnu signalizaciju s električnim elementima (LED-lampicama).

Napomena: Simetričan raspored nosivih stupova svjetlosne signalizacije modela semafora definiran je brojem i rasporedom građevnih elemenata koji su smješteni na podlogu.

Slika 8. konstrukcijaF

Slika 9. konstrukcijaG

Slika 10. konstrukcijaH

Slika 11. konstrukcijaI

Tri postolja za LED-lampice smještena su na gornji dio konstrukcije nosivog stupa koji je sastavljen od tri velika građevna elementa. LED-lampice umetnite u postolje za lampicu zajedno sa zaštitnim kapicama (zelena, žuta, crvena).

Vertikalna svjetlosna signalizacija omogućava bolju vidljivost sudionicima u prometu (vozačima) kada se kreću prometnicama. LED-lampice umetnemo u kućišta postolja i na njih postavimo ugradbene blokove u bojama (zelena, žuta i crvena).

Napomena: Jedan izvod LED-lampice spojen je serijski između svih LED- lampica i s uzemljenjem (┴) na sučelju. Izmjenični prekidači – tipkala (I1 i I2) spojeni su na srednji (1) i prednji izvod (3).

Slika 12. konstrukcijaJ

Slika 13. konstrukcijaK

Slika 14. _konstrukcijaL

Slika 15. konstrukcijaLJ

Između dvije jednostruke spojnice (nogostup) s lijeve strane modela umetnut je mali dvostrani spojni element koji olakšava postavljanje sučelja. Raspored električnih elemenata na postolju osigurava njihovo optimalno povezivanje s vodičima i sučeljem. Na lijevoj strani postolja u zadnji red umetnite veliki crni građevni element koji osigurava nepomičnost izvora napajanja pri transportu i jednostavnu izmjenu izvora napajanja (baterija napona U = 9 V). Lagana zamjena baterije i jednostavno spajanje izvora napajanja sa sučeljem omogućava pouzdan i neprekidan rad modela.

Napomena: Položaj sučelja definiran je spojevima koji su pozicionirani kao ulazni i izlazni priključni utori za električne elemente. Oni omogućavaju povezivanje računala, komunikaciju između računala i sučelja s LED-lampicama i dodirnim senzorima (tipkalima).

Slika 16. konstrukcijaM

Slika 17. konstrukcijaN

Slika 18. konstrukcijaNJ

Slika 19. konstrukcijaO

Dvije velike jednostruke spojnice s utorom u sredini pozicionirane su s lijeve bočne strane TXT-sučelja. Tipkala su umetnuta u utore i okrenuta radi lakšeg spajanja spojnica vodiča s izlazima na sučelju koji su smješteni na lijevoj strani sučelja.

Napomena: Vodilice za vodiče umetnu se u utore nosivog stupa na vrhu i prednjoj strani konstrukcije nosivog stupa. Vodiči smješteni unutar vodilica olakšavaju preglednost pri spajanju LED-lampica i osiguravaju urednost vodljivih elemenata spojenih na sučelje.

Slika 20. TXT

Spajanja FT-električnih elemenata s TXT-sučeljem:

• LED-lampice spajamo na (O1–O3, O4–O6) izlaze (crveno) i uzemljenje (┴ , zeleno)

• tipkala spajamo vodičima na digitalne ulaze (I1 i I2)

• izvor napajanja ‒ baterija (U = 9 V).

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

Slika 21. FT_elementi2

LED-lampice su umetnute u postolje za lampice i spojene vodičima sa spojnicama na sučelje.

Redoslijed spajanja vodiča definiran je uz preciznu izmjeru duljine pomoću ravnala. Izmjerene duljine vodiča izrezane su kliještima za skidanje izolacije. Izolacija na krajevima vodiča maknuta je i vodljivi je dio umetnut u spojnice. Vijak na spojnici je stegnut pomoću odvijača.

Napomena: LED-lampice spojite zajedničkim vodičem na uzemljenje sučelja tako da najbližu lampicu (O6) spojite direktno na uzemljenje. LED-lampica (O6) s uzemljenjem serijski je povezana s ostalim LED-lampicama (O1‒O5). Princip spajanja LED-lampica na zajedničko uzemljenje omogućuje manji broj vodiča na konstrukciji i sučelju.

Semafor na suprotnoj strani kolnika postavljen je u smjeru dolaska vozila iz jednosmjerne ulice koja se spaja okomito na drugu jednosmjernu prometnicu. Semafori za vozila spojeni su serijski i rade sinhronizirano (redoslijed uključivanja/isključivanja LED-lampica različite namjene). Svjetlosna signalizacija izrađena je od šest lampica koje povezujemo vodičima sa spojnicama na međusklop. Raspored i duljina vodiča definirani su udaljenošću semafora od sučelja.

Rad elektroničkih elemenata provjerava se prije izrade algoritma i programa pomoću alata

Test:

• povezivanje TXT-sučelja s računalom, ulaznim i izlaznim elementima

• provjera komunikacije TXT-sučelja s računalom (USB, Bluetooth, Wi-Fi) s izvorom napajanja (baterijom U = 9 V)

• provjera ispravnosti spojenih elemenata: LED-lampica, tipkala s programom RoboPro.

Modelom semafora upravljaju senzori dodira (tipkala I1, I2) koji kontroliraju izmjenu perioda svjetlosne signalizacije semafora (LED-lampice O1–O6).

Napomena: Provjera čvrstoće spojeva vodiča obavezna je prije pokretanja alata za test programa. Uredno postavljanje vodiča u vodilice osigurava bolju preglednost pri provjeri i veću uštedu pri izradi duljina vodiča između modela i sučelja.

Izrada algoritama i programskih rješenja

Slika 22. Semafori1

Rad semafora za vozila:

Svjetla se uključuju i isključuju ovim redom: crveno, crveno i žuto zajedno, zeleno, žuto, crveno itd. (bez treptanja). Prije isključivanja crvenog svjetla uključuje se istovremeno i žuto, te crveno i žuto svjetlo svijetle zajedno jednu sekundu. Svjetla moraju biti usklađena, kako bi prolazak kroz križanje bio potpuno siguran. Kada je na semaforu_1 crveno, na semaforu_2 može biti zeleno ili žuto. Na oba semafora nikada ne može biti uključeno svjetlo iste boje, kao što ne može biti na jednom žuto, a na drugom zeleno. Vremenski period uključivanja žutog svjetla je jedna sekunda.

Zadatak_1: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji kontrolira i autonomno upravlja radom dva semafora na križanju dviju jednosmjernih ulica. Tipkalima upravljamo radom semafora u dva ciklusa; prijepodne i poslijepodne.

Pokretanjem programa provjerava se ispravnost rada izlaznih električnih elemenata (LED-lampica) spojenih na sučelje. Svi izlazi uključe se i svijetle jednu sekundu te se isključe.

Nakon jedne sekunde žuta svjetla na oba semafora se neprekidno uključuju i isključuju u periodu od jedne sekunde i signaliziraju kvar na semaforima. Proces se ponavlja sve dok ne pritisnemo jedno od tipkala.

Pritiskom tipkala_1 semafori započinju raditi u prijepodnevnom ciklusu uz potpunu automatsku regulaciju prometa.

Na semaforu_1 period uključivanja crvenog svjetla iznosi pet sekundi, a zelenog svjetla deset sekundi. Semafor_2 je usklađen s radom semafora_1. Isključivanjem tipkala_1 semafori se vraćaju u ciklus (semafor u kvaru). Žuta se svjetla uključuju i isključuju u periodu od jedne sekunde.

Pritiskom tipkala_2 semafori počinju raditi u poslijepodnevnom ciklusu automatske regulacije prometa. Na semaforu_1 period uključivanja crvenog svjetla iznosi deset sekundi, a zelenog svjetla pet sekundi. Semafor_2 je usklađen s radom semafora_1. Isključivanjem tipkala_2 semafori se vraćaju u ciklus (semafor u kvaru). Žuta svjetla se uključuju i isključuju u periodu od jedne sekunde. Program se ponavlja neprekidno dok ga ne zaustavimo.

Slika 23. FT1_Semafor

Pokretanjem programa započinje usklađen neprekidni rad semafora koji daju svjetlosnu signalizaciju vozačima u zadanom periodu dok ga ne zaustavimo. Semafor za vozila upravlja vozilima koja se kreću iz dvije jednosmjerne

Nastavak na 31. stranici