מותאם לתוכנית הלימודים
פרק חמישי, חלק ראשון כיתה ה'
מעודכן לשנת הלימודים תש"ף
עמוד 195 בתכנית הלימודים |
45 דקות עיוני
בשיעור מבוא זה נסביר לילדים על חיישן האולטראסוניק, נסביר את מהות פעולתו תוך כדי השוואה לדרך בה אנחנו אומדים מרחקים מעצמים. לאחר מכן נתקין את החיישן על הרובוט ונכיר יחד את החיווי למדידות החיישן בבקר הרובוט.
נפתח בשאלה:
בני האדם יודעים להעריך מרחק של עצם מהם בעזרת חוש הראיה. הערכת המרחק איננה מדויקת, כדי שתהיה מדויקת עלינו להשתמש בכלי מדידה (למשל סרגל) המספק מרחק מדויק ואוניברסלי.
העטלפים משתמשים בחוש השמיעה שלהם. הם פולטים גלי קול המועברים דרך האוויר אל העצם. ברגע שהם פוגעים בעצם, חוזרים, גלי הקול, דרך האוויר חזרה, אל העטלף. העטלפים יודעים להעריך את הזמן העובר מהרגע בו הקול פגע בעצם ועד שהקול חוזר אליהם וכך, בעצם, מקבלים הערכה די טובה על מרחק העצם מהם. פעולה זאת מתבצעת היטב גם בלילה בזמן שהעטלפים פעילים.
חיישן האולטראסוניק (מרחק) שלנו ברובוט עובד באופן דומה.
פירוש השם אולטראסוניק הוא:
סוניק = קולי
אולטרא = מעל
סוניק- מעל היכולת שלנו לשמוע את הקול הזה.
לחיישן יש צורה המזכירה שתי עיניים, שתי עיניים אלה הם בעצם שני חלקים שכל אחד מהם תפקיד חשוב בקלט החיישן:
החיישן מחשב את הזמן שלוקח לאות הקולי לחזור. אם האות נקלט במקלט מהר, החיישן יודע שהעצם קרוב. אם זמן החזרת האות מתארך, החיישן יודע לתרגם זאת למרחק גדול יותר של עצם. אותות קוליים מעצם קרוב ,יחזרו למקלט מהר יותר מאותות קוליים מעצם מרוחק. מעל מרחק מסוים החיישן לא יכול לזהות עצמים. החיישן, יכול למדוד מרחקים בסנטימטר או באינצ'ים (ניתן לבחור את יחידת המדידה על ידי לחיצה על הכפתור האמצעי). בתוכנה שלנו הוהוא יכול למדוד מרחק בין 0 ל- 2.55 מטרים (255 ס"מ) ברמת דיוק של 3 ס"מ.
לאחר שהחיישן ביצע את פעולת הקלט לשמה הורכב על הרובוט אנו עוברים לשלב עיבוד המידע:
החיישן קיבל אותו קולי חזרה מהעצם והמיר אותו ליחידת זמן. יחידת הזמן מועברת לבקר הרובוט על ידי אנרגיה חשמלית, שפה שבקר הרובוט מבין ( 0 ו-1 ). הזמן מתורגם בבקר הרובוט ליחידות מרחק הנותנות לנו מידע על מרחק העצם מהרובוט.
כדי שהרובוט יוכל לנוע בסביבה (בחוג סגור) תוך כדי תגובה לקלט החיישן, עלינו ליצור תכנית מחשב המשתמשת בחיישן ואומרת מה יקרה במצבים שונים של מדידות החיישן.
כל המידע מהחיישן לבקר מועבר באמצעות הכבל שנחבר לכניסה 4 ברובוט.
לידיעתכם–
חיישן המרחק עובד טוב עם עצמים קשיחים גדולים אך מתפקד פחות טוב עם בדים ועצמים מעוגלים כמו כדורים.
לעיתים מתגלה הפרעה בקריאה של כמה חיישני מרחק בחדר אחד ולכן רצוי להרחיק בין הרובוטים או להניח כמה משימות המפוזרות ברחבי החדר.
נעבור עתה לבניית קופסה ולהרכבת חיישן המרחק על הרובוט – הערכת זמן בניה והרכבה- 15 דקות
בניית קופסה שתשמש אותנו במשימות הרובוט עם חיישן המרחק:
הפנו את הילדים לעמודים 4-6 בחוברת ההוראות
או לחצו כאן להוראות בניה ברשת.
הרכבת חיישן מרחק על הרובוט:
הפנו את הילדים לעמודים 42- 46
או לחצו כאן להוראות הרכבה ברשת.
שימו לב שהכבל מחבר את החיישן ליציאה 4 ברובוט.
לאחר שסיימנו לבנות את הקופסה ולהרכיב את החיישן על הרובוט בכניסה הנכונה, כניסה 4, נתרגל עם הילדים קריאת קלט החיישן בבקר הרובוט.
3. נקליק שלוש פעמים על הלחצן הימני, עד שנגיע לחיישן המרחק.
חלקו לילדים את דף העבודה מלווה שיעור לביצוע התרגיל.
הניחו את הרובוט על השולחן כשהוא מופעל. ב
בחרו בבקר את המקום הנכון בו תוכלו לראות את מדידת החיישן. (המורה הסביר על כך)
א. קרבו את ידכם אל חיישן המרחק. מה המרחק המוצג?_________________
ב. הרחיקו מעט את ידכם. מה המרחק המופיע עבור החיישן?_______________
ג. הרחיקו את היד למרחק גדול יותר. מה המרחק המופיע עבור החיישן________
ד. מה המספר הגדול ביותר (המרחק הגדול יותר) שאתם רואים בצג הבקר?_____
המירו יחידה זאת למטרים:___________
ה.מה המרחק הקטן ביותר שאתם מצליחים לראות בצג הבקר?______________
חיישן המרחק יכול למדוד מרחק בין 0-255 ס"מ. רמת הדיוק היא 3 ס"מ ולכן סביר להניח שהרחק הקטן ביותר שיצליחו למדוד יהיה 3 ס"מ והגדול ביותר שיוצג על צג הבקר יהיה 255 ס"מ שזה 2.55 מטר.
ככל שנרחיק את היד מחיישן המרחק המרחק, יגדל המרחק שיופיע על צג הבקר.
ככל שנקרב את היד אל חיישן המררחק יקטן המרחק שיופיע על צג הבקר.
בשיעור הבא נתחיל לתכנת בעזרת חיישן המרחק.