Het aansturen en regelen van apparatuur door middel van microcontrollers is niet meer weg te denken. Onze studenten zullen in hun latere werkomgeving veelvuldig te maken krijgen met installaties met één of meer microcontrollers.

Beknopte beschrijving

Studenten maken in deze serie van lessen en labs kennis met het programmeren van microcontrollers. Hiermee vormen we de koppeling tussen de applicatieontwikkeling (programmeren) en de aansturing van apparatuur (electrotechniek). De kennis en ervaring uit deze serie dient als voorkennis voor een beroepsoriëntatie, of als basis voor een verdere studiekeuze.

Studenten leren eenvoudige schakelingen te bouwen, en sluiten deze aan op de microprocessor. Studenten maken kennis met programmeervaardigheden en programmeren een eenvoudige toepassing met de Arduino. Na deze serie kunnen de deelnemers zelf een eerste programmeerbaar prototype ontwerpen en bouwen.

Doelgroep

De serie lessen en labs is ontworpen als blok van circa 3 maanden voor MBO studenten. Door tijdens de uitvoering te variëren in diepgang is de serie geschikt voor een breed publiek.

Voorkennis

Geen voorkennis benodigd.

Vervolg

De opgedane vaardigheden worden vervolgens toegepast in een specifieke toepassing, in een volgend blok:  https://junioriot.nl/leerlijn-arduino-gps-tracker-op-ttn/

Lesduur

Een blok van circa 3 maanden, wekelijks één les van 90-120 minuten aangevuld met lab van 90-120 minuten.

Leerinhoud, kerndoelen

  • technologievaardigheden aan kunnen leren
  • initiatief nemen, zelfregulatie, samenwerken
  • ICT vaardigheden, bedienen en toepassen van computerapparatuur

Sluit aan op

  • Cisco NetAcad, IoT Fundamentals: Connecting Things

Technologievaardigheden

  • Electronica:
    • herkent en realiseert eenvoudige circuits
    • solderen, stroomkring, circuits bouwen en ontwerpen
    • eenvoudige schema’s van electronica kunnen lezen
    • meet- en test apparatuur hanteren
  • Microcontrollers:
    • onderdelen herkennen rond de microcontroller en functie benoemen
    • verschillende singleboard computers en single chip oplossingen herkennen
    • toepasbaarheid benoemen van verschillende soorten computers/chips voor programmeerbare schakelingen
    • het realiseren en herkennen van programmeerbare schakelingen
  • Programmeren: programma’s in C++ herkennen, en kunnen aanpassen
    • eenvoudige programma’s herkennen en interpreteren
    • zelf programmeren voor de microcontroller ten behoeve van de aansturing van apparatuur of componenten
    • schema’s van programmeerbare schakelingen herkennen (blokschema, ladder)
  • Sensoren en actuators: sensoren toepassen en uitlezen, data verwerking en data communicatie en/of aansturing van actuator
    • herkennen en benoemen van verschillende sensoren en actuators en beschrijven van de toepassing
    • volgens instructie bouwen en programmeren van een vereenvoudigde toepassing met sensoren en motor

Werkplaats inrichting

Benodigde werkplek, gereedschappen, machines:

  • Laptop met Arduino IDE, drivers voor arduino Nano, USB aansluitsnoer voor arduino
  • Eenvoudige soldeerwerkplek; temperatuurgestuurde electronisch regelbare soldeerbout voor electronica tussen 8 en 60 watt, matje, steun, spons; 0,5 mm soldeertin (loodhoudend)
  • Lesomgeving met scherm, verlengsnoeren, verdeelplankjes, werktafels voor eenvoudige lab omgeving. Indien heel veel wordt gesoldeerd (dat is niet het geval) dan ook puntafzuiging, anders voldoende ventilatie via raam. Evt koolfilterventilator.
  • Lipo batterij laders, lijmpistool, tie-reps, tape

Materialen

Materialen per deelnemer-

  • Trilrobot, RGB licht circuit, PCB oefening. per student: 4x CR2032 batterij, 4x batterijhouder, 10x LED, 1x RGB LED, 8x schakelaar, 3x druk knopje, 1x trilmotor 3v, 1x mini pcb, single core snoertjes
  • Arduino programmeren, per student: 1x Arduino Nano 168, 3x LED, 1x RGB LED
  • Arduino Neopixel; per drie studenten: 1x Adduino Nano 168, 1x neopixel stick; headers, jumper wires, breadboard
  • Motor control oefening, afstand sensor oefening en de sensor stopwagen challenge: Per drie studenten: 1x Adduino Nano 168, 1x ultrasoon sensor, 1x motorcontroller board, 1x 3-6v motor met wielen, 9v batterij, 9v batterij aansluitkabel, jumper wires, snoertjes

Cijfers en score

Labtoets

De labtoets bestaat uit een terugkerend pitch moment, per persoon. In elke lab kan je worden gevraagd om even uit te leggen wat je doet. Denk je in dat dit de manager van je manager is, die heel even komt kijken wat er speelt op de werkvloer. Je pitch is kort, helder en getuigt van kennis en inzicht.

Zelf zorg je dat je aan de beurt komt. Dit kan dus niet allemaal in de laatste minuten van het lab. De eerste ronde is een oefening en telt niet mee.

  • Techniek, correct en voldoende inhoud
  • Beknopt, past het in 30-90 seconden (beknopt) of heb je 5 minuten nodig (niet beknopt)
  • Volledigheid, vertelt je verhaal wat we in je Lab zien
  • Passie, kan je op de toehoorder overbrengen waarom we jouw oplossing een goede is. Of laat horen dat je in de nacht doorwerkt. Of verras ons met extra’s.
  • Lab resultaat, heb je kunnen bouwen wat de bedoeling was

Je scoort maximaal 5 maal 2 punten, en je cijfer is een optelling hiervan.

Lab log

Je persoonlijke lablog schrijf je op een manier dat wij er (al dan niet publiek) bij kunnen. Je kunt hierin jouw resultaat van je wekelijks labs beschrijven, gemiddeld een half A4 per Lab inclusief foto’s. En daarbij beschrijf je ook jouw eindproject, wat je als een overdrachtsdocument schrijft aan een collega die met dezelfde training jouw werk gaat voortzetten.

Hierin scoor je punten op dezelfde criteria: Techniek, Compactheid, Volledigheid, Passie en Resultaat.

Lesprogramma

Elk blok kent 10 weken, waarvan één is gereserveerd als bufferweek.

Week 1. Introductie en eerste lab

  • Theorie. Doel is een interessante benadering geven aan de lesstof rond hardware en IOT. Onze aanpak is gericht op de LABs, en ondertussen groeien we in werknemervaardigheden.
    Zelfregulatie en samenwerken. https://junioriot.nl/zelfregulatie-en-samenwerken/
  • Theorie NetAcad: 0. Welcome to IoT Fundamentals: Connecting Things
    Overview: this training teaches you on circuits and software. Labs: digital, on physical equipment, packet tracer (network simulation tool). Quiz and exams for the course are available in the Cisco Networking Academy.
  • lesmateriaal NetAcad: 1. Things and Connections.
  • LAB – Bouw een trilrobot – https://junioriot.nl/soldeeroefening/
    Elke deelnemer bouwt een item wat mee naar huis mag.

    • we leggen uit hoe je netjes en veilig met de soldeerbout omgaat
    • we leggen uit dat je nooit op een batterij mag solderen, en waarom (W&T)
    • je test de batterij met een led, en onderzoekt welke pootjes van de batterijhouder je gebruikt om de led aan te zetten
    • je bouwt met batterij, batterijhouder, trilmotor je eigen trilrobot – en voegt eventueel een schakelaar toe
    • battle?
  • Geen lab toets.

Week 2. Circuits en een eerste schakeling.

  • Theorie
    • toelichting wat is electronica, wat is een stroomkring
    • circuits en schrijfwijze
  • Theorie NetAcad: 2.
  • Prepare, installeren Arduino IDE,
  • Introductie van manier van cijfers genereren:
    • Labtoetsen (vandaag een proefronde)
    • Lab log – per persoon een eigen log maken; kort stukje waar je trots op bent of wat je nieuw hebt geleerd inclusief foto’s gemiddeld per week een half A4. Het meest waardevolle is dat je beschrijft wat mis is gegaan en hoe het beter moet. Schrijf dit als een overdrachtsdocument voor in de werkomgeving.
  • LAB
    – RGB lichtorgel – https://junioriot.nl/rgb-lichtorgel/
    – Eigen circuit op een printplaat – https://junioriot.nl/circuit-op-printplaat/
    – proef LAB toets: Presenteer of vertel over je lab ervaring en je resultaat, als een korte elevator pitch aan een opdrachtgever.
    Elke deelnemer bouwt een item wat mee naar huis mag.

Week 3. Hoe werkt programmeren op de Arduino Nano.

  • Theorie –
    • toelichting wat is een microprocessor
    • verschil tussen de verschillende soorten processors en single-board toepassingen; Arduino, ESP, Raspberry Pi, Microbit, FPGA, GPU, intel chips, … welke ken je nog meer
    • vergelijking van toepassingen; mobiele telefoon, laptop, PLC, mainframe, …?
    • tonen van verschillende voorbeelden, arduino, Raspberry Pi, microbot,  PC/laptop, PLC, CNC en Robotica controllers, …
  • Theorie – NetAcad: repeat van de coltrollers slide
  • LAB
    – is de Arduino IDE geïnstalleerd, en heb je de drivers ook al?
    – Blink Extreme – https://junioriot.nl/arduino-nano/
    – eventueel ook: Blink no Delay – https://junioriot.nl/blink-no-delay/
    Elke deelnemer bouwt een item wat mee naar huis mag. Neem het de volgende keer weer mee.
  • LAB toets: Presenteer of vertel over je lab ervaring en je resultaat, als een korte elevator pitch aan een opdrachtgever.

Week 4. Tussenweek

  • Theorie, herkennen wat je hebt gezien. Met de Arduino IDE en google search op het scherm?
    • Software structuren: If then else (er bestaan geen goto’s meer), for- loop, while, functies al dan niet met parameters, …
    • Instructie: ter informatie, aan het einde van blok 2 (IOT) gaan jullie in teams een eigen project uitvoeren. Afgelopen weken en wat we nog gaan doen is allemaal deel van de voorbereiding hiervoor. Ga nu alvast brainstormen hoe je met deze ervaring een realistische toepassing kan maken. Je mag hiervoor een kopje maken in het Lablog: “Idee voor mijn project”
    • Werken aan je Lablog
  • Theorie, NetAcad: H3, software
  • LAB – met je eigen Arduino van vorige week:
    – Blink Extreme, nu doe je het even zelf – https://junioriot.nl/arduino-nano/
    – Blink no Delay – https://junioriot.nl/blink-no-delay/
    Met een leen Arduino en een breadboard:
    – Arduino en NeoPixel https://junioriot.nl/arduino-neopixel/
    Presenteer of vertel over je lab ervaring en je resultaat, als een korte elevator pitch aan een opdrachtgever.

Week 5. Arduino Bag of Fun

  • LAB –  Arduino Bag of Fun –> https://junioriot.nl/shop-12-arduino-fun-pack/
  • Theorie NetAcad Sensors en actuators
  • Theorie:
    • digitaal uit versus analoog uit
      • Blink is digitaal aan/uit
      • wat kan nog meer? een PWM uitgang, wat is dat.
    • Programmeerstructuren – hoe, google is je vriend.
      • Delay – dit is een rare opdracht
      • Functies – eigenlijk is dit hoe het meeste taalstructuren worden geformuleerd
      • {groepering} – deze ken je ook al
      • If (test){codeblok}
      • Loops
      • en verder…?
        • assignments
        • compare, vergelijking
        • bewerking zoals optellen, bitshift
    •  Lab log
      • voorbeeld van een Lab Log, wie laat wat zien?
      • werken aan lab log
      • rest tijd eigen lab

Week 6. Sensor/actuators op de Arduino

 

  • Welke programmeer structuren ben je tegen gekomen in de labs van de voorgaande keer?
    • Kan je nu de code uit de voorbeelden combineren?
      • Joystick met NeoPixel lichtstokje?
      • Wat kan je nog meer verzinnen
    • Uitleg ultrasoon afstand sensor
    • Uitleg BME280
    • De Labs van de vorige keer – je mag deze nog afmaken
      • Lab – Ultrasoon sensor
      • Lab – BME280 voorbeeld
      • Lab – Maak zelf een combinatie

Week 7. Battle Lab (teams) + LAB Log review / presentatie / elevator pitches.

Week 8. LAB project – jouw project resultaat + deel 2 van LAB Log review / presentatie / elevator pitches.

Week 9. Reserve LAB project; brug naar volgende blok

De laatste lessen leggen we de brug naar de onderwerpen in het volgende blok.

  • IOT en Lora data projecten
    • Lesmateriaal – voorbereiding op IOT serie.
      • welke plekken in jouw wereld herken je sensors,
      • …data?
      • … communicatie?
      • … actuators of weergave in displays?
      • Hoe kies je (de kwaliteit van) de componenten waarmee je gaat bouwen
      • Tonen van verschillende sensors
  • Robotica projecten
    • Welke robots kennen we, welke kunnen we met de ervaring vanuit de bag of fun samenstellen