Komponenty
LED dislpej TM1637
LED displej TM1637
Sedmisegmentový displej slouží k jednoduchému zobrazování čísel – například času, teploty nebo jiných naměřených veličin. Hodí se do projektů, kde je potřeba přehledný číselný výstup.
Displej lze snadno připojit pomocí dupont vodičů a propojit s libovolným rozšířením od OMG Robotics. Stačí zasunout micro:bit do rozšiřující desky a displej zapojit podle schématu. Pro zobrazení delších čísel lze propojit více displejů za sebou.
Zapojení
- CLK – hodinový signál, připojuje se na žlutou lištu na rozšířeních. Je nutné nastavit, na jaký pin jsme tento signál zapojili.
- DIO – datový pin, připojuje se na žlutou lištu na rozšířeních. Je nutné nastavit, na jaký pin jsme tento signál pomocí dupont kabelu zapojili.
- VCC – kladné napětí (připojuje se na bílou lištu).
- GND – zem (připojuje se na černou lištu).
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
Jako první musíme vytvořit novou proměnnou, kterou pojmenujeme displej.
Poté si musíme stáhnout rozšíření pro náš displej. V sekci rozšíření najdeme knihovnu pro displej TM1637 a přidáme si jí do makecode.
Teď máme vše připravené a můžeme začít programovat. Jako první si při startu přidáme do programu displej a zapneme ho. Nastavení displeje se provádí za pomocí bločku proměnná “nastav displej na 0”, který umístíme do okna “při startu”. Dále vybereme z bločku TM1637 inicializační blok, abychom řekli kde máme displej připojený.
Když máme displej nastavený, zapneme ho za pomoci bločku “turn on” a zvolíme proměnnou “displej“.
Poté už můžeme vyzkoušet správnost zapojení a programování za pomoci bločku “show number”, který nalezneme v záložce TM1637.
Úkoly
Úloha 1: Vypsání čísla
Pro práci s externím displejem musíme použít bločky ze záložky TM1637, kterou si nejprve nainstalujeme.
Pomocí příslušných bločků ze záložky TM1637 pak zobrazujeme na displeji různá čísla.
Úloha 2: Změna jasu displeje
Najděte bloček, kterým lze měnit nastavení jasu LED displeje.
Zamyslete se, při jaké příležitosti bychom měli intenzitu měnit nebo třeba úplně snížit.
Zjistěte, jaká je nejvyšší a nejnižší hodnota intenzity.
Úloha 3: Jednoduché stopky
Pokud už umíme zobrazovat čísla, můžeme využít jednoduchou práci s proměnnou a naprogramovat stopky.
Vytvoříme novou proměnnou s názvem číslo. K této proměnné budeme opakovaně přičítat hodnotu 1 a její hodnotu zobrazovat na displeji.
Zjistíme však, že počítání probíhá příliš rychle – co musíme přidat do programu, aby stopky měřily čas přesně?
Programovatelný LED pásek
Programovatelný LED pásek
RGB LED pásek obsahuje barevné LED diody s integrovanými SMD čipy a řídicími obvody, díky kterým jej lze snadno ovládat pomocí micro:bitu. Každá dioda může měnit barvu a jas, což umožňuje vytvářet pohyblivé světelné efekty i statické barevné vzory.
LED pásek se hodí pro projekty s osvětlením – od dekorací přes světelné dráhy pro vozítka až po pokusy se světlem pro rostliny. Díky RGB složení lze nastavit téměř jakoukoli barvu ve viditelném spektru. Pásek tak nabízí široké možnosti pro výuku i kreativní bastlení.
Zapojení
- DIO – datový pin LED pásku se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P0. Je nutné v programu nastavit, na jaký pin je připojen.
- VCC – napájení (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
Nejprve si v editoru MakeCode vytvoříme proměnnou s názvem strip, která bude sloužit pro ovládání LED pásku. Do bloku „při startu“ přidáme příkaz „nastav strip na“, do kterého později vložíme blok z rozšíření NeoPixel.
Rozšíření NeoPixel je potřeba nejprve přidat. Klikneme na „Rozšíření“ a do vyhledávače napíšeme „neopixel Adafruit“. Vybereme rozšíření s logem LED pásku. Po přidání se nám v nabídce bloků objeví nová záložka NeoPixel.
Z této záložky vložíme blok „nastav strip na neopixel…“ a nastavíme tři základní parametry: pin, na který je připojen datový vodič LED pásku (například P0), počet LED diod na pásku a formát zobrazení, který ponecháme jako RGB.
Jakmile máme LED pásek přidaný a nakonfigurovaný, můžeme ho začít ovládat. Pro jednoduchý test použijeme blok „strip show color (red)“, který rozsvítí celý pásek červeně. Poté přidáme krátkou pauzu (například 500 ms) a stejným způsobem zobrazíme další barvy – zelenou a modrou. Takto si vyzkoušíme základní práci s barvami a ovládání LED pásku pomocí micro:bitu.
Úkoly
Úloha 1: Zapnutí RGB pásku
Rozsviť LED diody v základních barvách, které nabízí knihovna NeoPixel. Vyzkoušej červenou, zelenou a modrou barvu.
Úloha 2: Postupné blikání a světelné efekty
Vytvoř vlastní světelné efekty pomocí bloků z knihovny NeoPixel. Vyzkoušej jednotlivé příkazy a poté naprogramuj efekt, ve kterém LED diody postupně blikají a mění barvy.
Úloha 3: RGB a HSL – jak se liší?
Barvu světla můžeme měnit úpravou intenzity červené, zelené a modré složky (RGB). Tím ovlivňujeme i jas výsledné barvy. Nastavování intenzity v RGB ale není vždy jednoduché.
Proto se často používají jiné způsoby reprezentace barev, jako je HSL (Hue, Saturation, Lightness), HSV nebo CMYK. Knihovna NeoPixel umožňuje práci i s HSL formátem. Zjisti, jak HSL funguje a najdi si na internetu převodníky mezi jednotlivými barevnými modely.
Úloha 4: Lampička na tlesknutí
Pomocí LED pásku a micro:bitu naprogramuj noční lampičku, která se rozsvítí a zhasne tlesknutím. Využij vestavěný mikrofon micro:bitu k detekci zvuku.
Snímač vlhkosti
Snímač vlhkosti
Snímač vlhkosti slouží k měření vlhkosti půdy pomocí jednoduchých vodivostních sond. Data ze snímače lze snadno číst pomocí micro:bitu a využít je pro automatické zavlažování nebo sledování stavu rostlin.
Senzor je ideální pro projekty s chytrou zahrádkou – umožňuje rozhodnout, kdy je potřeba zalít. Hodí se jak pro domácí experimenty, tak pro výuku přírodovědy a fyziky. Díky přímému propojení s micro:bitem a snadné interpretaci hodnot nabízí praktický přesah do reálného světa a rozvíjí technické myšlení i vztah k péči o živé organismy.
Zapojení
Zapojení LED displeje
- DIO – datový pin displeje se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P1. Je nutné v programu nastavit, na jaký pin je připojen.
- CLK – hodinový signál displeje se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P2. I zde je nutné nastavit příslušný pin v programu.
- VCC – napájení (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Zapojení kapacitního čidla vlhkosti
- DIO – signálový pin AOUT se připojuje na žlutou lištu, na pin P2. V programu je nutné nastavit, na jaký pin je připojen.
- VCC – napájení (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
Nejprve jsme podle návodu zapojili kapacitní snímač a LED displej. Pokud máme snímač připojený pomocí kabelu, zapojíme ho do rozšiřující desky tak, aby žlutý signálový vodič vedl do žluté svorkovnice. Pokud si nejsme jistí, jak programovat LED displej, přejdeme do příslušné části s návodem na práci s displejem.
Pro zobrazení hodnot z kapacitního čidla v programu přidáme do opakující se smyčky blok „displej show number 0“, kde místo nuly vložíme blok pro čtení hodnoty z pinu a vybereme příslušný žlutý pin. Pokud displej nefunguje, zkontrolujeme zapojení vodičů do žluté lišty (CLK a DIO). Pokud čidlo nezobrazuje žádné hodnoty, ověříme, na kterém pinu je senzor připojen a zda máme správně nastavený pin i v programu.
Úkoly
Úloha 1: Snímání hodnot ze senzoru
Zapojte snímač vlhkosti podle přiloženého schématu. Sledujte měřené hodnoty na displeji.
- Dotkněte se senzoru suchými prsty a zaznamenejte zobrazené hodnoty.
- Pokus opakujte s navlhčenými prsty a porovnejte rozdíl.
- Během experimentu dávejte pozor, abyste nenamočili zbytek elektroniky nebo počítač.
Úloha 2: Záznam hodnot vlhkosti substrátu před a po zalití
Vyberte rostlinu se substrátem, která ještě nebyla dnes zalita. Opatrně zasuňte snímač do půdy tak, abyste nepoškodili kořeny. Zapište si aktuální hodnotu vlhkosti. Po odečtení hodnoty rostlinu zalijte a sledujte, jak se údaje změní.
- Zaznamenejte nejvyšší a nejnižší naměřenou hodnotu.
- Sledujte změny každých 15 minut.
- Popište, jak rychle se změny vlhkosti projevují.
Úloha 3: Porovnání výstupních hodnot v různých typech půdy
Připravte si různé druhy půdy – například písek, běžnou zeminu, jíl nebo štěrk.
- Nejprve proveďte měření bez přidání vody. Senzor postupně vložte do každého substrátu a po každém měření jej otřete papírovým ubrouskem. Výsledky si zaznamenejte.
- Poté každý substrát navlhčete stejným množstvím vody a znovu proveďte měření.
- Vyhodnoťte, který substrát byl nejvlhčí před zavlažením a který po zavlažení.
- Zapište si výsledky a porovnejte vlastnosti jednotlivých půd.
Ponorné čerpadlo a Mosfet modul
Ponorné čerpadlo a Mosfet modul
Ponorné čerpadlo
Ponorné čerpadlo slouží k čerpání a rozvodu vody nebo podobných kapalin na požadované místo. Není vhodné pro chemikálie, které by mohly poškodit jeho vnitřní části.
Uvnitř se nachází motorek s vrtulkou, která nasává kapalinu sacím otvorem a vytlačuje ji výpustí ven. Čerpadlo musí být během provozu celé ponořené v kapalině a nesmí běžet naprázdno – zapínejte jej až ve chvíli, kdy je plně ponořené.
Mosfet modul
Mosfet modul slouží k bezpečnému řízení čerpadla pomocí micro:bitu. Přímé připojení čerpadla na micro:bit by mohlo vést k jeho poškození, protože čerpadlo vyžaduje napětí 5–6 V, které micro:bit sám neposkytuje. Mosfet modul umožňuje oddělit silové napájení čerpadla od řídicí logiky a zajistit tak bezpečný a spolehlivý provoz.
Zapojení
Zapojení čerpadla přes MOSFET modul
- DIO – signálový pin SIG na modulu se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P1. V programu je nutné nastavit, na jaký pin je připojen.
- VCC – napájení modulu (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Napájení čerpadla se připojuje na svorky modulu:
- V+ – červený vodič čerpadla (kladný pól)
- V– – černý vodič čerpadla (záporný pól)
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
Nejprve otestujeme, zda vše funguje správně. Do bloku „při startu“ vložíme blok „zapiš do pinu P1 logickou hodnotu 1“ (nebo jiný pin, podle zapojení). Tento blok aktivuje výstup na pinu, který ovládá Mosfet modul připojený na žluté liště.
Po nahrání programu do micro:bitu by se mělo čerpadlo spustit.
Dále si naprogramujeme ovládání čerpadla pomocí tlačítek. Pomocí bloků ze záložky Vstupy vytvoříme podmínku, že při stisku tlačítka A se čerpadlo zapne a při stisku tlačítka B vypne. Tím získáme jednoduché ruční ovládání čerpadla přímo z micro:bitu.
Úkoly
Úloha 1: Testujeme funkčnost
Nejprve je potřeba ověřit správné zapojení a funkčnost čerpadla a Mosfet modulu. Připravte si vhodné nádoby, například laboratorní válce nebo větší kelímky s obsahem alespoň 1 litr, mezi kterými budete přečerpávat vodu. Na výstup ponorného čerpadla připojte hadičku – nejjednodušší volbou je akvarijní hadička.
Úloha 2: Čerpáme a měříme
Změřte, kolik vody čerpadlo přečerpá za 10, 20 a 30 sekund. Naprogramujte micro:bit tak, aby se čerpadlo spustilo po stisku tlačítka a po uplynutí zvoleného času se samo vypnulo. Každé měření proveďte zvlášť a objem přečerpané vody zjistěte pomocí odměrného válce. Výsledky si zapište.
Úloha 3: Automatická závlaha
Vytvořte automatický systém zavlažování pro rostliny. Vycházejte z údajů o množství přečerpané vody a z poznatků o optimální vlhkosti z předchozích úloh. Každý druh rostliny má jiné požadavky na závlahu – vyhledejte si potřebné informace online a přizpůsobte jim svůj program. Váš systém by měl spustit zavlažování pouze tehdy, když je půda suchá a rostlina vodu skutečně potřebuje.
Infračervený senzor
Infračervený senzor
IR (infračervený) senzor slouží k detekci objektů nebo pohybu na krátkou vzdálenost pomocí odraženého infračerveného záření. Využívá se v běžném životě, například u televizních ovladačů, ale také v průmyslu nebo automatizačních systémech.
IR senzory najdeme u automatických dveří, závor, osvětlení aktivovaného pohybem nebo robotických vozítek, kde pomáhají detekovat překážky. Výhodou je jejich jednoduché použití a rychlá reakce na změnu prostředí.
Senzor má většinou dva výstupy – digitální (DO) pro detekci přítomnosti objektu a analogový (AO) pro přesnější měření intenzity odraženého signálu. V kombinaci s micro:bitem lze IR senzor využít v mnoha školních projektech – od bezpečnostních systémů až po interaktivní roboty.
Zapojení
- DIO – digitální výstup DO se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P0. V programu je nutné nastavit, na jaký pin je připojen.
- VCC – napájení senzoru (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
Nejprve otestujeme, zda vše funguje správně. Do bloku „při startu“ vložíme blok „zapiš do pinu P1 logickou hodnotu 1“ (nebo jiný pin, podle zapojení). Tento blok aktivuje výstup na pinu, který ovládá Mosfet modul připojený na žluté liště.
Po nahrání programu do micro:bitu by se mělo čerpadlo spustit.
Dále si naprogramujeme ovládání čerpadla pomocí tlačítek. Pomocí bloků ze záložky Vstupy vytvoříme podmínku, že při stisku tlačítka A se čerpadlo zapne a při stisku tlačítka B vypne. Tím získáme jednoduché ruční ovládání čerpadla přímo z micro:bitu.
Úkoly
Úloha 1: Snímání hodnot z IR senzoru
Zjistěte, kdy je na digitálním výstupu IR senzoru hodnota 1. Zakrývejte senzor rukou nebo jiným předmětem a pozorujte, jak se výstup mění. Ověřte, jak snímač reaguje na přítomnost nebo nepřítomnost překážky.
Úloha 2: Maximální vzdálenost detekce
Otestujte, na jakou vzdálenost dokáže IR senzor ještě detekovat překážku. Pomocí modrého otočného prvku (potenciometru) na senzoru můžete upravit jeho citlivost a tím ovlivnit maximální dosah detekce.
Úloha 3: Zabezpečovací zařízení
Navrhněte jednoduchý bezpečnostní systém s využitím IR senzoru. Zamyslete se, jak by mohl detekovat pohyb a jakou akci by při tom měl spustit (např. rozsvícení LED, spuštění alarmu nebo zápis do paměti).
Světelný senzor
Světelný senzor
Fotorezistor je pasivní elektronická součástka, jejíž odpor se mění v závislosti na množství dopadajícího světla – čím je světla více, tím je odpor nižší. Pomocí micro:bitu můžeme jednoduše měřit intenzitu osvětlení a reagovat na její změny v reálném čase.
Ve výuce i praxi lze fotorezistor využít například pro automatické otevírání dveří kurníku podle východu slunce nebo k ovládání žaluzií, které se spustí při setmění.
Zapojení
- DIO – digitální výstup DO se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P0. V programu je nutné nastavit, na jaký pin je připojen.
- VCC – napájení senzoru (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
V programu sledujeme stav na digitálním výstupu modulu s fotorezistorem.
Pro zvýšení stability signálu a omezení rušení aktivujeme na vstupním pinu interní pull-up rezistor. Tím zajistíme spolehlivější čtení dat ze senzoru.
Úkoly
Úloha 1: Snímání hodnot ze světelného senzoru
Zjistěte, kdy je na digitálním výstupu senzoru hodnota 1. Přikryjte snímač rukou a sledujte, jak reaguje na změnu světla. Ověřte, jaký stav odpovídá osvětlení a jaký stínu.
Úloha 2: Nastavení citlivosti
Pomocí modrého otočného prvku (potenciometru) na modulu nastavte citlivost senzoru. Vyzkoušejte takovou hodnotu, při které senzor spolehlivě detekuje přikrytí rukou.
Úloha 3: Automatická lampička
Zkombinujte RGB LED pásek s fotosenzorem a naprogramujte jednoduchou lampičku, která se automaticky rozsvítí při snížení intenzity světla – například večer nebo při zatemnění.
Snímač teploty
Snímač teploty
Digitální teploměr DS18B20 umožňuje měřit teplotu s přesností 9 až 12 bitů ve stupních Celsia. Je vybaven funkcí teplotního alarmu, kde lze naprogramovat horní i dolní mez.
Senzor komunikuje po sběrnici 1-Wire, která vyžaduje pouze jeden datový vodič a zem pro spojení s micro:bit nebo jiným mikroprocesorem. DS18B20 může být navíc napájen přímo z datové linky (tzv. parazitní napájení), což zjednodušuje zapojení.
Každý senzor má unikátní 64bitový identifikátor, díky kterému je možné připojit více snímačů na jednu sběrnici. To umožňuje snadné měření teploty na více místech současně – například v systémech HVAC, při monitorování prostředí v budovách, strojích nebo výrobních procesech.
Zapojení
- Sig – digitální výstup DO se připojuje na žlutou lištu, např. na pin P0. V programu je nutné nastavit, na jaký pin je připojen.
- VCC – napájení senzoru (+3V), připojuje se na bílou lištu.
- GND – zem (–), připojuje se na černou lištu.
Upozornění: Při zapojování musí být rozšiřující deska vypnutá a micro:bit odpojený od napájení.
Program
Základní program
Úkoly
Úloha 1: Měření teploty v různých částech místnosti
Zapojte teplotní senzor podle schématu a sledujte naměřené hodnoty na displeji micro:bitu. Umístěte senzor do různých částí místnosti – například ke dveřím, oknu, do stínu nebo blízko topení.
- Zaznamenejte naměřené teploty.
- Porovnejte, kde je tepleji a kde chladněji.
- Jaké rozdíly jste zjistili?
Úloha 2: Záznam změny teploty v čase
Umístěte senzor na jedno místo a měřte teplotu každých 10 minut po dobu jedné hodiny.
- Došlo během měření ke změnám? Co je mohlo způsobit?
- Jak rychle se prostředí ohřívá nebo ochlazuje?
- Zkuste zakreslit graf s průběhem teploty v čase.
Úloha 3: Porovnání teplot různých předmětů
Použijte senzor k měření povrchové teploty různých materiálů – např. kovové lžíce, plastového kelímku, dřevěného prkénka nebo vlastní ruky.
- Který materiál je nejteplejší a který nejchladnější?
- Změřte předměty po zahřátí na slunci nebo po vychlazení v lednici.
- Jak dlouho trvá, než se předmět vrátí na pokojovou teplotu?
