Σύστημα ανάπτυξης και πειραματισμών βασισμένο στο Raspberry Pi
Raspberry Pi development and experiment system
Θεματική επικεφαλίδα
TPSH::Επιστήμη Υπολογιστών::Μικροεπεξεργαστές - Μικροελεγκτές ; TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρονική::Ηλεκτρονικά ΚυκλώματαΛέξεις κλειδιά
Raspberry Pi 3 Model B ; Raspberry Pi ; Python ; Μικροελεγκτές ; Πλατφόρμες ηλεκτρονικής μάθησηςΠερίληψη
Η παρούσα εργασία έχει ως αντικείμενο της, τη δημιουργία μιας εκπαιδευτικής διάταξης πειραματισμών με ηλεκτρονικά στοιχεία βασισμένη στον μικροϋπολογιστή Raspberry Pi 3 B+. Η σκέψη για την υλοποίηση μίας τέτοιας κατασκευής, προήλθε απο την εμπειρία που αποκτήθηκε κατα την ακαδημαική μας πορεία. Διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν μεγάλες, δύσχρηστες και βαρίες κατασκευές που κοστίζουν πολύ και έλλειψη σχετικών προτάσεων στην αγορά καθώς υπάρχουν ελάχιστες και κοστίζουν αρκετά. Βασικές προυποθέσεις για την κατασκευή είναι να διαθέτει τις πλήρεις ικανότητες ενός φορητού ηλεκτρονικού υπολογιστή και μια πλούσια διάταξη ηλεκτρονικών στοιχείων. Επιπλέον, πρέπει να είναι μικρού βάρους, όσο το δυνατόν μικρότερου μεγέθους, το κόστος της θα πρέπει να είναι σε χαμηλά επίπεδα και να προσφέρει τόσο θεωρητικές όσο και πρακτικές δυνατότητες για εκπαίδευση. Επιπλέον, η διάταξη πρέπει να χρησιμοποιεί υλικά που βρίσκονται εύκολα στο εμπόριο και είναι ευρέως διαθέσιμα. Για τους παραπάνω λόγους, η κατασκευή περιλαμβάνει έναν πλήρως λειτουργικό φορητό υπολογιστή(laptop) και μία εκπαιδευτική πειραματική ταμπλέτα με ψηφιακά και αναλογικά ηλεκτρονικά στοιχεία. Αυτά τα στοιχεία, δίνουν τη δυνατότητα για πειραματισμούς και την ανάπτυξη ηλεκτρονικών κατασκευών εκπαιδευτικού σκοπού. Για την κατασκευή του φορητού υπολογιστή βασιστήκαμε στη χρήση του μικροϋπολογιστή Raspberry Pi 3 B+, ο οποίος λειτουργεί ως κεντρική υπολογιστική μονάδα. Επίσης, ο φορητός υπολογιστής διαθέτει οθόνη αφής 7 ιντσών, 2 ηχεία χαμηλού κόστους, power-bank χωρητικότητας 10600 mAh για μπαταρία, ασύρματο πληκτρολόγιο με touchpad και δυνατότητα επαναφόρτισης, USB hub με 4 θύρες για περιφερειακά και διασύνδεση με το διαδίκτυο μέσω WI-FI αλλά και Ethernet. Απο την άλλη πλευρά, η κατασκευή της πειραματικής ταμπλέτας αποτελείται από 25 LED, 4 RGB LED, ενδείκτη 7 τμημάτων, 16x2 LCD οθόνη, ένα Breadboard, 8 μπουτόν, LED matrix, υπέρυθρο αισθητήρα απόστασης, πληκτρολόγιο 4x4, buzzer και κινητήρα Servo. Τα δύο επιμέρους κομμάτια της κατασκευής συνδέονται μεταξύ τους με τη χρήση του ενός GPIO καλωδίου και ενός εξαρτήματος επέκτασης T-cobbler. Επιφάνειες που απαιτούνταν τόσο στο κάτω όσο και στο πάνω μέρος του φορητού υπολογιστή και βοήθησαν και στον καθορισμό της διάταξης των στοιχείων του υλοποιήθηκαν με plexiglass. Απο την άλλη πλευρά, ολόκληρη η κατασκευή της πειραματικής ταμπλέτας-διάταξης υλοποιήθηκε με χρήση plexiglass. Αυτά κόπηκαν με ακρίβεια, μετά απο σχεδιασμό σε CAD πρόγραμμα, με λέιζερ μηχάνημα. Τέλος, για να καταστεί εμφανές και να ελεγχθεί το κατα πόσο είναι λειτουργική και αποδοτική η κατασκευή, χρησιμοποιήθηκε ο φορητός υπολογιστής για να γίνει έρευνα και να προγραμματιστούν σε Python προγράμματα που μπορούν να ενεργοποιήσουν και να έλεγξουν τα ηλεκτρονικά στοιχεία της διάταξης. Αρχικά, υλοποιήθηκαν κάποια πιο απλά και στη συνέχεια κάποια πιο περίπλοκα πειράματα και παρατηρήθηκε πως με σωστό προγραμματισμό τόσο το κάθε στοιχείο ξεχωριστά αλλα και συνδυαστικά πολλαπλά στοιχεία, λειτουργούν επιτυχώς. Τελικά, με βάση τα αποτελέσματα που εξήχθησαν, φαίνεται ότι η κατασκευή πληρεί τις βασικές μας προυποθέσεις και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξυπηρετήσει τον αρχικό της στόχο, που είναι να αποτελεί μια ολοκληρωμένη φορητή εκπαιδευτική διάταξη.
Περίληψη
The main objective of the present thesis is the creation of an experimental educational layout with electronic elements, based on Raspberry Pi 3 B+ microcomputer. The initial inspiration for the implementation of such a layout came from the experience we acquired on our academic career during which, we had interactions with such layouts in laboratory courses. The experience we got was that the layouts were heavy, expensive and inconvenient to operate and maintain. Also, there is a gap in the market of such layouts and the few ones available are quite expensive. The main requirements for the layout are, that it must have the full abilities of a normal portable computer and a rich composition of different electronic components. Furthermore, it must be lightweight, as small as possible, portable, low cost and offer the best possible educational possibilities in both theoretical and practical sense. In order to make the layout easy to recreate, the components that were used are common in the market and can be found easily. Taking into account the reasons above, it was decided for the layout to be comprised of a fully working portable computer and an educational experimental board with electronic and digital components. These components provide the ability for diverse and complex experimental compositions. For the construction of the portable computer a Raspberry Pi 3 B+ microcomputer was used as the central processing unit, while it also consists of a 7 inch high definition touchscreen, 2 low cost speakers, a 10600 mAh power-bank as a battery, a wireless keyboard with touchpad and recharging capabilities, a USB Hub with 4 ports for peripherals and internet connection through Ethernet and Wi-Fi. On the other side, the experimental board is comprised of 25 LED, 4 RGB LED, a 7 segment display, a 16x2 LCD screen, a Breadboard, a buzzer, a LED matrix, eight buttons, an ultrasonic distance sensor and a servo motor. The two parts of the layout are connected through a GPIO cable and a T-cobbler module. Surfaces, that were needed at the upper and lower side of the portable computer and defined the way the elements of the computer were placed, as well as the whole construction of the experimental board, were made with the use of a CAD program and then cut with a laser machine. Finally, in order to find out whether the project is useable and efficient, the portable computer was used to conduct research and write Python programs that can enable and control the elements of the experimental board. First, some basic and then some more complex experiments were conducted and it was observed that with proper programming each element but also multiple elements in combination can function properly. In conclusion, it was observed that the project satisfies the main goals that were set and can be successfully used to fulfill its original purpose that is to operate as a complete experimental and educational board.
Αριθμός σελίδων
75Σχολή
Σχολή Τεχνολογικών ΕφαρμογώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.Γλώσσα
Ελληνικά
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα