Лаборатория электроники и программирования микрокомпьютеров Raspberry Pi 4 4GB на Scratch и Python. Образовательный конструктор с методическим пособием

Образовательный конструктор «ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ микрокомпьютеров Raspberry Pi 4 на Scratch и Python» выполнен в виде мини-стенда, основу которого составляет рабочая пара из микрокомпьютера Raspberry Pi 4 и уникальной платы расширения Sense HAT (Hardware Attached on Top).

Эта плата была разработана специально для космической миссии.

В рамках проекта Raspberry Pi Foundation платы Raspberry Pi и Sense HAT были доставлены на МКС на борту грузового корабля. С тех пор, как устройства достигли орбиты и начали работать на борту Международной космической станции, с их помощью стартовали различные эксперименты, предложенные школьниками и студентами из разных стран.

Обзор платы SENSE HAT

Sense HAT – мощная многофункциональная дополнительная плата для Raspberry Pi. Помимо светодиодной матрицы 8×8, состоящей из 64 красных, зеленых и синих программируемых светодиодов (RGB), цвет которых можно настроить для получения абсолютно любого оттенка, Sense HAT включает в себя пятипозиционный джойстик-контроллер и шесть бортовых датчиков.

Датчик положения (гироскоп): устройство, которое используется для определения изменения угла ориентации тела, получившего определение угловой скорости, отслеживающее направление гравитационного поля Земли – силы, которая притягивает вещи к земле, в центр планеты. Проще говоря, гироскопический датчик позволяет определить, что вы поворачиваете Sense HAT относительно поверхности Земли, и определяет скорость поворота.

Акселерометр: схож с предыдущим датчиком, но измеряет он уже не угловую скорость относительно поверхности Земли, а ускорение (силы тяжести) в различных направлениях. Совместив показания (данные) обоих датчиков, вы сможете отследить, в какую сторону и как быстро перемещается Sense HAT.

Магнитометр: прибор для измерения характеристик магнитного поля является еще одним датчиком, который помогает отследить перемещение Sense HAT. Измеряя естественное магнитное поле Земли, магнитометр может определить направление северного магнитного полюса. Этот датчик также можно использовать для поиска металлических предметов и даже для обнаружения электрических полей. Все три перечисленных датчика встроены в один модуль под названием ACCEL/GYRO/MAG, расположенный на печатной плате Sense HAT.

Датчик влажности: измеряет процент водяного пара в воздухе, известного как относительная влажность. Относительная влажность воздуха может колебаться от 0 %, если в нем отсутствует влага, и до 100 %, когда воздух полностью насыщен водяным паром. Полученные данные можно использовать для метеопрогноза.

Датчик измерения атмосферного давления: также известен как барометр, служит для измерения давления воздуха. Хотя большинство людей знают, что такое атмосферное давление из прогноза погоды, у барометра есть еще одно секретное применение: он может определить, спускаетесь вы с горы или поднимаетесь на нее, поскольку чем дальше вы удаляетесь от поверхности Земли, тем ниже падает давление, а воздух становится разреженным.

Датчик температуры: измеряет температуру окружающей среды, а также платы Sense HAT. Если вы используете чехол, то показания будут чуточку выше, чем вы могли бы ожидать. У платы Sense HAT отсутствует отдельный датчик температуры, поэтому в данном случае используются встроенные в датчики влажности и атмосферного давления. Программа способна использовать один или оба этих датчика сразу.

Для экспериментов с обработкой фото и видео, а также для процесса, известного в области робототехники как компьютерное зрение наш образовательный стенд оснащён видео-камерой.

Дополнительно конструктор комплектуется ресурсным набором электронных компонентов, необходимых для проведения новых экспериментов.

В качестве учебного материала конструктор комплектуется двумя замечательными книгами. Это «Raspberry Pi 4. Официальное руководство» и «Python для детей» (и не только).

Эти книги могут использоваться как учебный материал на занятиях по информатики в школе и ВУЗе. Конечно, каждый преподаватель устанавливает свои собственные приоритеты в обучении учащихся программированию. Если вы уже используете другой учебник в своей работе, то сможете использовать эти издания в качестве источника информации в дополнение к существующему учебнику.

Эти книги начинают обучение «с нуля», так сказать, являются прямым вхождением в языки программирования Scratch и Python, без необходимости наличия каких-либо навыков программирования.

Важным направлением в этой книге является объектно-ориентированное программирование (ООП). Наиболее важные концепции обсуждаются в книгах достаточно подробно. Еще одним направлением является игровое программирование.

В проектах используются все основные элементы словаря Python, а также наиболее важные графические компоненты библиотеки tkinter. Вы встретите большое количество задач по программированию.

В конце каждой главы есть несколько вопросов и задач. Эти упражнения не всегда просты, но они помогают освоить программирование. Решения задач можно найти в папке с файлами примеров. Их можно просмотреть в текстовом редакторе или распечатать на принтере.

Комплектация