Использование СПО в учебном процессе на примере разработки портативной метеостанции на Raspberry Pi (Алексей Ерпелев, OSEDUCONF-2020)
Материал из 0x1.tv
- Докладчик
- Алексей Ерпелев
В статье рассматривается использование свободного программного обеспечения в учебном процессе при обучении студентов направлений подготовки ИВТ, ИСТ и ПИН основам программирования и электроники с использованием Raspberry Pi.
Данная тематика позволяет изучить принципы построения электронных устройств, сетевого взаимодействия, а также основы программирования, создание и эксплуатация баз данных. Метеостанция построена на базе Raspberry Pi Zero W с использованием цифрового датчика температуры и влажности DHT11.
Содержание
Видео
Презентация
Thesis
Современное технологическое развитие дало возможность создавать приборы и устройства для отслеживания климатических показателей в режиме реального времени, сбора и анализа. Такие устройства могут быть построены практически на любых доступных средствах: микроконтроллер Arduino, IskraJS, Raspberry Pi и так далее [1]. Они могут работать как одиночно, так и совместно (например, связка Raspberry Pi + Arduino, одна платформа собирает данные, а вторая анализирует и аккумулирует). Данные устройства работают не только на проприетарном (На Raspberry Pi ядра GPU работают под управлением операционной системы реального времени ThreadX. Данная ОС с закрытыми исходниками управляет системой без ведома ядра Linux [2]), но и на свободном программном обеспечении. Так, например, Raspberry Pi работает на свободной операционной системе Raspbian, можно использовать свободные компоненты такие, как язык Python, СУБД MySQL, база данных SQLite и так далее. На платформе Raspberry Pi имеется большое количество свободного программного обеспечения, многие из них распространяются по лицензии GPL. Данное устройство используется в обучении студентов по направлениям подготовки ИВТ, ИСТ и ПИН для освоения профильных компетенций - способностью разрабатывать средства автоматизированного проектирования информационных технологий (ПК-13), способностью сопрягать аппаратные и программные средства в составе информационных и автоматизированных систем (ПК-5) и способностью разрабатывать компоненты аппаратно-программных комплексов и баз данных, используя современные инструментальные средства и технологии программирования (ПК-2) [3].
С целью демонстрации использования свободного программного обеспечения в учебном процессе на примере разработки портативной метеостанции, авторами была поставлена и решена задача разработки соответствующего макета-устройства (Raspberry Pi Zero W и цифровой датчик температуры и влажности DHT11).
Разработанный макет-устройство позволяет записывать текущие климатические показатели в базу данных SQLite с датчика DHT11, а также выводить их на экран мобильного или десктопного устройства путём создания веб-страницы. В работе данного устройства участвуют такие компоненты, как база данных SQLite, веб-фреймворк Flask. Вся логика устройства написана на языке программирования Python. Устройство может самостоятельно записывать климатические показатели в автоматическом режиме или в ручном режиме. Для ручного режима Raspberry Pi может становиться Wi-F-роутером, к которому необходимо подключится, далее открываем веб-страницу устройства через браузер и на экране у нас будет доступны следящие функции: просмотр текущих показателей и все данные из БД, или использовать внешнюю Wi-Fi точку для подключения к устройству [4].
При выполнении данного проекта студенты изучают язык программирования Python, получают навыки по создания собственных веб-приложений, сборки устройств из электронных компонентов и опыт проектирования схем устройств в виртуальных средах, например TinkerCad. Студенты используют полученные знания по дисциплине Проектирование и администрирование информационных систем на практике путём моделирования структуры базы данных и написания необходимых запросов для выполнения поставленных задач. Также студенты учатся составлять алгоритмы работы модулей и устройств обработки информации. Таким образом, студентами осваиваются соответствующие компетенции ФГОС.
Логическим завершением проектирования является 3D-прототипирование для изготовления корпусных элементов (компетенция №45 WorldSkills), что является актуальным требованием современного обучения в вузах.
Анализируя полученный результат, можно отметить его эффективность и привлекательность.
Разработанный макет-устройство демонстрирует возможности свободного программного обеспечения для освоения студентами компетенций по направлениям подготовки ИВТ, ИСТ и ПИН. При этом данные устройства являются базовыми для изучения студентами технических специальностей программирования, электроники, автоматики, основ робототехники и прототипирования [1], [5]. Развитие данного направления в обучении студентов предполагает дальнейшее усложнение проекта в сторону увеличения количества используемых функций (экспортирование данных на сторонние сервисы, установка дополнительных датчиков и так далее).
!.jpg)
Примечания и ссылки
- ↑ 1,0 1,1 Проектирование студентами высших учебных заведений реальных устройств при изучении ряда дисциплин, связанных с обработкой информации и данных / Симонов В.Л., Аметова М.М., Хмыров Н.А. и др. // Информационные технологии в образовании: материалы науч.-практ. конф. --- Саратов, 2017. --- С. 296--298.
- ↑ Что не так с Raspberry Pi https://habr.com/ru/post/440584/
- ↑ Использование свободного ПО в учебном процессе на примере разработки устройств «умного дома» с применением микроконтроллеров Arduino и Iskra JS (OSEDUCONF-2019)
- ↑ Creating Wireless Router using Raspberry Pi Zero W https://scribles.net/creating-wireless-router-using-raspberry-pi-zero-w/
- ↑ Справочник по отечественным и иностранным электронным компонентам http://www.chipinfo.ru/
Plays:3 Comments:0