"ארדואינו" (תרגום מאיטלקית: Arduino) הוא מיקרו-בקר בעל מעגל מודפס יחיד (Single Board MicroController), עם סביבת פיתוח משולבת (IDE) ברישיון קוד פתוח (לא חסום לפיתוח עצמאי), אשר מטרתה ליצור סביבה נוחה וזולה לפיתוח פרויקטים המשלבים תוכנה עם רכיבי אלקטרוניקה. גם רובוטיקה. "ארדואינו" החל כפרויקט לסטודנטים במכון לתכנון אינטראקציה, ב"איווריאה", שבאיטליה. השם "ארדואינו" מאיטליה: Arduino, הוא כשמו של בר שתיה ב"איווריאה", בו כמה ממייסדי הפרויקט נהגו להיפגש. הבר עצמו קרוי על שמו של ארדואין מאיוורה מרקיז איווריאה בין השנים 990-999 ומלך איטליה בין השנים 1002 עד 1014. המעגל המודפס מכיל בנוסף, כמעט תמיד: 1. בקר USB וחיבור USB, המשמש לטעינת התוכנה, וכמקור מתח אפשרי 2. מייצב מתח עם ערך של 5 וולט ושקע לכבל חשמלי 3. 14 פינים (ולפעמים יותר) לחיבורי חיישנים או התקני חומרה אחרים 4. 6 פינים מתוכם מסוגלים לקבל קלט אנלוגי בדיוק של 10 ביט 6 פינים מתוכם מסוגלים לייצר Pulse-Width Modulated Signal 7. מתנד המספק אות שעון בתדירות של 16‏ MHZ. סביבת הפיתוח של ארדואינו מאפשרת כתיבת תוכניות, הדרתן וצריבתן (Flashing) ל"ארדואינו". שפת התכנות ל"ארדואינו" היא C או C++ , או פייתון בגרסה מיוחדת, והסביבה מגיעה עם תוכניות דוגמה רבות, על מנת להקל על משתמשים חדשים. כמו כן, ניתן לשלוח פקודות לבקר וכן גם לבצע בקרה על פעולות שמתרחשות בזמן אמת (עם השהייה קטנה). סביבת פיתוח משולבת (Integrated Development Environment - IDE) היא סביבה בה מספקים יישומים שונים וכלי עבודה כדי לפתח, לבדוק, ולהריץ קוד מחשב. הIDE מספקת כלי תכנות משולבים ופועלת כמרכז עבור תהליכי פיתוח תוכנה. סביבות הפיתוח משולבות נועדו להקל על המפתחים ולארגן את תהליכי הפיתוח בצורה יעילה. הם מספקים כלי ויזואליים, תמיכה בדיבוג, יכולת הפעלה ובדיקת קוד, כדי לשפר את חוויית הפיתוח ולהקל על המפתח בתהליכי פיתוח יומיומיים. הנושאים בהם נעסוק ביחידה זו: א. הכרת בקר ה"ארדואינו" Arduino ב. הכרת ה IDE (סביבת הפיתוח המשולבת Integrated Developing Evvironment)

כאשר אתה מתכוון להפעיל 14 יציאות דיגיטליות בבקר ארדואינו, יש מספר דברים שכדאי לקחת בחשבון: 1. מקום וזמינות: הבקר ארדואינו Uno מצויד ב-14 יציאות דיגיטליות. הבקר ארדואינו Mega, בעודו מספק את אותו המנגנון, יכול לספק עד 54 יציאות דיגיטליות. 2. מתח וניצול: יש לוודא, שהמצב הכולל של הבקר, כולל הזרמה שנצרך על ידי יציאות הדיגיטל, תואם את המגבלות של הבקר. חשוב לזכור שסכום הזרמים שאתה מפעיל מכלל היציאות לא יתקרב לערך המרבי האפשרי. 3. זרימת זרם מקסימלית ליציאה: יש לוודא שאתה לא חורג מהזרימה המקסימלית האפשרית לכל יציאת דיגיטל (בדרך כלל 40 מיליאמפר). אם יש צורך בזרימה גבוהה יותר, עשויים להיות דרושים מפסקי רכיב יציבים. 4. יישום חומרה ותוכנה: יש לוודא שהתוכנה עבור הבקר מתאימה לדרישותיך. יש להשקיע זמן בלהבין את התוכנית ולוודא שהיא מפעילה את היציאות כפי שמתואר. יש לקרוא התיעוד של הבקר ארדואינו Arduino ביחידת לימוד זו נלמד על: א. הפעלת הלד-ים (LED) ובאר לדים בעזרת ה"ארדואינו".

המושג פורט נתונים במחקרו מעבדים תכנות הארדואינו בפורט שלם להדלקת תצוגה ולדים ביחידה זו, גם נעסוק בעבודת חקר קטנה עם מבט לעתיד., במסגרת מטלת העשרה בשילוב Singularity University אוניברסיטת "הייחודיות" שנוסדה בארה"ב לחדשנות ויזמות בעולמות העתיד ומשימות פרטיות לחלל.

מפסק (Switch): בהקשר הכללי, מפסק הוא יחידת הפעלה או כיבוי של מכשיר או פונקציה. ישנם מפסקים רבים סוגים, כוללים מפסקי דפוס, מפסקי תאורה, ומפסקים אלקטרוניים. מוניטור (Monitor): המוניטור הוא מסך המציג מידע ותמונות ממחשב או ממקור אחר. ישנם מסכים מגוונים, כוללים LCD, LED, OLED ועוד. מסך טורי (LED Display): יחידת תצוגה המשתמשת בטכנולוגיית LED (Light Emitting Diode) להצגת תמונות וטקסט. המסכים המבוססים על טכנולוגיית LED נפוצים במגוון רחב של מכשירים, כוללים מסכי טלוויזיה, מסכי מחשב ומסכי טלפונים ניידים. 7 סיגמנט (7-Segment): 7 סיגמנט הוא סוג של תצוגה המכילה 7 קטעים תצוגה נפרדים. כל קטע יכול להיות מואר או לא מואר, ובאמצעות שליטה בהארה ניתן להציג מספרים, אותות או תווים מיוחדים. ביחידה זו נלמד ונתנסה בפריטים והאלמנטים הללו כחלק ממענה נדרש בבקרה של מערכות משולבות.

IO2 - INT0 INT1-IO3

אפנון רוחב דופק PWM - Pulse With Modulation

מנועים חשמליים הם צרכנים מאוד גדולים של זרם/מתח. שימושים שונים במנוע חשמלי דורשים תפקוד מסויים מהמנוע - מהירות גבוהה או נמוכה, כח/מומנט גבוה או נמוך, מימדים וכו. כל מנוע מתוכנן למשימה מסויימת, למשל: גלגלת של מנוף מסתובבת לשני כיוונים במהירות קבועה, מאוורר מסתובב לכיוון אחד אך במהירות משתנה, מנוע של רכב רובוטי מסתובב לשני הכיוונים ובמהירות משתנה, ועוד. כדי לאפשר למערכת הבקרה להפעיל את המנוע החשמלי בצורה מיטבית למשימה יש לשלב במערכת רכיב שנקרא דוחף זרם או Motor Driver.

דוגמאות למערכות מבוקרות (בתחומי החברה, הביולוגיה, הכלכלה והטכנולוגיה) - מערכת - אות מבוא קלט - אות מוצא פלט - תיאור מערכת בעזרת מלבן אחד ומספר מלבנים (ללא נקודת סיכום) - תכנות מונחה עצמים- VI (Virtual Instrument), היכרות עם Lab-View. - בקרה של מערכת הנדסית בעזרת פקודת פונקצית בקרה.

אלגוריתם: - אלגוריתם כרצף של הוראות. - תכנות בזמן אמת. - תיאור אלגוריתם בשפה מונחית עצמים. - טבלת כתובת ייחוס – קלט/פלט (ממשק תוכנה/חומרה) דיאגרמת מלבנים: משתנה מבוקר, הפרעה ומשתנה מבקר - משתנים כאותות קלט ופלט במערכות בקרה - הגבר כיחס בין שינוי אות מוצא לשינוי באות מבוא - תיאור מערכת בקרה פשוטה כרצף של מספר מלבנים - חיבור הפרעה ומשתנה מבקר בדיאגרמת מלבנים

מקודד (Encoder) , הוא מכשיר או חיישן הממיר תנועה מכנית לאות חשמלי, שניתן להשתמש בו למטרות שונות, כגון מדידת מיקום, מהירות או כיוון. מקודד נפוץ במגוון רחב של יישומים, ממכונות תעשייתיות ורובוטיקה ועד מוצרי צריכה אלקטרוניים. ברובוטיקה: מקודדים (Encoder), ממלאים תפקיד מכריע במערכות רובוטיות כדי לספק משוב לשליטה מדויקת במפרקים ובמפרקים. ביחידה זו נלמד על ה ENCODER דרך משימת חקר.

חיישן קולי (אולטרה-סוני), Ultrasonic sensor, הוא פריט המשתמש בגלי קול קוליים עבור יישומים שונים, כגון מדידת מרחק, זיהוי עצמים וניווט. חיישנים קוליים פועלים על עיקרון של שליחה וקבלה של גלים קוליים, שהם גלי קול עם תדרים גבוהים מהגבול הנשמע העליון של שמיעה אנושית (בדרך כלל מעל 20 קילו-הרץ). חיישנים קוליים (אולטרסוניים), פופולריים בזכות הרבגוניות, הדיוק והאמינות שלהם במגוון יישומים בתעשיות שונות. ביחידת לימוד זו נחקור ונלמד על: 1. משימת חקר החיישן. 2. מציאת הקשר בין המהירות, הזמן וחישוב המרחק. 3. משימת איתור מידע על החיישן 4. משימת ביצוע בעזרת החיישן

- מימוש תנאי בעזרת Case או If…then…else - ביצוע פעולות עד לקיום תנאי Until. - לולאת While - ביצוע סדרת פעולות מספר פעמים מסוים For. - מבנה מצבים (Case Structure) והרחבתו.

המשתנים בשפות תכנות משמשים לאחסון ולניהול ערכים בתוך תוכנית. משתנים יכולים להיות מקומיים (local) או גלובליים (global), והשימוש בהם משתנה בהתאם. לדוגמא, משתנים מקומיים (Local Variables): מוגדרים בתוך פונקציה או בלוק מסוים, והם תקפים רק בתוך הקטע שבו הם הוגדרו. לא ניתן לגשת אליהם מחוץ לפונקציה או הלוק בו הם הוגדרו. הם נוצרים ונמחקים כל פעם שהפונקציה או הלוק בו הם הוגדרו מתבצע וסיים את הריצה שלו. משתנים גלובליים (Global Variables): מוגדרים מחוץ לפונקציה או הלוק, והם יכולים להיות זמינים לכל הקטעים בתוך התוכנית. יש להיזהר מכך שפעמים רבות שימוש רב במשתנים גלובליים יכול להוביל לקוד פחות מובן וקשה לתחזקה. ביחידת לימוד זו, נלמד על: - סוגי משתנים. - תפקיד משתנים. - משתנים מקומיים (Local Variable). - משתנה כולל (Global Variable).

- בניית טבלת כתובת ייחוס – קלט/פלט (ממשק תוכנה/חומרה). - בניית אלגוריתם לתכנית המחשב. - התאמת האלגוריתם לבקרה בחוג פתוח. - התאמת האלגוריתם לבקרה בחוג סגור. חיישנים במערכות בקרה: - הגדרת מושגי דיוק בסיסיים בתורת המדידה (הפעלת הרובוט בנסיעה ע״פ זמן) - שימוש בחיישנים למדידת ערכים פיזיקליים - ENCODER , חיישן אולטרא סוני וחיישן אור ( שלושת סוגי הברקה) - תחומי מדידה ורוויה של החיישנים יש להגיש עד לתאריך: 30/11/22

חיישן האור (Light Sensor) הוא חיישן אלקטרוני, שמסוגל לזהות את רמת האור בסביבתו. חיישני אור נמצאים בשימוש נרחב ויש להם מגוון יישומים, כוללים: 1. תאורה אוטומטית: חיישני אור נשמשים לשלוט בתאורה אוטומטית בסביבות פנימיות וחיצוניות. כאשר רמת האור יורדת מתחת לסף קבוע, המערכת יכולה להדליק את התאורה, וכאשר רמת האור גוברת, היא יכולה לכבות אותה. 2. אוטומציה בבתים חכמים: חיישני אור נשמשים גם במערכות בתים חכמים כדי לשלוט במגוון מכשירים ותהליכים על פי רמת האור בסביבה. לדוגמה, כאשר הרמה האור נמוכה, ניתן להפעיל אוטומטית מזגן או לשנות את התצוגה של גופי תאורה. 3. ציוד תיקשורת אופטית: בעניינים מסוימים, חיישני אור נעשה בהם שימוש גם בתחום התקשורת האופטית, כדי לקבוע את רמת האור בסביבה ולהתאים את השידור והקליטה בהתאם. 4. ציוד רכב: בכלי רכב, חיישני אור יכולים לשמש לשליטה בתאורת הרכב או לפעולות אחרות בהתאם לתנאי האור בסביבה. חיישני אור יכולים להיות בצורות שונות, וכל אחד מהם משתמש בטכנולוגיות שונות כמו צפיפות אופטית, פיזיקה של חומרים, או צפיפות אלקטרומגנטית כדי לזהות רמת אור. ביחידת לימוד זו, נחקור ונלמד על חיישן האור

- שימושי חיישנים במערכות בקרה ממוחשבות, התנסות בבקרות השונות: - בקרה על רובוט בתחומי משטח ( שולחני) מבלי ליפול. - נסיעה לאורך פס שחור, מעקב פס שחור בקרת ON-OFF ובקרה פורפורציונאלית (משמעות ההבדלים בין הבקרות השונות). - משימת סיכום בנושא חיישנים. המערכת וסביבתה: - קשר אינטראקטיבי בין המערכת ובין מערכות נוספות בסביבתה. - ממשק משתמש.

בינה מלאכותית היא תחום בתחום המדעי המתעסק בפיתוח מערכות חשמליות או תוכנה שיכולה לבצע משימות הדומות למשימות של בני אדם שדרוגים אינטליגנטיים. המטרה העיקרית של הבינה המלאכותית היא ליצור מכונה שיכולה לחשוב, ללמוד, ולפתור בעיות בדרך דומה ליכולת המחשבת של בני אדם. הכללים העיקריים והמרכזיים של בינה מלאכותית כוללים: 1. למידת מכונה (Machine Learning): היכולת ללמוד מנתונים ולשפר את ביצועיה בזמן. 2. הבנה שפה (Natural Language Processing - NLP): היכולת להבין ולהפיק משמעות משפה אנושית. 3. ראיה מחשבתית (Computer Vision): היכולת להבין ולפענח