יזמות טכנולוגית · כיתות ד׳–ט׳ · מפגש 9 · 90 דקות
▶ פתח במקרןמתכנתים את ה-Arduino בסימולציה
Tinkercad Circuits: מהנורה המהבהבת ועד חיישן הקרקע של חזי
זמני ארבע המשימות לקוחים מדף העבודה (15, 20, 20 ו-15 דקות). זמני הפתיחה, האתגר המתקדם והסיכום הם הערכה שלנו כדי להשלים ל-90 דקות. אתגר חזי מיועד למי שמסיים מוקדם, ולכן בפועל הוא רץ במקביל למשימות.
מטרת המפגש
ממשיכים מהמעגל הראשון שבנינו: היום ה-Arduino כבר לא רק מקור מתח, אלא בקר שמריץ תוכנית. בסביבת Tinkercad Circuits התלמידים מתכנתים בבלוקים נורה מהבהבת, מחברים כפתור כקלט דיגיטלי, קוראים חיישן אנלוגי ומציגים את הערכים שלו, ובונים מנורת לילה אוטומטית עם תנאי וערך סף.
מטרות
- לתכנת Arduino בבלוקים בסביבת Tinkercad Circuits ולהריץ סימולציה.
- לחבר רכיב פלט (LED עם נגד) ורכיב קלט דיגיטלי (כפתור) לפינים הנכונים.
- לקרוא ערך מחיישן אנלוגי (0–1023) ולהציג אותו ב-Serial Monitor.
- להשתמש בתנאי IF/ELSE עם ערך סף כדי לבנות מערכת אוטומטית.
התוצר במפגש
ארבע משימות מדורגות בסימולציה: נורה מהבהבת, כפתור שמדליק נורה, קריאת חיישן אור ומנורת לילה אוטומטית. מי שמספיק בונה גם גרסה ראשונה של מערכת החישה של חזי: חיישן לחות קרקע שמתריע כשהאדמה יבשה.
המסר המרכזי
סוללה נותנת רק חשמל. Arduino נותן חשמל והחלטות, כלומר תוכנית. זה בדיוק המודל שלנו: קלט ← בקר ← פלט. ערך סף הופך מדידה להחלטה, וסימולציה מאפשרת לטעות בחינם לפני שבונים באמת.
הכנה לפני המפגש
מהלך המפגש
| דקות | חלק | משך | סידור | ציוד | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0–10 | פתיחה מהמעגל לתוכנית, והיכרות עם Tinkercad Circuits | 10 דק׳ | יושבים מול המקרן | מחשב ומקרן, Tinkercad | הקרן |
| 10–25 | משימה 1 נורה מהבהבת (Blink) | 15 דק׳ | עבודה בזוגות, מסך אחד לזוג | מחשבים, Tinkercad | הקרן |
| 25–45 | משימה 2 כפתור = קלט דיגיטלי | 20 דק׳ | עבודה בזוגות, מתחלפים בנהיגה | מחשבים, Tinkercad | הקרן |
| 45–65 | משימה 3 חיישן אנלוגי: קוראים ערכים מחיישן אור | 20 דק׳ | עבודה בזוגות | מחשבים, Tinkercad | הקרן |
| 65–80 | משימה 4 מנורת לילה אוטומטית | 15 דק׳ | עבודה בזוגות | מחשבים, Tinkercad | הקרן |
| 80–85 | אתגר מתקדם עוזרים לחזי: חיישן לחות קרקע וזמזם | 5 דק׳ | למי שמסיים מוקדם | מחשבים, Tinkercad | הקרן |
| 85–90 | סיכום דיגיטלי, אנלוגי וערך סף | 5 דק׳ | יושבים מול המקרן | מצגת | הקרן |
רשימת ציוד לפני המפגש
חומרי עזר
חסר באתר
הפריטים האלה מוזכרים במערך אבל לא נכללו במקורות. כדאי להכין אותם לפני המפגש.
- קובץ מצגת המפגש (התוכן שלה מופיע במקור כטקסט, והוא משולב כאן בשקופיות)
- דף העבודה המודפס "מדריך מעבדה: Tinkercad", עם הטבלאות למילוי
דגשים למדריך לפי חלקי המפגש
פתיחה: מהמעגל לתוכנית, והיכרות עם Tinkercad Circuits
- מתחילים מהמעגל של מפגש 8 ומראים שמחליפים את הסוללה ב-Arduino. עכשיו אפשר לתכנת מתי הנורה דולקת.
- מכירים את Tinkercad Circuits: Components היא ספריית הרכיבים (Arduino Uno, LED, נגד, כפתור, חיישנים). Code הוא תכנות בבלוקים, כמו ב-MakeCode, או בטקסט. Start Simulation מריץ ומראה מה קורה בלי לשרוף אף רכיב. Serial Monitor הוא החלון שבו ה-Arduino "מדבר" ומדפיס מספרים.
- לפני שמתחילים: נכנסים ל-tinkercad.com עם חשבון הכיתה ← Circuits ← Create new Circuit, וקוראים לפרויקט מפגש9_שם1_שם2.
- עובדים בזוגות, מסך אחד לזוג. מחליטים מי "נהג" (מחזיק את העכבר) ומי "נווט" (קורא הוראות ובודק), ומתחלפים בכל משימה.
משימה 1: נורה מהבהבת (Blink)
- גוררים Arduino Uno R3, LED ו-Resistor, ומשנים את הנגד ל-220Ω. מחברים: פין 13 ← נגד ← הרגל הארוכה (אנודה) של ה-LED. הרגל הקצרה (קתודה) ← GND.
- בוחרים Code ← Blocks ובונים: set pin 13 to HIGH, wait 1 sec, set to LOW, wait 1 sec. מפעילים Start Simulation: הנורה מהבהבת?
- אתגר: גרמו לנורה להבהב מהר פי שניים. איזה מספר שיניתם?
- שאלות בדיקה מדף העבודה: מה יקרה אם תשנו את ה-wait ל-0.2? מה יקרה אם תהפכו את ה-LED? (נסו, זו סימולציה!)
משימה 2: כפתור = קלט דיגיטלי
- מוסיפים Pushbutton ונגד 10kΩ. צד אחד של הכפתור ← 5V. הצד השני ← פין 2, ומאותה נקודה נגד 10kΩ ← GND.
- בקוד, בתוך forever: if read digital pin 2 = HIGH then set pin 13 HIGH, else set pin 13 LOW. מריצים ולוחצים על הכפתור בסימולציה.
- שאלה: למה צריך את הנגד? בלעדיו הפין "מרחף" ומקבל ערכים אקראיים.
- בדף העבודה הזוגות עונים: מה הקלט במערכת? מה הפלט? למה זה נקרא קלט דיגיטלי?
משימה 3: חיישן אנלוגי: קוראים ערכים מחיישן אור
- מוסיפים Photoresistor (חיישן אור) ונגד 10kΩ: צד אחד ← 5V, הצד השני ← A0, ומשם נגד ← GND. אפשר גם פוטנציומטר.
- בקוד: print to serial monitor ← read analog pin A0, ואחריו wait 0.5 sec. פותחים את Serial Monitor בתחתית חלון הקוד ומריצים.
- לוחצים על החיישן ומזיזים את מחוון האור. רושמים בדף העבודה את הערך בחושך ואת הערך באור מלא.
- המספרים נעים בין 0 ל-1023. זה אות אנלוגי, בדיוק כמו הדימר מהמפגש הקודם.
משימה 4: מנורת לילה אוטומטית
- משלבים הכול: חיישן ← תנאי ← פעולה. בונים תוכנית: אם הערך ב-A0 קטן מערך הסף שבחרתם, ה-LED דולק. אחרת הוא כבוי.
- המספר 400 הוא ערך סף, כלומר קריטריון להחלטה. הזוגות מנסים ערכים שונים ורושמים בטבלה בדף העבודה: ערך הסף שניסינו, מה קרה, ומה למדנו.
אתגר מתקדם: עוזרים לחזי: חיישן לחות קרקע וזמזם
- מחליפים את חיישן האור ב-Soil Moisture Sensor מספריית הרכיבים. גם הוא אנלוגי: מחברים ל-A0 וקוראים את הערך.
- מוסיפים Piezo (זמזם) לפין 8 ו-LED אדום. אם הלחות נמוכה מערך הסף: נורה אדומה וצפצוף. אחרת: הכול שקט.
- רושמים: איזה ערך סף בחרתם ולמה? איך חזי יידע מה הערך הנכון לעגבניות?
- זו הגרסה הראשונה של מערכת החישה והניטור שחזי צריך.
סיכום: דיגיטלי, אנלוגי וערך סף
- סימולציה מאפשרת לטעות בחינם לפני שבונים באמת.
- סיכום אישי בדף העבודה: "היום הבנתי שההבדל בין קלט דיגיטלי לאנלוגי הוא..." ו"ערך סף עוזר למערכת..."
- יוצרים ציפייה למפגש הבא: IoT, כשמכשירים מדברים זה עם זה.
דף הערות למדריך
הכשל הנפוץ, ומה עושים איתו
- הכשל הנפוץ: LED הפוך (הרגל הארוכה היא הפלוס) או חוט שלא ננעל על נקודה.
- לא מתקנים במקום התלמידים. שואלים: "מה ציפית שיקרה? מה קרה? איפה ההבדל?"
- מי שמסיים מוקדם עובר לאתגר חיישן הקרקע של חזי.
נתקעתם? שלוש שאלות לפני שקוראים למדריך (מדף העבודה)
- מה רצינו שהמערכת תעשה?
- מה היא עושה בפועל?
- איפה בחיבורים או בקוד נמצא ההבדל?
- טיפ: 80% מהתקלות הן חוט שלא "ננעל" על נקודה, LED הפוך או מספר פין לא נכון בקוד.
לזוגות: אין צורך להגיע לכל המשימות
- ארבע המשימות מדורגות, וכל זוג מתקדם בקצב שלו. חשוב יותר להבין למה משהו עובד מאשר לסיים ראשונים.
הודעה להורים
ההודעה מוכנה לשליחה בוואטסאפ. אפשר לשנות אותה כרצונכם.