Ένα Σύστημα Συγχρονικής Λήψης και Απεικόνισης γενικού σκοπού βασισμένο σε ανοικτή αρχιτεκτονική
Creators: name: Γιατσίδης, Ευστάθιος Απόστολου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Σύστημα Συγχρονικής Λήψης και Απεικόνισης
MBL
Arduino
Virtuino
Αισθητήρες
Φυσικές επιστήμες
Sensors
Siences

description: Η πρόοδος της Τεχνολογίας της Πληροφορικής και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) και η ευρεία χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών έχουν συμβάλει στη βελτίωση της διδασκαλίας των σχολικών μαθημάτων καθώς παρέχουν νέα εργαλεία για τη συλλογή δεδομένων κατά τη διενέργεια πειραμάτων στο σχολικό εργαστήριο. Ήδη από τη δεκαετία του 1980 άρχισαν να χρησιμοποιούνται τα πρώτα εργαστήρια βασισμένα σε μικροϋπολογιστή (Microcomputer Based Laboratory, MBL), τα οποία στην ελληνική γλώσσα αναφέρονται ως Συστήματα Συγχρονικής Λήψης και Απεικόνισης (ΣΣΛΑ) και χρησιμοποιούνται για τη λήψη και απεικόνιση μετρήσεων, επεξεργασία και αποθήκευση των αποτελεσμάτων. Γενικά, τα ΣΣΛΑ παρουσιάζουν τα μειονεκτήματα του υψηλού κόστους, της μη δυνατότητας τροποποίησης σύμφωνα με τις απαιτήσεις του σχολικού εργαστηρίου και της μη συμβατότητας με άλλους αισθητήρες ή άλλα ΣΣΛΑ άλλων εμπορικών εταιρειών. Η ανάπτυξη μικροελεγκτών όπως του Arduino, που αποτελεί μικροελεγκτή χαμηλού κόστους ανοιχτής αρχιτεκτονικής δηλαδή ανοιχτού υλικού και ανοιχτού κώδικα συμβατού με πλήθος αισθητήρων χαμηλού κόστους, παρέχει την ευκαιρία για την ανάπτυξη ιδιοκατασκευών ΣΣΛΑ. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η ανάπτυξη ΣΣΛΑ με τον μικροελεγκτή Arduino με διάφορους τύπους αισθητήρων (αναλογικούς, ψηφιακούς, ψηφιακούς με πρωτόκολλο επικοινωνίας I2C) για τη μέτρηση διάφορων μεγεθών των φυσικών επιστημών όπως θερμοκρασίας, υγρασίας, απόστασης, επιτάχυνσης και φωτισμού επιφάνειας. Για την απεικόνιση των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιείται η δωρεάν εφαρμογή Virtuino που υπάρχει διαθέσιμη στο Play Store. Η επικοινωνία Arduino και συσκευής απεικόνισης μπορεί να γίνει είτε μέσω διαδικτύου, είτε μέσω ζεύξης bluetooth. Το κύκλωμα (hardware) της πειραματικής διάταξης δεν απαιτείται να τροποποιηθεί παρά μόνο να μεταφορτωθεί το αντίστοιχο πρόγραμμα (sketch). Έτσι δίνεται η δυνατότητα στον μη εξοικειωμένο χρήστη με τα ηλεκτρονικά αλλά και με το Arduino να χρησιμοποιήσει με επιτυχία την πειραματική διάταξη της παρούσας εργασίας. Περισσότερο εξοικειωμένοι χρήστες με το Arduino αλλά και με τα ηλεκτρονικά μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα προγράμματα (sketches) για τη δημιουργία διαφορετικών οργάνων μέτρησης που δεν καλύπτονται από την πειραματική διάταξη της παρούσας εργασίας, χρησιμοποιώντας τους αντίστοιχους αισθητήρες που κατά περίπτωση απαιτούνται. Η αξιολόγηση της πειραματικής διάταξης, του ΣΣΛΑ της εργασίας, πραγματοποιήθηκε με χρήση του ερωτηματολογίου System Usability Scale (SUS) από Εκπαιδευτικούς με σπουδές στις θετικές και τεχνολογικές επιστήμες. Από τα ευρήματα της αξιολόγησης προκύπτει ότι η διάταξη εντάσσεται με βαθμολογία 77,2 στην κατηγορία 70-85 «Καλό» έχοντας περιθώρια βελτίωσης.
description: The advancement of Information and Communication Technology (ICT) and the widespread use of computers have helped to improve the teaching of school lessons as they provide new tools for collecting data when conducting experiments in the school lab. Since the 1980s, the first Microcomputer Based Laboratory (MBL), have been used for capturing and displaying measurements, processing and saving results. Generally, MBLs have the disadvantages of high costs, the inability to modify according to the requirements of the school lab and the incompatibility with other sensors or other MBLs of other commercial companies. The development of microcontrollers such as Arduino, which is a low-cost open-architecture microcontroller, ie open source software and open-source hardware, compatible with various low-cost sensors, provides the opportunity to develop self-constructed MBLs. In this thesis we present MBL development with the Arduino microcontroller with various sensor types (analog, digital, digital with I2C communication protocol) for measuring various sizes of sciences such as temperature, humidity, acceleration, distance and surface illumination. The Virtuino free application that is available in Play Store is used to display real-time measurements. Arduino communication and imaging device can be done either over the internet or via a Bluetooth connection. The electronic circuit (hardware) of the experimental device is not required to be modified except to load the corresponding program (sketch). This enables the non familiar electronics and Arduino user to successfully use the experimental device of this thesis. More advanced users with Arduino and electronics can use the sketches to create different measuring instruments not covered by the experimental device of this thesis, using the equivalent sensors as required. The evaluation of the experimental MBL of this thesis was done by using the System Usability Scale (SUS) questionnaire by Teachers with studies in science and technology. Based on the findings of the evaluation, the experimental device is ranked with 77,2 points and was classified in “70-85 points” category “Good“ with room for improvement.
description: Σε συνεργασία με: Παιδαγωγικό Δημοτικής Εκπαίδευσης (Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων)