Lekce 2 LEGO Education (3,5 vyuč. hodiny)

Transkript

1 Počítačové laboratoře bez tajemství aneb naučme se učit algoritmizaci a programování s využitím robotů Lekce 2 LEGO Education (3,5 vyuč. hodiny) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Seznámit se stavebnicí LEGO Education 9688 Renewable Energies přípravu ukázkových příkladů v hodinách fyziky, zaměřených na obnovitelné zdroje energie Obsahem lekce jsou vybrané příklady, demonstrující Vyžití vodní energie Využití větrné energie Vyžití solární energie V příkladech je ukázáno Přímé využití energie k pohodu strojů (vodní a větrná energie) Výroba elektrické energie Využití vyrobené elektrické energie k pohonu strojů OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 2

3 LEGO Education 9688 Renewable Energies Fotovoltaický panel Elektromotor/generátor 2 x dioda Spojovací vodiče Měřič energie Akumulátor Sada lopatek pro příklady využití větrné a vodní energie Některé díly lze dokoupit samostatně OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 3

4 OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 4

5 Lze vytvořit podobné modely jako v předchozí lekci Především: Ruční generátor elektrické energie Model větrné elektrárny Model vodní elektrárny Elektromobil poháněný sluneční energií Pomocí měřiče energie lze měřit vstupní parametry (napětí, proud, práci a výkon) a výstupní parametry Výhodou je jednoduché připojení řídící NXT jednotky (možnosti ovládání, měření, logování dat) OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 5

6 Vstupní proud Vstupní napětí Vstupní výkon Výstupní napětí Akumulovaná energie Výstupní výkon Nastavení polarity na výstupu Výstupní proud Výstupní konektor Vypínač, reset OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 6

7 ` ` ` Lze připojit k měřiči energie Kapacita akumulované energie: 100 J Slouží jako baterie pro práci měřiče a napájení LCD Vstupní konektor Akumulátor OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 7

8 Připojením externí baterie - Power Function Battery Box do vstupního konektoru (není součástí sady) Připojením zařízení (do vstupního konektoru) poskytují stejnosměrné napětí (max. 9 V) Generátor Fotovoltaický panel Pomocí řídící jednotky NXT Propojení výstupu NXT, port A, B, nebo C (standardně pro připojení motoru) Pomocí kabelu s redukcí Na vstup měřiče energie Spuštění programu na NXT generujícího výstup na vybraný port A, B nebo C OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 8

9 LEGO konektor, vstupní port Převodní kabel Motorový port, Konektor RJ11 Spojení dvou LEGO konektorů OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 9

10 OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 10

11 Motor (výstup) Solární panel (vstup) Motor/generátor (vstup) LED (výstup) OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 11

12 Pomocí LEGO konektorů lze připojovat na vstupní a/nebo výstupní porty více zařízení současně OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 12

13 Sestavte ruční generátor stejnosměrného napětí Sledujte generované napětí a proud Vhodné pro ukázku kolik ruční práce je třeba pro vytvoření energie o hodnotě 1 J OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 13

14 Model umožňuje nastavení jednoho ze dvou převodů Otázky k zamyšlení Jak se projeví nastavený převod? Jak se projeví frekvence otáčení? OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 14

15 Připojte ke generátoru motor, ovládaný a poháněný z NXT Lze využít program pro nabíjení (výkon motoru 100 %) Otázky k zamyšlení Jak se projeví rozdíl mezi nabíjením akumulátoru přímo napětím z NXT a prostřednictvím motoru Elektrická energie použitá přímo Energie převedená na práci motoru, která je převedena v generátoru opět na elektrickou energii Je převod energií ztrátový? OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 15

16 OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 16

17 OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 17

18 ` ` Sestavte model generátoru, poháněného větrnou energií Na podobném principu lze sestavit i model vodní turbíny (! Elektrické součástky a senzory nejsou vodotěsné) OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 18

19 OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 19

20 Předchozí model lze upravit na ventilátor, poháněný elektrickou energií z fotovoltaického panelu znxt bloku, s možnostířízení otáček Model lze doplnit senzorem otáček (otáčkoměr) na společnou osu, před lopatky Pomocí NXT určení frekvence otáčení Otázky k zamyšlení: Jaký je vztah mezi sílou (rychlostí) větru a indukovaným napětím? Jaký je vztah mezi frekvencí otáček a rychlostí větru? Je možné pomocí počtu otáček (případně indukovaného napětí) určovat rychlost větru? OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 20

21 Připojení k NXT bloku do konektoru 1-4 NXT kabel s koncovkami RJ11 Použití v LEGO MINDSTORMS NXT Programming Skupina senzory Vstupní hodnoty Výstupní hodnoty Lze číst Napětí [V] Proud [A] Výkon [W] Energie [J] OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 21

22 Port na který je senzor připojen Relační vztah a referenční hodnota Výsledek porovnání Čtená hodnota Port na který je senzor připojen Relační vztah a referenční hodnota Požadovaná veličina EM Out je kromě ikony totožný s EM-In Z jednoho senzoru na jednom portu je možno číst postupně více veličin OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 22

23 Program na LCD NXT bloku zobrazuje na dvou řádcích vstupní a výstupní napětí OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 23

24 Program monitoruje úroveň osvětlení a pokud klesne pod určitou hranici rozsvítí nouzové světlo Hranice nízkého osvětlení je stanovena jako výkon 0.1 W na fotovoltaickém panelu Fotovoltaický panel je napojen na měřič energie Vstupní hodnota měřiče je použita jako senzor v NXT programu Na NXT bloku je na výstupu napojena žárovka OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 24

25 OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 25

26 LEGO MINDSTORMS NXT Data Logging Připojení EM-metru jako senzoru Lze logovat více veličin z jednoho senzoru OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education 26