Sensores para todos 2015

SENSORES PARA TODOS 2015

Convidámoste a dinamizar e motivar aos teus alumnos e alumnas para que participen no concurso Sensores para todos, que se convoca desde Igaciencia.

De que vai o concurso?

Centrarase en experimentos con sensores con Arduino, Raspberri Pi e Lego.

Pode ser que algúns xa teñades no voso centro algún Lego NXT, ou EV3, que tamén serven para preparar aos rapaces para os concursos de robótica de IGACIENCIA e EducaBarrié. Ou ben, acabades de mercar un Arduino con varios sensores, ou un Raspberri Pi para aprender a programar. Imos darlle unha nova e inesperada función a estes materiais, por exemplo, imos facer recollida de datos, “datalogging”, e representar os resultados de varios experimentos científicos; formular e responder con datos a varias preguntas; coñecer novas leis científicas; manexar Excel ou Calc para facer representacións gráficas que permitan tirar conclusións dos datos recollidos polos sensores.

Por que Lego, Raspberri Pi e Arduíno? * Ver nota final-

Propostas de experimentos

Sen ánimo de ser exhaustivos, nin de limitar a creatividade, faise referencia a unha serie de experimentos coa intención de que se realicen e optimicen estes ou de que suxiran outras alternativas.

Como poderías regular a temperatura da habitación dun bebé facendo que un sensor activara o arrefriamento da habitación cun ventilador cando os valores da temperatura están por riba dun certo umbral? (Física-Vida real) (Arduino, Raspberry relé e sensor temperatura, pode ser un ventilador miniatura, claro)

Como usarías un sensor de humidade para detectar o vapor e parar (mediante un relé) o quentamento do café nunha cafeteira? (Física) (Arduino, Raspberry)

Usa tres leds (vermello, azul e amarelo) que sinalen se a temperatura do baño está nun rango adecuado, ademais de advertir se está moi frío, ou demasiado quente. (Física) (Arduino, Raspberry)

Usa un sensor de movemento (PIR) para acender un led (ou unha luz se usamos un relé) (Física) (Arduino, Raspberry)

Fai un experimento que emule o que fixo Galileo na torre de Pisa para demostrar que Aristóteles estaba equivocado: solta dúas pelotas de distinto tamaño desde a mesma altura e comproba que tardan o mesmo tempo en chegar ao chan (Física, sensor de son, e sensor de choque para iniciar a medida, chocas a pelota co sensor de choque e a tiras dunha mesa) (Arduino, RAspberry ou Lego)

Seguimos con Galileo, quen demostrou como depende o tempo transcorrido nunha caída dun corpo da altura desde a que se lanza. Comproba esa lei de Galileo..

Rebotes dun balón. Deixa rebotar unha pelota e comproba que os tempos de rebote vanse acurtando. (Física, sensor de son, e sensor de choque para iniciar a medida) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Que escoitas mellor os sons agudos ou os baixos? Comproba a túa resposta experimentalmente (Física, emisor de son, e sensor de choque) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Quen ten na clase os zapatos máis ruidosos? (Física, sensor de son) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Pérdese luz cando se refrexa nun espello? (Física, sensor de luz) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Determina entre tres tipos de luz distinta cal é a máis brillante. (Física, sensor de luz) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Mide a calidade aillante de certos materiais para o ruído ou a luz. (Física, sensor de son ou de luz, e materiais diversos)(Arduino, Raspberry ou Lego)

Lei de Hooke -pesos distintos producen distintas elongacións-.(Física, sensor de distancia)(Arduino, Raspberry ou Lego)

Lei de Newton de arrefriamento, (Física, sensor de temperatura) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Temperatura de equilibrio dunha mestura de augas a distinta temperatura. sensor de temperatura. Primeiro emite unha hipótese razoada de cal será o resultado nun caso concreto e porque

Movemento vibratorio harmónico.

Que tal se comprobamos a lei dos gases perfectos?

Calor de reacción dunha neutralización (ácido+base). (Química, sensor de temperatura)

Velocidade dunha pelota que se despraza sobre unha superficie.

Usa o sensor de luz como un colorímetro para monitorizar o cambio de cor dunha reacción (por exemplo, do tiosulfato sódico cun ácido) e comproba como varía a velocidade da reacción en función da cantidade e tipo das substancias e da temperatura

Ácido e mármore

Péndulo.

Usa o sensor de luz para monitorizar o cambio de cor ou turbidez dunha reacción. Por exemplo, a acción da enzima pepsina sobre a albúmina. (Bioloxía-Química)(Arduino, Raspberry ou Lego)

Que tal facer a media das alturas dos alumnos da clase? (Matemáticas) (Arduino, Raspberry ou Lego)

Estudo da fermentación e da respiración e fotosíntese das plantas.

Poden participar equipos de escolares dos centros educativos, de Primaria ou Secundaria presentados polos profesores dos centros cun mínimo de dous membros.

 

Prazo de recepción dos proxectos: 31 de xaneiro de 2016.  Enviar un correo electrónico a secretaria@igaciencia.org coa seguinte información:

1. Ficha da actividade na que se indique:

Descrición ou gráfico da montaxe, desenvolvemento do proceso e as súas dificultades e análise de resultados e conclusións.

A presentación formularase como se fose dirixida a compañeiros da vosa idade.

Admítense diversidade de formatos: soporte papel, multimedia, material elaborado gráfico e/ou multimedia que reflicta tamén a recollida e proceso de datos.

2. O número de cuestións ás que responde e a súa calidade.
3. A programación efectuada, no seu caso 

Xurado: constituído por 2 membros de Igaciencia. A decisión do xurado é inapelable.

Patrocinadores: Igaciencia

Premios: 3 Raspberri Pi . Prazo límite de presentación de traballos: 31 de xaneiro de 2016. Poden participar varios grupos dun mesmo centro, pero só se concederá un premio por centro.

Destinatarios: grupos de alumnos e alumnas de centros educativos ata nivel de bacharelato e formación profesional de grao medio, inclusive.

         

Por que para todos? A diferencia doutras entidades consideramos que a ciencia debe ser para todos e non só para alumnos escollidos e que non estamos nun concurso só de tecnoloxía senón dun concurso de Tecnoloxía, Física, Química, Matemáticas, Bioloxía, Xeoloxía, Plástica ou, incluso, outras materias. E para alumnos de Primaria e Secundaria.

Como conseguir máis información para poder participar? Visitando a exposición A Ciencia e a Tecnoloxía da Luz (En Lugo, Santiago e A Coruña) veredes unhas actividades de exemplificación do uso de sensores con Luz, pero que serven como exemplo para outros tipos de exercicios que se poden facer. Ademais, estaremos nas exposicións e podemos contestar a preguntas sobre programación con Arduino, Raspberry Pi ou Lego (NXT ou EV3), concertando previamente a hora.

Outras actividades de IGACIENCIA relativas aos sensores:

A exposición A Ciencia e a Tecnoloxía da Luz (Lugo (14 ao 29 de novembro), Santiago (3 ao 11 de novembro) e A Coruña (11 ao 13 de decembro))

 

Por que Lego, Raspberry Pi e Arduíno? *

Vantaxes e inconvenientes de cada un tres sistemas:

A vantaxe de clic-conectar-xogar. Os robots Lego teñen a vantaxe de que non precisan máis preparación física, montaxe, que pensar que sensores interveñen e encaixalos –facendo clic- nos portos onde decidamos colocalos. Decidir canto tempo e que intervalo de tempo escollemos para facer unha mostraxe de datos. Realizar a experiencia que corresponda e determinar como imos representar os datos, ben nunha folla de cálculo, ben co propio software de representación de Lego NXT 2 ou de EV3.

Con Arduino e Raspberry, a maiores, supón un esforzo elixir e efectuar as conexións nunha breadboard dos pins de Arduino e dos pins dos sensores, amais dos compoñentes adicionais que necesites. Nos recomendamos o sistema Grove nos dous porque permite aproveitar os sensores para os dous sistemas. Porque a conexión convertese nun problema de enchufar e funcionar.

Tamén debemos ter en conta que, se hai varios elementos ou sensores, aumenta a complexidade e, polo tanto, a probabilidade de cometer erros e de que o experimento non funcione. Para resolver este problema desde Igaciencia, como novidade, proponse o sistema Grove, sistema Arduino de clic semellante aos de Lego Ou Grovepi, sistema Grove para o Raspberry Pi. En concreto, se utilizas o sistema Grove de www.seeedstudio.com o encaixe faise mediante “fichas” que aglutinan varios pins e xa inclúen os compoñentes adicionais. Esas “fichas” colócanse perfectamente nunha superestructura de Arduino, escondendo a complexidade dos detalles citados, pois se necesitan unha resistencia xa a incorpora o sensor Grove, non é necesario complicar o campo de batalla, subir o umbral da curva de aprendizaxe. Unicamente tes que ter claro cal é o pin dixital, analóxico ou I2C ao que estás conectando un determinado sensor porque a programación deberá reflectir este feito.

A programación é un pouco máis complexa que a de NXT ou EV3, pero dun nivel de dificultade case semellante.

Queres facer un experimento que necesariamente contemple o ladrillo ou Arduino sen conexión ao ordenador? Entón a vantaxe vai ser para os Lego pois permiten ir gardando os datos do datalogging e usalos posteriormente co ordenador, mentres que no Arduino non podes gardar datos a menos que estea conectado polo usb ao ordenador ou teña unha tarxeta SD -co correspondente shield ou aparello de interconexión co Arduino-.

Ata aquí todas semellan ser vantaxes dos Lego- Cales son, entón, as vantaxes de Arduino?

É máis barato que un Lego, pois neste ademais de ser máis caro os ladrillos e sensores, o software con datalogging supón un custo engadido (sen el o software soe ser gratuíto, indicando a importancia deste tema para Lego). Pola contra, o software de Arduino é libre. Fronte a un número reducido de sensores de Lego, o Arduino dispón de máis tipos de sensores e máis variedade de fabricantes e características; por esta razón debemos observar ben as características de cada sensor, as librerías que precisa a súa programación e se cumpre ou non as nosas expectativas. A uniformización que representa o modelo Grove de Arduino mellora algo a diversidade.

Aínda que hai certos sensores de Lego que só son conseguibles en casas como Vernier, mercando a interface Lego-Vernier, e en cambio en Grove son máis alcanzables en prezo, hai que ler ben as propostas: un sensor de O₂ Grove advirte que funciona só durante dous anos, así que, ademais de custar 100 dólares, temos que contar coa obsolescencia sobrevida aos dous anos. Noutros casos simplemente os sensores de Arduino non teñen equivalente en Lego. Sinalamos os relés como caso especial de manexo de automatismos, do que Arduino está dotado pola súa perspectiva domótica, pero que os Lego non teñen.

Non temos programa de representación de datos co Arduino. Podemos facer un en Processing pero o automatismo e a cantidade de posibilidades do programa de datalogging de Lego son de difícil implementación en Processing; temos que estar manipulando o programa continuamente.No caso do Raspberry Pi podemos usar Python e sistemas de representaciónnesa Linguaxe. Ou porque non, usar recollida de datos con Mathematica e representación, moi doada, con Mathematica

En fin, que dado o tipo de experimentos que queiramos facer, dos sensores que queiramos dispoñer e das gráficas que pensemos obter, ademais, claro, dos recursos económicos de que dispoñamos, decantarémonos por un ou outro sistema (claramente Lego EV3 por máis moderno e con máis memoria, velocidade e capacidade, no caso de Lego, e por Grove (pola súa conectividade estilo Lego) no caso de Arduino. Con Grove Pi no caso de Raspberry.

Se temos os tres sistemas, pois mellor que mellor, claro.