STM32 herní konzole pro výuku programování

Projekt lze jednoduše upravit dle schopností studenta tj. např. nechat studenta zapájet zařízení aj. 

Cílovou skupinou projektu jsou studenti, kteří už umí něco naprogramovat v grafickém prostředí, jakými jsou například Scratch, LEGO Mindstorms nebo MakeCode od Microsoftu a chtějí se posunout dál. Projekt původně vznikl pro žáky třetího až čtvrtého ročníku osmiletého gymnázia, kteří již chodili na kroužek LEGO robotiky a které už grafické prostředí limitovalo. 

Projekt není kvůli své složitosti vhodný pro velké skupiny při normální výuce, ale může skvěle posloužit jako smysluplné rozvíjení pro jednotlivce, kteří jsou napřed, a v hodinách se jinak nudí nebo je problematika jinak zajímá. 

Pro vytvoření konzole je nutná znalost osazování desek plošných spojů. Při vytváření vlastních tiskových souborů je potřeba základní znalost práce s 3D tiskárnou. V případě, že máte k dispozici tiskárnu Průša MKS3+, můžete využít .3mf soubory, ve kterých jsou nastavení již obsažená, jinak jsou doporučená tisková nastavení sepsána v souboru tisková_nastavení.pdf. 

Od studentů se očekává, že už znají základy programování. Vzhledem k programovacímu jazyku bude nutné, aby žáci nahlíželi do dokumentace, která je v angličtině.  

Pokud si budou chtít upravit vzhled konzole, na což se obzvláště hodí zadní panel, budou potřebovat 3D software. Model byl vytvořen v programu Fusion 360, ale pro úpravy vzhledu postačí i Blender či TinkerCAD. 

Cílem projektu je naučit žáky základům programování v jazyku C/C++ formou tvorby vlastního projektu – hry a přiblížit žáky ke skutečnému hardwaru. Výsledkem je tak zařízení osazené různými sensory a funkčními prvky, které může student ve svých programech využívat, a to bez nutnosti úprav hardwaru. Inspiraci na různé projekty pak studenti mohou brát i z knihovny předpřipravených projektů pro toto zařízení, která je přiložena na GitHubu. 

Součástky: 

• viz LCSC_komponenty.csv  

Návod na objednání viz README.txt 

Opracování vytištěných dílů: 

• Nůž / pilník

Pájení: 

• Mikropáječka 
• Cín 
• Tavidlo 

Doporučené: 

• SMD šablona 
• Pájecí pasta 
• Horkovzdušná pájecí stanice / SMD pec 

Pro jednoduché sestavení doporučujeme využít SMD šablony a horkého vzduchu. Bude se Vám deska lépe sestavovat. Lze se obejít i bez ní. Největší problém je hlavní mikrokontroler v SMD pouzdře LQFP64. Je však stále možné jej osadit jen za pomoci tupého kónického hrotu mikropáječky. Komponenty, které jsou problém ručně připájet, jsou realizovány pomocí široce dostupných modulů (konkrétně se jedná o displej, USB-C, nabíjecí obvod a inerční jednotku). 

Pro sestavení jsou potřeba šroubováky dle zvolených šroubů.  

Sestavení desky – alespoň 2 hodiny.  

Celkový tiskový čas – 7 hodin.  

Samotnou hodinu výuky je vhodné začít sestavením plastových dílů konzole, aby žáci viděli, co je uvnitř (15 minut).  

Další výuka programování už může trvat několik týdnů či měsíců.  

 Pro představu: V rámci první vyučovací hodiny jsme se dostali přes rozblikání displeje až ke kreslení základních tvarů a v posledních minutách jsme rozpohybovali kruh. 

Použité koncovky:

• .3mf - soubory pro tisk 
• .stl, .step a .f3z - pro úpravy 3D modelů 
• .pdf - s návodem pro sestavení 
• .zip soubory s gerbery pro výrobu desek plošných spojů 

Příprava: 

Vytisknout díly (Viz složka 3D_modely) 

Objednat a osadit desky plošných spojů (viz GitHub resp. README.txt) 

Nainstalovat na počítače programovací prostředí a ověřit, že funguje (viz GitHub resp. README.txt) 

Hodina: 

• Studenti dostanou elektroniku a vytištěné díly. 
• Studenti podle návodu sestaví konzole. Návod (Sestavení konzole.pdf) může být ukazován na dataprojektoru, nebo může každý student mít návod na svém počítači a pracovat samostatně. Vyučující by měl procházet třídu a kontrolovat, že studenti sestavují správně. 
• Spuštění jednoduchého programu „blink“.  
• Styl další výuky programování je na vás. Na GitHub elektroniky budou postupně přibývat příklady, které si mohou žáci projít, nechat se inspirovat nebo si stáhnout již funkční program a ozkoušet funkčnost jejich konzole.