Какой электронный конструктор купить ребенку?

Время чтения: 10 минут

Эксперт — Сергей Пустовой

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Первый конструктор изготовили еще в 1880 году немецкие инженеры братья Отто и Густав Лилиенталь. Он представлял собой небольшие кирпичи из искусственного камня из которых можно было построить небольшой домик. Позже появились более легкие - деревянные конструкторы, а затем и металлические. Все эти конструкторы являются механическими и применяются для развития у детей пространственного мышления и мелкой моторики.

Развитие полупроводниковой техники, в 50-60 годах прошлого века, сделала электронные компоненты компактнее, дешевле и доступнее в цене. И уже в начале 70-х, началось производство и выпуск первых электронных конструкторов. Их появление позволило молодежи и простым любителям в доступной форме изучать радиоэлектронику.

Электронный конструктор позволяет сделать первый шаг к изучению программирования и электроники.

Современные конструкторы состоят из нескольких электронных и механических блоков управляемых небольшим микроконтроллером (МК). Для того чтобы заставить готовый проект реагировать на сигналы датчиков, выводить картинку на экран или управлять сервоприводом не нужно знать, как работают электронные. Для этого нужно собрать модули конструктора по определенной схеме и записать в микроконтроллер программу управления.

Программа (скетч) может быть написана на простом языке программирования или в визуальной среде.

В настоящее время наибольшее распространение получили конструкторы на базе платформы Arduino (Ардуино). Благодаря не высокой цене и большому функционалу их выбирает большинство преподавателей в клубах робототехники.

Давайте определимся с возрастной категорией.

Как уже отмечалось в статье о выборе программируемых роботов, при самостоятельном изучении конструкторов на базе Ардуино, порог вхождения, начинается с 10-12 лет.

Если обучение планируется в кружке робототехники, то с грамотным педагогом возможно начать обучение в 6-7 лет.

Однако так как развитие каждого ребенка индивидуально, то для начала освоения электронных конструкторов он как минимум должен обладать начальными навыками чтения, счета и работы с компьютером.

Ардуино это своего рода миникомпьютер, который может взаимодействовать с внешними устройствами принимая и посылая цифровые и аналоговые сигналы.

Ардуино было разработано в 2003 году преподавателями итальянского города Ивреа для обучения студентов на курсах по программированию. Прототипом послужили микроконтроллеры BASIC Stamp выпускаемые фирмой Parallax с 1992 года.

Невысокая цена платы, простота программирования и открытый исходный код аппаратного и программного обеспечения позволили микроконтроллерам Ардуино быстро «захватить» мир.

Так как сторонним производителям не запрещено выпускать реплики или модернизированные версии плат Ардуино, сейчас на рынке существует огромное разнообразие плат различных форм, размеров и функционала. Поэтому даже выбирая плату Arduino не оригинального производителя вы получите тот же, а иной раз и более широкий функционал.

Наиболее известными моделями считаются классические платы: Arduino Mega, Arduino UNO, Arduino Nano и Arduino Mini.

Плата Ардуино представляет собой небольшую печатную плату с минимально необходимым набором элементов необходимых для эффективной работы микроконтроллера.

Программирование с микроконтроллера осуществляется через компьютер (ПК). Плата подключается к нему через порт USB, а на сам ПК устанавливается специальная программа – среда программирования.

Первая – является предпочтительной для подростков и более старшего поколения, так как требует уже минимального уровня знания английского языка и базовых навыков программирования.

В среде mBlock программирование максимально визуализировано и адаптировано для детского восприятия.

Arduino IDE

Данная среда разработки активно развивается и совершенствуется. Она поддерживает программирование практически всех существующих микроконтроллеров на базе Arduino. А благодаря большому комюнити существует множество библиотек обеспечивающих поддержку различных модулей и датчиков.

Программы для МК выполняется на языке программирования конструктивно близком к C++. После написания скетча программа проверяет его, компилирует и «заливает» в микроконтроллер.

Если пользователю нужно чтобы микроконтроллер взаимодействовал с внешними устройствами датчиками, приводом и пр., то в скетч включаются дополнительные библиотеки упрощающие обмен данными с ними.

mBlock (MakeBlock)

mBlock - редактор для визуального программирования микроконтроллеров. Он создан на основе Scratch - визуальной событийно-ориентированной среды программирования, для детей и подростков. В этом редакторе все операции и функции разделены на блоки (контакт, порт, датчик, событие и пр.) и представлены в виде графических примитивов с максимально простым функционалом.

Данный редактор также позволит подготовить ребенка к работе в Arduino IDE. Если открыть вспомогательное окно «Arduino C», то в нем отобразится, как выглядит только что написанная программа в «классическом» виде.

Также важно отметить, что mBlock в первую очередь ориентирован на конкретные официальные продукты: робототехнические наборы, конструкторы и официальные платы. А производители данной продукции обеспечивают постоянную активную поддержку через mBlock.

На начальном этапе знакомства с Arduino лучше всего подойдут стартовые наборы Starter Kit с уроками по программированию в среде разработки Scratch (mBlock).

Эти наборы содержат в себе микроконтроллер Arduino UNO R3 с различным числом модулей и радиодеталей. А благодаря урокам, изложенным в руководстве к набору, ребенок научится собирать различные проекты и освоит написание скетчей.

С набором Starter Kit Basic можно освоить азы программирования на Ардуино, такие как: мерцание светодиодом, бегущие огни, управление включением/выключением светодиода от кнопки или датчика света.

В следующем наборе дополнительно можно изучить работу с модулем RFID, серводвигателем, LCD дисплеем и индикаторами.

Расширенный набор Starter Kit имеет более 30 модулей и множество радиодеталей. С ним можно собрать калькулятор, умную ферму или создавать мини игры. Он включает в себя датчики влажности, света, дыма, огня, и много других элементов. Комбинируя различные модули можно собирать практически бесконечное множество проектов.

Отдельно стоит отметить наборы для робототехники. Они содержат только модули и микроконтроллер. При сборке таких наборов ребенок не сможет ошибиться с подключением элементов, так как здесь используются специальные соединительные разъемы. А наличие вспомогательных блоков позволит установить готовый проект на общее основание или конструктор.

Те, кто уже освоил программирование в среде разработки Arduino IDE, могут самостоятельно подобрать подходящую модель микроконтроллера и дополнительные модули.

Помимо классических плат Arduino UNO можно выбрать более компактные или обладающих большим функционалом, например: Arduino Nano, Mega2560 или Ардуино DUE.

Под конкретную задачу или проекты можно выбрать подходящий Arduino модуль, датчик или дисплей. Это выйдет значительно дешевле, чем покупать элементы в наборах.

Также любому разработчику, не зависимо от уровня подготовки всегда пригодятся соединительные провода, разъемы и перемычки, а также макетные платы.

Если ребенку более интересны роботы, то стоит купить ему робототехнический набор совместимый с Ардуино. С таким набором ребенок сможет дистанционно управлять роботом или манипулятором, научится их программировать для выполнения конкретных задач на основе данных получаемых с камеры, инфракрасного и ультразвукового датчиков.

Роботы-конструкторы, в зависимости от функционала, могут настраиваться через Arduino IDE, mBlock или специализированную программу идущую в комплекте с конструктором.