Як навчати студентів онлайн за допомогою Embedded Starter Kit

Набори для практичного навчання Embedded Starter Kit були створені для вивчення вбудованих систем в офлайн-режимі. Аби студентам було простіше опанувати Embedded, GlobalLogic Education відкрив 6 лабораторій в провідних ЗВО України. Однак університетська освіта щороку стикається з новими викликами, час вносить свої корективи. Більшість студентів наразі навчається онлайн, а без наочної демонстрації дуже складно засвоїти особливості роботи над вбудованими системами. 

В'ячеслав Куліченко, Senior Software Engineer, GlobalLogic та Доцент кафедри промислової і біомедичної електроніки НТУ “ХПІ”, створив інноваційне рішення, яке дає змогу організувати віддалене робоче місце для лабораторного практикуму з вивчення мов програмування та мікроконтролерних систем.

Дізнайтесь, що стало передумовою для такого рішення, як це можуть застосувати інші викладачі та який досвід отримали студенти.

При підготовці спеціалістів у сфері електроніки важливою складовою є засвоєння практичних навичок, особливо це актуально при вивченні вбудованих систем. На основі Embedded будується більшість електронних пристроїв, що використовуються як повсякденному житті, так і в багатьох сферах промисловості: від новорічної гірлянди до системи керування автомобілем. Основним компонентом вбудованих систем є, звісно ж, мікроконтролер. Саме робота з цим пристроєм поєднує знання з електроніки й ІТ-сфери. Таким чином вивчення Embedded займає все більше часу у студентів і потребує ширшої практичної бази для закріплення отриманих знань. 

У наш час основою практичної бази виступають демонстраційні зразки від різних виробників мікроконтролерів, що дозволяють засвоїти основні можливості та принципи роботи з ними. На жаль, проблема такого навчання полягає в тому, що демонстраційні зразки мають мізерний функціонал взаємодії самого мікроконтролера з зовнішнім середовищем, а їхня направленість у використанні більше спрямована на розробників програмного забезпечення. Звісно, до демонстраційних зразків підключаються окремі модулі, які у більшості випадків являють собою елементи комплекту Arduino, але велика кількість додаткових провідників, ненадійність контактів та відсутність прямого підключення призводить до втрати інтересу зі сторони студентів, оскільки з першого разу майже нічого не працює. Для здобувачів освіти в царині електроніки більш цікавим є процес побудови невеликих систем з різноманітними датчиками, елементами індикації, передачі й зберігання даних, тобто такої системи, яка б була схожа на невеликий електронний виріб. 

Організація віддаленої роботи з Embedded Starter Kit

Аби зацікавити студентів до навчання, в пригоді стали Embedded Starter Kits від GlobalLogic. Це платформа з набором периферійних пристроїв різного призначення, до якої монтується демонстраційна плата STM32F407-DISC1. Плата містить на собі сучасний 32-х бітний мікроконтролер STM32F407VGT6, який має дуже широкий функціонал і велику кількість виводів, що дозволяє одночасно під'єднати велику кількість периферійних пристроїв. Також зручним є розташування системи програмування з можливістю використання віртуального COM-порту для зв’язку з персональним комп’ютером. 

Таке поєднання складових елементів Embedded Starter Kit дало змогу легко організувати віддалене робоче місце для лабораторного практикуму з вивчення мов програмування та мікроконтролерних систем. До складу такого робочого місця входить персональний комп’ютер з виходом до інтернету, Embedded Starter Kit від GlobalLogic та WEB-камера для візуального спостереження за робочим місцем. Хотілося б зазначити, що компенсація можливості безпосереднього впливу на периферійні елементи керування, такі як кнопки й потенціометри, була повноцінною мірою замінена керування з терміналу операційної системи з передачею даних через віртуальний COM-порт.

Як побудоване онлайн-навчання з Embedded Starter Kit

При очному навчанні студентів робота з Embedded Starter Kit повністю покриває лабораторний практикум — від вивчення особливостей функціонування ядра мікроконтролера до макетування окремих електронних пристроїв. Це дозволяє повноцінно розвинути практичні навички з вивчення вбудованих систем. Зазвичай першим етапом ознайомлення з Embedded Starter Kit є включення одного світлодіода, далі декількох, а потім вони починають миготіти різними кольорами й частотою. Додавши кнопки, можна змінювати параметри миготіння світлодіодів і створити просту світлову гірлянду з власними режимами роботи. Далі ускладнюємо і починаємо створювати метеостанцію з можливістю вимірювання температури й вологості повітря. Усі необхідні елементи присутні на платформі Embedded Starter Kit з можливістю передачі результатів на комп’ютер або виведенням на рідинно-кристалічний індикатор. 

Щоразу вимоги до кінцевого виробу підвищуються, а отже потрібно дані вимірів зберігати до FLASH пам’яті чи EEPROM. Кожна з мікросхем має власний інтерфейс комунікації, що дає змогу ширше охоплювати режими мікроконтролерної системи. Так виміри температури і вологості зберігаються за весь період між лабораторними заняттями, а для їхнього перегляду створюється користувацький інтерфейс з декількома кнопками, що розташовані як у джойстика та символьним індикатором. 

Наступним блоком є організація стабілізуючої платформи, принцип якої полягає в керуванні шаговими двигунами та визначенні положення завдяки гіроскопам. Тут стають в пригоді знання з математики й фізики, а програмування переходить в область опису законів автоматичного регулювання. Саме в цей момент студенти застосовують ті теоретичні знання, які вивчали на попередніх курсах та отримують відповіді на питання “Навіщо це нам потрібно було знати”. 

Також Embedded Starter Kit є потужним інструментом під час роботи над кваліфікаційними роботами бакалаврів і магістрів, що дозволяє студентам макетувати окремі вузли своїх електронних пристроїв та виконувати практичну частину, пов’язану з демонстрацією навичок програмування вбудованих систем.

Відгуки студентів

Результатами роботи з Embedded Starter Kit від GlobalLogic діляться студенти, які під час навчання в університеті отримали практичний досвід в сфері вбудованих систем і зможуть його використовувати в своїй подальшій кар’єрі.

«В процесі роботи із системою Global Logic Embedded Starter Kit використовувалися наступні елементи: LCD-дисплей 44780, датчик температури та вологості DHT11, користувацькі кнопки, підключені до шини зовнішніх переривань. Проблем апаратного характеру в ході роботи не виникало. Схемотехнічне рішення з фільтрації брязкоту контактів клавіш було взято як основу для реалізації подібного функціоналу в бакалаврській роботі. », зазначає Олександр Манжелєй,  студент групи Е-619б.

«Embedded Starter Kit залишив цікаве враження після себе, широкий функціонал та можливість його доповнення дало змогу виконанувати більшість поставлених задач», зазначає Кирило Бойко, студент групи Е-619б. 

«Робота з Embedded Starter Kit від GlobalLogic принесла мені велике задоволення і була дуже продуктивною. Широкий функціонал системи дозволяв ефективно виконувати поставлені завдання, використовуючи LCD-дисплей, датчик температури та вологості DHT11, а також користувацькі кнопки з перериваннями. Відсутність апаратних проблем сприяла безперебійній роботі, і я залишився задоволений функціоналом та можливостями Embedded Starter Kit», — зазначає Сергій Логвиненко, студент групи Е-619б.

Наявність технічних можливостей і бажання студентів дозволяє вести підготовку майбутніх спеціалістів у сфері розробки й програмування вбудованих систем, що вже в недалекому майбутньому знайдуть своє покликання.