Bett 2017

Hospitering med smarthusinnstallasjon.

I min nye leilighet i Hamar har jeg fått installert Eaton xComfort for automatisk styring av lys- og varme. xComfort og andre smarthus-teknologier er bare ett av mange elementer som inngår i paraplybegrepet Tingenes internett (IoT). Smarthusløsninger er ikke noe nytt, men det er først nå når all nødvendig elektronisk infrastruktur er på plass og fungerer, at dette med smarthus-løsninger virkelig er i ferd med å ta av. Løsninger for automatisk styring av lys og varme fra smartelefon eller nettbrett kan leveres av flere. 

Eaton xComfort er bare en av leverandørene og foreløpig preges markedet av at det finnes mange ulike systemer som ikke er kompatible. Min spådom er at vi om relativt kort tid ser en standard for smarthusteknologi som "alle" kan enes om. 

Jeg var så heldig å få hospitere hos Edvardsen Elektro når de innstallerte xComfort i min leilighet. I denne perioden ble jeg godt kjent med den nye teknologien som ligger til grunn for at jeg kan styre lys og varme fra min smart-telefon og nettbrettet mitt.

Gulv-varme bad automatisk av og på

Dimmer

Dimmer plasseres

Enhet for trådløs styring.

Dimmbar belysning på kjøkkenet.

Simulere en problemstilling

IoT betyr at "ting" kommuniserer via internettet. For å få et innblikk i hvordan denne kommunikasjonen skjer er det nyttig å ta i bruk et simuleringsverktøy. Internett benytter Internet Protocol for å sikre at hver enhet som er knyttet til nettet har en global unik adresse slik at datatrafikk kan rutes til riktig destinasjon, Hver "pakke" som sendes og mottas over Internett er utstyrt med til- og fra-adresser (ip-adresser). Jeg valgte å benytte Cisco Packet Tracer for å simulere hvordan enheter i datanettverk sender og mottar slike "pakker" med informasjon. For at en vg1-elev skal få et innblikk i hvordan denne datatrafikken foregår, og hvordan enhetene i nettet utstyres med adresser, er et simuleringsverktøy som CPT veldig nyttig å bruke. Ved hjelp av CPT-simuleringer kan en visualisere noe som ellers kan oppleves som relativt abstrakt og lite håndgripelig.

Elevene ble utfordret på å finne svar på følgende problemstilling: 

Hvordan kan nettverks-enheter kommunisere; 

a) Når begge enhetene tilhører samme lokale nettverk (LAN)

b) Når enhetene tilhører to ulike lokale nettverk (LAN)           

Elevene ble utfordret til å benytte CPT for å finne svar på problemstillingen. 

Arbeidskrav 2c Undervisning av ny teknologi.

Bakgrunn

I ATEKO 6200  ligger et arbeidskrav om at jeg skal " planlegge, begrunne, gjennomføre, evaluere og dokumentere undervisning av ny teknologi som er interessdifferensiert og yrkesrelevant." 

En av utfordringene jeg ofte møter er å synliggjøre at mye av innholdet programfaget Data-og elektronikksystemer for det meste er yrkesrelevant for alle som har tenkt å bli elektrofagarbeidere, uavhengig av hvilket elektrofag-yrke de har tenkt seg videre inn i. Det er ikke alltid like lett å vekke interesse for tema eller teknologier som ikke umiddelbart synes relevant for yrkene en 16-17 åring har tanker om å gå inn i.  
I et forsøk på innfri arbeidskravet tok jeg utgangspunkt i et lite utvalg av teknologier som kan plasseres inn under det relativt store paraplybegrepet "Internet of Things" (IoT). IoT innebærer at ting, dingser eller maskiner samler og registrerer informasjon, deretter analyserer og presenterer data via internettet uten at mennesker er direkte involvert i prosessen. I IoT-systemene blir ofte fysiske størrelser registrert, digitalisert og prosessert før det fører til et resultat i form av at en aktuator aktiviseres eller et eller et display viser resultatet.

Begrunnelse og planlegging.

Vg1-elevene har flere ganger diskutert hvorfor klasserommets utvendige persiennene stadig går opp og ned etterhvert som været endrer seg. Jeg valgte derfor å ta utgangspunkt i dette når jeg skulle lage et undervisningsopplegg som illustrerer begrepet IoT og hva som ligger i begrepet.

Jeg valgte en enkel modell for å illustrere hvordan en persienne-styring kan automatiseres. For å gjøre opplegget mest mulig "tilgjengelig" for vg1-elevene lot jeg de arbeide med grunnleggende elektrofaglige teknikker og begreper. 
Elevene gikk i toer-grupper og hver gruppe fikk tilgang til en lysavhengig resistor (LDR), en mikrokontrollerenhet (Arduino Uno), noen resistorer og lysdioder. 

Gjennomføring og dokumentasjon av undervisningen.

Oppgaveteksten:

Først gjorde elevene seg kjent med virkemåten til en  (LDR). 

Så koplet de en resistor med fast resistans i serie med LDR-en, satte likespenning over koplingen, som en spenningsdeler, før de målte spenningen over LDR-en. På den måten kunne de gjøre seg erfaringer med hvordan spenningen endrer seg med lysintensiteten. Arduino Uno har flere analoge innganger hvor det sitter en 10-bits analog-til-digitalomformer innenfor. Dette gjør det mulig å lese av den analoge spenningen i form av et binær-tall mellom 0 og 1023.

Eleven koplet spenningen over LDR inn til en av disse analoge inngangene og ved hjelp av noen enkle programkoder kunne de avgjøre hvilke verdier som representerte mørke og lys. På bakgrunn av dette igjen kunne de kode et enkelt program for å la lyset tenne og slukke noen LED´s koplet til digitale utganger på Arduino-kortet.

Elev kopler

Elev programmerer

         Elev tester ut koplingen

                    Noen elever gjorde mye ut av oppgaven

Evaluering av undervisningen.

Et undervisningsopplegg som tar utgangspunkt i en kjent problemstilling (klasserommets solavskjerming) der elevene blir utfordret på å lage en modell som illustrerer en løsning viste seg å fungere godt. Oppgavens relative åpne form der forskjellige løsninger kan fungere like godt, trigget elevene til å forme mange spennende løsninger. Oppgaven utfordret elevenes grunnleggende forståelse for sånne ting som spenningsdeling, strømbegrensning, binære tall, koding osv. Løsningene viste at elevene evnet å takle disse utfordringene relativt greit når de så at grunnleggende forståelse i faget virkelig var nødvendig for å kunne skape et produkt som skulle fungere godt. Oppgaven førte til en del prøving og feiling i gruppene. Blant annet førte flere svidde lysdioder til at alle oppdaget at elektroniske komponenter har sine begrensninger og at resistorer kunne være nyttig å kople inn for å begrense strømmen gjennom lysdiodene :)

IoT-sikkehet

Les artikkelen her

Presentasjon på HIOA

 22.april holdt vi stand´s for yrkesfaglærer-studenter på HIOA

På min stand viste jeg hvordan jeg har utviklet en læringsoppgave som bygger relevant kompetanse for elektrofagelever på egen skole. Jeg viste dessuten hvordan en simulering av en reell yrkesoppgave kan skape læring.

Presentasjonen laget med Office Mix

Bra respons.

Simuleringsverktøyet skapte nysgjerrighet

Spesielt interessert

Simulere IoT end-device.

På alle områder hvor vi finner IoT-enheter foregår det en digitalisering av fysiske størrelser. En lys-sensor i et såkalt smarthus kan for eksempel inngå i et system som styrer en motorisert markise.

For at en elev på vg1 skal få et forståelse for hva som skjer når en fysisk størrelse omdannes til digital signaler, og hvordan vi kan nyttiggjøre oss dette digitaliserte informasjonen vil det være nyttig simulere dette på en enklest mulig måte.

Jeg har valgt å ta i bruk mikrokontroller-kortet Arduino Uno til å simulere hva som skjer i "virkelige" systemer som registrerer fysiske størrelser.
For å gjøre simuleringen enklest mulig velger jeg å benytte færrest mulig elektroniske komponenter tilknyttet Arduino-kortet.

Elevene skal få prøve seg på en oppgave som går ut på styre en liten servomotor ved hjelp av en lysfølsom resistor (LDR).
Eleven må i forkant av oppgaven ha forståelse for hvordan en LDR og fungerer, de må kjenne til spenningsdeling og de må kjenne til muligheter og begrensninger på de forskjellige pinnene på Arduino Uno. Litt øvelse i programmering av Arduino må de også ha vært igjennom.

Jeg benytter et Arduino Uno starter-kit til gjennomføringen.