למידה חווייתית ומעשית עם מיקרו-בקרים

מיקרו-בקרים זעירים וזולים כמו ארדואינו, ESP32 ו-רספבריי פיי משנים לחלוטין את פני הוראת האלקטרוניקה והמחשבים. עבור פחות מ-10$ בודדים, ניתן לרכוש מיקרו-בקר שלם שניתן לתכנת ולחבר למגוון רחב של חיישנים ורכיבים אלקטרוניים.

בניגוד ללימוד תיאורטי “יבש”, התלמידים יכולים ליצור במו ידיהם פרויקטים מעשיים ומרתקים החל מרובוטים פשוטים ועד למערכות בית חכם מתקדמות. זה מהפך את הלמידה מפאסיבית לאקטיבית ומהנה בהרבה.

ארדואינו – השער לעולם המיקרו בקרים

הארדואינו הוא כרטיס מיקרו-בקר זעיר וזול במיוחד שפותח במקור לצרכיי חינוך. סביבת התכנות שלו פשוטה מאוד ואינטואיטיבית, מה שמאפשר גם לילדים ולמתחילים מוחלטים להתחיל לתכנת אותו במהירות.

עם מחיר של כ-$5 ליחידה(אונו), בתי ספר יכולים לרכוש כיתות שלמות של ארדואינו ולאפשר לכל תלמיד לעבוד על פרויקט עצמאי. זה מקנה ניסיון מעשי בלתי מתווך ולמידה פעילה הרבה יותר מאשר שיעורים עיוניים.

ניתן לחבר לארדואינו מגוון רחב של חיישנים ואביזרים – מנועים, תאים סולריים, תאורה, רמקולים, מסכי LCD ועוד. זה מאפשר יצירת פרויקטים לימודיים מגוונים שמשלבים חומרה ותוכנה.

בעזרת הארדואינו ניתן ללמד תלמידים מיומנויות תכנות וחשמל/אלקטרוניקה החל מכיתה י’ ועד לרמות אקדמיות. זו נקודת התחלה מצוינת להיכרות עם עולם המיקרו-בקרים.

☸ ארדואינו נאנו: גרסה קטנה וזולה של ארדואינו, מבוססת על מעבד ATmega328 עם כמות מוגבלת של יציאות ויכולות תקשורת. מתאימה לפרויקטים בסיסיים ופשוטים.

☸ ארדואינו אונו: הגרסה הפופולרית והנפוצה ביותר של ארדואינו. מבוססת גם כן על מעבד ATmega328 אך עם יותר יציאות ואפשרויות קישוריות. מתאימה למגוון רחב של יישומים.

☸ ארדואינו מגה: גרסה מתקדמת וחזקה של ארדואינו עם מעבד ARM 32-ביטי. כוללת אפשרויות קישוריות אלחוטיות ויכולות חישוביות גבוהות. מיועדת לפרויקטים מורכבים יותר.

ESP32 – הצעד הבא לפרויקטים מתקדמים

בשלב מסוים, תלמידים מתקדמים עשויים להרגיש שהארדואינו מגביל אותם. כאן נכנס לתמונה המיקרו-בקר המתקדם ESP32.

ESP32 מציע משאבים רבים יותר כמו WiFi ובלוטות’ מובנים, מעבד מהיר יותר וזיכרון רב יותר. זה מאפשר בניית פרויקטי IoT , רובוטיקה מתקדמת ועוד.

עם זאת, עדיין מדובר בפלטפורמה זולה יחסית (כ-$10 למודול) עם סביבת תכנות ידידותית. מי שלמד על ארדואינו ימצא את עצמו עובר בקלות ל-ESP32.

ESP32 מצוין לפרויקטי גמר הנדסיים באקדמיה ופיתוח מוצרים אלקטרוניים מעשיים. הוא נותן ממשק מודרני וחזק ליצירת מערכות IoT מתקדמות מבלי לוותר על הנגישות והגמישות של מיקרו-בקרים.

רסברי פאי – המחשב הזעיר לפרויקטים גדולים 

רסברי פאי הוא מחשב זעיר, זול וחזק במיוחד שמבוסס על שבב Broadcom ומערכת ההפעלה Linux.

במחיר של כ-$35 בלבד הוא נותן לנו מעבד Quad-core‎ מהיר, כרטיס גרפי משובח, זיכרון RAM ואחסון בנפח סביר, ויכולות קישוריות כמו WiFi,‎ Bluetooth ו‎Ethernet.(תלוי בגרסה). 

בניגוד למיקרו-בקרים כמו ארדואינו, רסברי פאי הוא מחשב לכל דבר עם יכולת עיבוד וריבוי משימות גבוהה. זה הופך אותו לפלטפורמה מצוינת לפרויקטי IoT מורכבים, שרתים ביתיים, רובוטיקה מתקדמת ועוד.

ניתן לתכנת את הרסברי פאי בשפות תכנות שונות כמו Python ו-C‎ תוך שימוש בספריות קיימות רבות להטמעת חיישנים ומודולים שונים בקלות.‎

עם הידע הנכון, הרסברי פאי יכול להניע פרויקטים שהיו בעבר נחלתם של מחשבים ושרתים הרבה יותר יקרים. המחיר הנמוך שלו והיכולות הגבוהות הופכים אותו לכלי מצוין עבור מפתחים, מהנדסים ואנשי מקצוע טכנולוגיים.‎

הסבר כללי על הדגמים השונים 
☸ רסברי פאי 1 – הדגם המקורי שהושק ב-2012. מפרט צנוע יחסית, עדיין בשימוש נרחב למטרות חינוך ופרויקטים פשוטים.
☸ רסברי פאי 2 – שודרג משמעותית במהירות המעבד והזיכרון. כולל גם יציאת HDMI לחיבור ישיר למסך. מספיק לרוב הפרויקטים.
☸ רסברי פאי 3 – מפרט משודרג עוד יותר, עם אפשרות לגרסאות עם WiFi ובלוטות’ מובנים.
☸ רסברי פאי 4 – הדגם החדש והחזק ביותר, עם 4 ליבות CPU, תמיכה ב-4K וממשקי I/O רבים יותר. אידיאלי ליישומי מחשוב עיליים.

לסיכום

מיקרו-בקרים זעירים הם כלי חינוכי מצוין ללימוד אלקטרוניקה ומחשבים. הארדואינו הוא שער הכניסה האידאלי עבור מתחילים, בעוד ש-ESP32 ורספבריי פיי מאפשר מעבר לפרויקטים מורכבים יותר.

שילוב של חומרה זולה ונגישה יחד עם למידה מעשית הופך את לימוד האלקטרוניקה והמחשבים לחוויה מרתקת ומעצימה. כל מורה ותלמיד צריך לנסות זאת!