Fyzikální Senzory pro micro:bit ⚗️📏

Toto rozšíření je navrženo speciálně pro výuku fyziky na základních a středních školách. Umožňuje jednoduché připojení a měření s levnými, běžně dostupnými senzory.

Rozšíření se zaměřuje na robustnost, jednoduchost bloků a přímý fyzikální výstup vhodný pro školní měření a grafy.

Podporované senzory

1. Teploměr (DS18B20)
2. Siloměr a Váha (Tenzometr + HX711)
3. Vzdálenost a Rychlost (Ultrazvukový senzor HC-SR04)

---

🛠️ Jak přidat rozšíření do MakeCode

1. Otevřete MakeCode pro micro:bit.
2. Vytvořte nový projekt.
3. Klikněte na Rozšíření (Extensions) v menu ozubeného kola.
4. Do vyhledávání zadejte URL tohoto repozitáře: https://github.com/bekousek/fyzikalni_senzory (nebo jen Fyzikalni senzory).
5. Klikněte na dlaždici rozšíření pro import.

---

1. Teploměr (DS18B20) 🌡️

Měření teploty kapalin a vzduchu pomocí vodotěsné sondy.

Zapojení

Senzor DS18B20 vyžaduje pull-up rezistor (4k7) mezi datovým pinem a napájením (3V).

• Černý/Modrý: GND
• Červený: 3V
• Žlutý/Bílý (Data): Libovolný Pin (např. P0)

Osvědčilo se mi rezistor připájet přímo k jednomu z krokodýlů a propojit ho vodičem s druhým krokodýlem. Rezistor se tak schová do "punčochy" krokodýlu a nehrozí, že se někde utrhne.

Použití v kódu

Rozšíření nabízí dva hlavní bloky:

• změřená teplota (°C): Vrací číselnou hodnotu (např. 24.5). Vhodné pro zobrazení na displeji, podmínky nebo vlastní logiku.
• změřit teplotu a kreslit graf: Automaticky změří teplotu, pošle ji na sériovou linku (pro vykreslení grafu v počítači) a počká 1 sekundu.

Poznámka: Měření teploty trvá cca 750 ms. Bloky mají zabudovanou ochranu, aby neblokovaly procesor příliš dlouho, ale nečtěte teplotu v cyklu rychleji než 1x za sekundu.

---

2. Siloměr a Váha (HX711) ⚖️

Měření síly (v Newtonech) nebo hmotnosti pomocí tenzometrického členu pro max 20 kg a převodníku HX711.

Zapojení

Převodník HX711 vyžaduje dva piny: DT (Data) a SCK (Clock).

• VCC: 3V
• GND: GND
• DT: Např. P0
• SCK: Např. P1

Kalibrace a Tárování

Jelikož každý tenzometr je jiný a po zapnutí vykazuje "šum", je nutné dodržet tento postup:

1. Tárování (Nulování):
   V bloku po stisknutí tlačítka A musíte zavolat blok vynulovat siloměr (tára). Tím se aktuální stav nastaví jako 0 N. Udělejte to poté, co spustíte měření a budete mít siloměr připravený v poloze pro měření.

2. Kalibrace (Měřítko):
   Rozšíření má přednastavenou hodnotu kalibrace pro zavěšování závaží pod bližší závitovou díru. Pokud Vaše měření neodpovídá realitě, nebo chcete zvýšit přesnost, použijte blok kalibrovat siloměr.

   • Změřte sílu se známým závažím (např. 100g = 1N).
   • Pokud siloměr ukazuje špatnou hodnotu, upravte kalibrační číslo.

Použití

• změřená síla (N): Vrací sílu s přesností na 1 desetinné místo. Používá mediánový filtr pro odstranění šumu a náhodných výkyvů.
• změřit sílu a kreslit graf: Měří spojitě s pauzou 50 ms.

---

3. Vzdálenost a Rychlost (Sonar HC-SR04) 🏎️

Měření polohy a okamžité rychlosti pohybu (např. vozíčku nebo ruky).

Zapojení

Senzor HC-SR04 využívá ultrazvuk. Pozor na napájení – některé verze vyžadují 5V, pro micro:bit hledejte 3V verze (HC-SR04P) nebo použijte 5V z externího zdroje (s děličem napětí na Echo pinu).

• VCC: 3V (nebo 5V)
• GND: GND
• Trig: Např. P1
• Echo: Např. P2

Princip měření rychlosti

Toto rozšíření nepoužívá průměrování rychlosti, aby byla zachována fyzikální podstata okamžité změny polohy.
Rychlost se počítá podle vzorce:
$$v = \frac{\Delta s}{\Delta t} = \frac{s_{teď} - s_{minule}}{t_{teď} - t_{minule}}$$

Použití

• změřená vzdálenost: Měří vzdálenost v cm nebo m.
• změřená rychlost: Vypočítá rychlost z aktuálního a předchozího měření. Lze volit mezi m/s a km/h.
• Grafy: Bloky pro grafy (... a kreslit graf) automaticky posílají data do počítače.

Velmi pěknou úlohou přo žáky je nechat je naprogramovat měření okamžité rychlosti. Jedno možné řešení je zde (zapisování na sériový port je to "kreslení grafu")

---

Jak pracovat s grafy

• Grafy v reálném čase: Po nahrání kódu do micro:bitu klikněte v editoru na tlačítko Zobrazit data Zařízení. Uvidíte živé grafy měření.
• POkud chcete s daty pracovat nějak více, vpravo nahoře se dají exportovat jako prostý text, nebo jako csv soubor.

Autor

Vytvořil Ondřej Bek pro potřeby výuky fyziky na ZŠ.
Licence: MIT