Lí luận dạy học toán và khoa học tự nhiên

Để đáp ứng được yêu cầu của học phần Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên thì nhóm chúng em thực hiện đề tài “Mô hình khu vườn mini máy phun nước tự động bằng cảm biến nhiệt”.. Các

yền năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM

- -

LÍ LUẬN DẠY HỌC TOÁN VÀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN

(SG419)

TẠO SẢN PHẨM GIÁO DỤC STEM

truyền năng

MỤC L C Ụ

I Cách thiết kế sản phẩm 2

1 Các dụng cụ để thiết kế sản phẩm 2

1.1 Cảm biến nhiệt độ ML35 2

1.2 Arduino Uno R3 3

1.3 Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) 3

1.4 Các vật liệu khác 4

2 Cách thiết kế sản phẩm 4

2.1 Nguyên lí hoạt động chung 4

2.2 Thiết kế 5

II Đánh giá STEM: 8

1 Yếu tố Khoa học 8

2 Yếu tố Công nghệ 8

3 Yếu tố Kĩ thuật 8

4 Yếu tố Toán học 8

4.1 Đo tăng 8

4.2 Đo giảm 9

III Công dụng: 9

Trong sự phát triển của thời đại 4.0 thì khoa học kỹ thuật đóng vai trò vô cùng

quan trọng đối với mọi mặt của đời sống xã hội Nhu cầu về sự tiện ích cũng như các

thiết bị thông minh đang dần chiếm ưu thế, vì vậy việc sáng tạo ra các công trình hay

sản phẩm khoa học kĩ thuật đang là nhu cầu cấp thiết của nhiều nước trên thế giới Để

vận dụng vào môi trường sư phạm thì tạo sản phẩm giáo dục STEM là một sự lựa chọn

hoàn hảo

Để đáp ứng được yêu cầu của học phần Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự

nhiên thì nhóm chúng em thực hiện đề tài “Mô hình khu vườn mini máy phun nước

tự động bằng cảm biến nhiệt” Đây là dự án để chúng em hoàn thành sản phẩm giáo

dục STEM

Sau khi được sự hướng dẫn từ thầy, nhóm chúng em cũng đã chọn được đề tài cho

việc tạo mô hình sản phẩm giáo dục STEM Nhưng do kiến thức, kinh nghiệm chưa đủ

nên vẫn còn nhiều thiếu sót Chính vì vậy, nhóm em mong sự chỉ bảo, góp ý từ thầy và

các bạn nhóm khác để đề tài báo cáo được hoàn thiện hơn

n

I Cách thiết kế sản phẩm

1 Các dụng cụ để thiết kế sản phẩm

1.1 Cảm biến nhiệt độ ML35

Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng trong các

ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì nó hoạt động khá chính xác với sai số nhỏ, đồng thời

với kích thước nhỏ

Cấu tạo của LM35

Nguyên lý hoạt động : Nguyên lý hoạt động của thiết bị là đo hiệu điện thế đầu ra của

LM35 để đo nhiệt độ

Khi sử dụng, cảm biến LM35 không dùng để điều chỉnh nhiệt độ cho thiết bị trong

thực tế thì độ chính xác của cảm biến sẽ khác nhau khi ở các môi trường làm việc khác nhau

Ứng dụng của LM35

✓ Học tập nghiên cứu

✓ Đo nhiệt độ pin

✓ Đo nhiệt độ nguồn cấp trên board mạch

✓ Giám sát nhiệt độ trong hệ thống HVAC

✓ Được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ máy điều hòa

1.2 Arduino Uno R3

Arduino là sử dụng chip Atmega 328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (Input)

analog, thạch anh giao động 16 Mhz

1.3 Màn hình LCD (Liquid Crystal Display)

➢ Điện áp hoạt động là 5 V

➢ Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm

➢ Chữ đen, nền xanh lá

➢ Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard

➢ Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện

➢ Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện

năng hơn

➢ Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

n

1.4 Các v ật liệ u khác

- Động cơ bơm chìm mini

- Pin Lithium 600mA 3.7V 2.2 WH

- Project board MB

- Dây bẹ 20cm (đực đực, đực – cái, cái –- cái)

- Băng keo cách điện Nano

- Pin sạc dự phòng và các loại bìa mô hình,

2 Cách thiết kế sản phẩm

2.1 Nguyên lí hoạt động chung

Trong giao tiếp giữa Arduino và LM35 cảm biến nhiệt độ này, Arduino Uno được sử dụng

để kiểm soát toàn bộ quá trình Cảm biến nhiệt độ LM35 được sử dụng để đo nhiệt độ môi

trường, đầu ra của cảm biến là tín hiệu điện áp biến đổi theo nhiệt độ, cứ 10mV tương ứng với

1 độ C Ví dụ, nếu điện áp đầu ra của cảm biến LM35 là 250mV, điều đó có nghĩa là nhiệt độ

là khoảng 25 độ C

Arduino đọc điện áp đầu ra của cảm biến nhiệt độ bằng cách sử dụng chân Analog A0

và thực hiện phép tính để chuyển đổi giá trị Analog này thành giá trị số của nhiệt độ hiện tại

Sau khi tính toán Arduino gửi các tính toán hoặc nhiệt độ này đến màn hình LCD 16×2 bằng

cách sử dụng các lệnh thích hợp

Sau khi đạt đến nhiệt độ nhất định theo thiết đặt sẵn, động cơ sẽ được điều khiển chạy

(phun nước) Khi nhiệt độ hạ thấp xuống động cơ sẽ ngừng hoạt động

2.2 Thiết kế

2.2.1 Code

2.2.2 Nối dây

Nối 2 dây cấp điện từ board mạch Arduino ra Breadboard

Dây đỏ cắm từ cổng 5v → cấp điện +

Dây đen cắm từ cổng GND → cấp điện –

(Lưu ý 2 dây cắm ra phải nằm trên 2 cột khác nhau) Cấu tạo của Breadboard

như sau: Các lỗ nằm cùng 1 hàng DỌC là nối tiếp nhau (hay cùng nằm trên 1

cột) Các lỗ khác CỘT thì không liên quan gì nhau Nếu cắm sai sẽ gây chập

mạch làm hư board Arduino

Máy bơm được cấp nguồn 5V để có thể hoạt động

n

2.2.3 Sơ đồ kết nối các thành phần của hệ thống

2.2.4 Hình ảnh LM35 trên mô hình thực tế:

2.2.5 Một vài hình ảnh lắp ráp

Mô hình đang được hoàn thiện (công đoạn ráp mạch vào khu vườn mini)

n

II Đánh giá STEM:

1 Yếu tố Khoa học

Trong mô hình khu vườn mini có cảm biến nhiệt độ để kích hoạt máy bơm

tự động, yếu tố khoa học được sử dụng bao gồm:

- Yếu tố về vật lí: Mạch điện tử được sử dụng trong suốt quá trình thực hiện

đề tài Trong mạch có dùng 2 biến trở, bao gồm: biến trở điều chỉnh độ sáng và biến trở điều chỉnh độ tương phản của màn hình LCD

Các yếu tố về khoa học được kết hợp khá chặt chẽ, tạo nên hệ thống hoàn chỉnh

- Yếu tố sinh học: mô hình này được thiết kế tưới cây tự động dùng riêng

cho mô hình trồng hoa Nguyên lí hoạt động của mô hình dựa vào nhiệt

độ môi trường, nhiệt độ tăng cao hệ thống sẽ tự động tưới Khuyết điểm

ở đây chính là cây đang ở nhiệt độ cao tưới nước vào sẽ dễ bị chết do sốc nhiệt Nhưng khi áp dụng cho mô hình trồng hoa thì ngược lại, do ở cây hoa không có khí khổng nên việc tưới nước giữa trời nắng nóng không ảnh hưởng Ngược lại sẽ kích thích cho sự ra hoa

Kiểm chứng: trong việc trồng hoa vạn thọ bán Tết, người nông dân thường tưới hoa vào trời nắng nóng để thúc đẩy cho hoa ra đúng ngày và nở to

2 Yếu tố Công nghệ

Vấn đề về Công nghệ trong quá trình tạo sản phẩm Giáo dục STEM được đặt

lên hàng đầu

Để có thể kích hoạt hệ thống cần kết hợp việc sử dụng máy tính (hay Loptop)

trong quá trình tạo sản phẩm Phần mềm lập trình Arduino đóng vai trò trung

tâm trong việc đảm bảo mạch có chạy hay không bằng cách nạp code cho

bảng mạch Arduino Uno R3

Người làm sản phẩm phải am hiểu cách thức vận hành của mạch thì mới kích

hoạt hệ thống chạy được

3 Yếu tố Kĩ thuật

Quá trình lắp ráp mạch cần được đảm bảo để mạch có thể hoạt động

Các dây dẫn được lắp vào Breadboard phải đúng hệ thống mới chạy được

Việc đi dây được tính toán kĩ lưỡng đảm bảo hệ thống không quá rườm rà

Ngoài ra, nhóm còn dùng các bìa mô hình để tạo dựng thành một mô hình

khu vườn mini Các thao tác như lắp ráp, cắt, dán được thực hiện một cách

cẩn thận

4 Yếu tố Toán học

Việc thiết kế rất cần đến việc tính toán: cần đo đạc để cắt các bìa mô hình,

hay tính toán cần thiết đặt bao nhiêu hệ thống dây tránh lãng phí

Ngoài ra, nhóm còn đo nhiệt độ để xem về sai số như sau:

4.1 Đo tăng

STT

Giá trị thật(o C) Giá trị (o C) (lấy trong 4 lần đo)

4.2 Đo giảm

STT Giá trị thật(o C) Giá trị (o C) (lấy trong 4 lần đo)

III Công dụng:

“Mô hình khu vườn mini có máy phun nước tự động bằng cảm biến

nhiệt” nhận thấy được sự tối ưu khi ứng dụng nó vào thực tiễn Có thể thấy, việc

tự động hóa ngày càng được nâng cao vì vậy vai trò của việc tạo mô hình tự động

cũng mang tính khả thi cao

Với mô hình này cho phép cảm biến nhiệt đo nhiệt độ từ môi trường sau

đó xuất ra màn hình LCD Đồng thời kích hoạt hệ thống tưới nước, làm mát tự

động nếu nhiệt độ quá mức quy định

Hình ảnh thực tế của mô hình