Arduinon käyttö sulautettujen järjestelmien opetuksessa : Oppimateriaalin kehittäminen

Abstract

Sulautetut järjestelmät korvaavat nykyään paljon sellaisia järjestelmiä, joiden virtapiirit toteutettiin aiemmin elektroninen komponentti kerrallaan. Niitä on kattavasti automaation eri sovellutuksissa ja useimmiten niiden toimintaa ohjaa mikrokontrolleri, esimerkiksi Arduino Uno (R3) -mikrokontrollerialusta. Arduino on kokonaisuudessaan avoimeen lähdekoodiin perustuva kehitysalusta, johon sisältyy sekä fyysinen piirilevy, että tietokoneella hallittava kehitysympäristö.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli koota selkeä oppimateriaalikokonaisuus sulautettujen järjestelmien opetukseen Tampereen ammattikorkeakoulun koneautomaation opintopolun tarpeisiin. Tavoitteen mukaisesti oppimateriaali kehitettiin konetekniikan opiskelijoille, jolloin se ei sisällöltään vastaa tietotekniikan koulutusohjelman vaatimuksia. Työ rajattiin painottumaan Arduino-mikrokontrollerialustan käyttöön, joten ohjelmointikielestä esiteltiin ainoastaan ne ohjelmoinnin peruskäsitteet, jotka ovat oleellisia oppimateriaalin käytännön harjoituksille. Arduino valittiin käytettäväksi, koska se on yleinen ja monipuolinen kehitysalusta, jonka käyttö on kuitenkin suhteellisen helppoa.

Työn tuloksena muodostui kuvitetusta teoriaosuudesta, ohjelmoinnin peruskäsitteiden yhteenvedosta sekä käytännön harjoituksista koostuva materiaalikokonaisuus. Sen kautta oppija perehtyy sulautettuihin järjestelmiin ja mikro-ohjaintekniikkaan saaden käsityksen siitä, mikä Arduino on ja mitä sen avulla on mahdollista toteuttaa.

Embedded systems control many devices in common use today, especially in automation applications. In the early days, embedded systems were built primarily on circuit boards by adding one electronic component at a time. Modern embedded systems are much simpler to use as they are often based on microcontrollers, such as the Arduino Uno (R3) microcontroller board. Altogether, Arduino is an open-source electronics platform including both hardware and computer controlled software.

The purpose of this thesis was to research and develop teaching material about embedded systems for students specialising in automation in Tampere University of Applied Sciences. According to the objective, the material is directed for students of Mechanical and Production Engineering so it is not directly applicable in the Degree Programme of Information Technology. The focus of the thesis was delimited to the usage and application of the Arduino microcontroller board, hence the coverage of software and programming language is limited. Arduino was chosen because it is considered a diverse and yet very user-friendly microcontroller platform.

As a result, a teaching material ensemble was created, which consists of an illustrated theory part, a programming language guide and practical exercises. The material will help students familiarise themselves with embedded systems and microcontrollers, and to gain understanding of what Arduino is and how to make the most of it.