1. Základní informace o projektu

Název

Programovací prostředí EV3

Anotace programu/zaměření/hlavní cíl

Programovací prostředí EV3 je ikonické programovací prostředí určené pro vytváření programů pro robotickou stavebnici LEGO Mindstorms EV3. Hlavním cílem této kapitoly je seznámit čtenáře nejprve se samotným programovacím prostředím a následně demonstrovat jeho funkce a možnosti  pomocí jednoduchých aktivit přiřazených do některých kapitol.

Cílová skupina

1. až 4. ročník SŠ a odpovídající ročníky gymnázií

Organizační podmínky

Spolupráce studentů ve dvoučlenných, maximálně tříčlenných skupinách. Pro výuku je vhodné využít běžnou učebnu vybavenou počítači s nainstalovaným programovacím prostředím EV3.

Pomůcky

Robotická stavebnice LEGO Mindstorms EV3, programovací prostředí EV3.

Časová náročnost (popř. jak je možné program rozložit – jedná- li se o celoroční program)

Odhadovaná doba: zhruba 15 - 20 vyučovacích hodin.

Vazba na RVP

Rámcový vzdělávací program pro gymnázia.

Mezipředmětové vazby

Informatika (informační a komunikační technologie), elektrotechnika

Fáze projektu

Finální verze

2. Motivační rámec projektu

Text:

Všichni jistě znáte zkratku RUR (Rossumovi univerzální roboti). Zkratku, kterou ve svém stejnojmenném díle použil spisovatel Karel Čapek. V knize varoval před možnými negativními vlivy techniky na život člověka. My již dnes ale víme, že technika nám práci v mnohých případech hlavně usnadňuje. Navíc je nám také známo, že pokud se robot chová tak, že by ohrozil například naše zdraví, je to většinou chybou člověka. Špatnou manipulací, nedůslednou tvorbou nebo chybou ovládacího programu.

Při svém bádání s robotickou stavebnicí LEGO Mindstorms EV3 se ale žádného nebezpečí bát nemusíme. Veškeré chování robota máme pevně v rukou. V tomto modulu se dozvíte všechny podstatné informace týkající se robotického programovacího prostředí EV3. Jedná se o ikonické programovací prostředí umožňující vytváření robotických ovládacích programů. Při jeho používání nemusíte znát syntaxi žádného programovacího jazyka. Program se v něm vytváří pouze za pomoci logického uspořádávání a propojování programových bloků. Veškeré získané znalosti si můžete upevnit a ověřit splněním jednotlivých aktivit, které jsou obsaženy v každé kapitole.

Doporučený multimediální materiál 

EV3 (home verze) ke stažení na oficiální stránkách LEGO: stahujte ZDE

Ilustrační videa k demonstraci možností EV3: více ZDE

Přehled možností EV3: více

Obr. 1  Metal House – Terebi Robot (テレビ ロボット- Television Robot) – Front, Zdroj obrázku: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Metal_House_%E2%80%93_Terebi_Robot_(%E3%83%86%E3%83%AC%E3%83%93_%E3%83%AD%E3%83%9C%E3%83%83%E3%83%88-_Television_Robot)_%E2%80%93_Front.jpg?uselang=cs,  autor: D J Shin, Creative Commons Licence 3.0 Unported (CC BY-SA 3.0)<http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.cs>.

3. Poznámky k využití přístrojů

Pro tvorbu úvodu do práce s programovacím prostředím EV3 a sestavení úloh byla použita základní sada stavebnice EV3. Další informace o ní nalezenete na následujících odkazech:

Informace na oficiálních internetových stránkách výrobce: ZDE

Nabídka základních i doplňkových komponent na prodejním webu české společnosti EDUXE s.r.o.: ZDE

Výrobce uvádí na svých stránkách také několik informací k programovacímu prostředí EV3. Naleznete je ZDE.

4. Projektový deník

Projektový deník slouží žákům k evidenci svého postupu v kurzu programování v EV3. K ověření znalosti každé části slouží příslušná aktivita, kterou by měl žák vyřešit. Při úspěšném vyřešení je proveden zápis do projektového deníku. Záznam by měl obsahovat poznámku o tom, kdy byla úloha zpracovávána, a poté krátký popis postupu a problémů, které bylo při tvorbě potřeba řešit. Po vyřešení úlohy vyučující zkontroluje funkčnost a správnost konstrukce nebo vytvořeného programu a zapíše do deníku hodnocení.

Projektový deník ke stažení

5. Základní orientace v programovacím prostředí EV3

Programovací prostředí EV3 si můžeme rozdělit do několika částí, které si nyní popíšeme. Pro ilustraci je můžete najít vyznačené v následující animaci.

Popis jednotlivých částí EV3

Horní menu programu:

• obsahuje základní volby pro práci se souborem (vytvoření nového programu nebo projektu, uložení, editace),
• zahrnuje rozšiřující možnosti programovacího prostředí (editor zvuku a obrázků, tvůrce vlastních bloků, aktualizaci firmware, nastavení bezdrátového připojení, import nových programových bloků nebo správce paměti).

Programovací plocha:

• zabírá největší část programovacího prostředí,
• slouží k logickému uspořádávání a propojování programových bloků,
• začátek programu je zde vyznačen blokem Start.

Navigační tlačítka a orientace v programu:

• tlačítka umístěná vpravo nad programovací plochou,
• nalezneme zde výběrová tlačítka, vkládání komentářů, rychlou volbu pro ukládání, tlačítka pro krok zpět či vpřed nebo možnosti přiblížení a oddálení programovací plochy.

Knihovna programových bloků:

• umístěna pod programovací plochou,
• obsahuje všechny programovací bloky,
• rozdělena do šesti barevně odlišených kategorií (poslední obsahuje vlastní vytvořené bloky).

Správa připojených senzorů a modulů, informace o řídící jednotce:

• okno umístěné v programovacím prostředí z pohledu uživatele vpravo dole,
• obsahuje informace o řídicí jednotce (verze firmware, zaplnění paměti), zařízeních připojených k řídicí jednotce, dostupné řídicí jednotky (připojené pomocí USB, Wi-fi nebo Bluetooth).

Tlačítka pro nahrání programu do řídicí jednotky:

• umístěná vpravo od okna pro správu řídicí jednotky,
• jedná se o volby buďto pouze pro stažení programu do řídicí jednotky, nebo i jeho okamžité spuštění,
• třetí tlačítko slouží k testování zvolené části programového kódu (po označení spustí zvolený úsek programového kódu). 

5.1. Aktivita 1 - Příprava projektu

Zadání

V této aktivitě se naučíte vytvořit a vhodným způsobem si připravit svůj první projekt v EV3. Příprava projektu je prvním krokem, který musíte absolvovat při vytváření nového programu. Zároveň jsou to také první úkony, díky kterým se zevrubně s programovacím prostředím seznámíte. Pro úspěšné absolvování tohoto úkolu musíte splnit toto zadání:

1. Sestavte z robotické stavebnice EV3 model pojízdeného robota, který je poháněn dvěma servomotory.
2. Následně vytvořený model vhodně nafoťte pomocí digitálního fotoaparátu nebo mobilního telefonu. Nezapomeňte na to, že pořízené fotografie by měly vhodně představovat konstrukci robota případnému uživateli, který bude s programem v budoucnosti pracovat.
3. Založte si v programovacím prostředí nový projekt, uložte jej, vhodně pojmenujte jak projekt, tak dílčí program. Ve vlastnostech projektu stručně popište, k čemu projekt slouží, a doplňte jej o fotografie sestaveného modelu.

6. Základní výstupní moduly

Kapitola se věnuje základním výstupním modulům robotické stavebnice LEGO Mindstorms EV3. Výstupní zařízení slouží k různým možnostem signalizace či přenášení různé hnací síly navenek. V kapitole se věnujeme následujícím modulům:

• Střední motor
• Velký servomotor
• Možnosti řízení více motorů
• Světelná signalizace řídící jednotky
• Výstup na displej

6.1. Střední motor

Možnosti použití středního motoru

Umístění

Blok Medium Motor pro ovládání středního motoru je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy chodu středního motoru

Nastavení výstupního portu řídicí jednotky (A - D), ke kterému je motor připojen, provedeme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku.

Vypnuto (Off)

Režim, který slouží k zablokování chodu motoru. Programový blok v tomto režimu obsahuje pouze jediný vstupní port, u kterého volíme, zda se má motor při pokynu k zastavení zastavit okamžitě (Break at End: True), nebo s pozvolným mírným dojezdem (Break at End: False).

Zapnuto (On)

Při použití programového bloku v tomto režimu dáváme motoru pokyn k neustálému otáčení zvolenou rychlostí (0 - 100 %), kterou nastavíme u jediného vstupního portu.

Otáčení po určitou dobu (On for Seconds)

Režim, který umožňuje nastavit otáčení motoru po určitou dobu stanovenou v sekundách. U prvního vstupního portu nastavíme požadovanou rychlost otáčení, u druhého zmíněný časový úsek a u třetího, zda se má motor na konci otáčení okamžitě zastavit (Break), nebo plynule dojet (Coast).

Otočení o určitý úhel (On for Degrees)

Režim, u kterého se míra natočení motoru stanovuje pomocí úhlových stupňů (0 - 360°). Zbývající dva vstupní porty jsou totožné jako u režimu pro otáčení po určitou dobu. Jedná se o nastavení rychlosti otáčení a způsob zastavení motoru (Break nebo Coast).

Otočení o určitý počet otáček (On for Rotations)

Režim je totožný se dvěma předchozími. Ovšem míra natočení se zde udává pomocí počtu nastavených otáček kolem své osy.

6.2. Aktivita 2 - Lopatková turbína

Zadání

Vytvořte funkční model turbíny jako záložního zdroje výroby elektrické energie. Požadavky na konstrukci modelu a program budou následující:

1. Lopatky turbíny budou poháněny středním motorem.
2. Řízení rychlosti otáčení bude prováděno díky barevnému senzoru.
   • Čím nižší bude intenzita okolního světla, tím se bude turbína otáčet rychleji.
3. V programu vhodně nastavte prahovou hodnotu dostatečného slunečního svitu, při kterém se turbína zastaví.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

6.3. Velký servomotor

Možnosti použití velkého motoru

Umístění

Blok Large Motor pro ovládání velkého motoru je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy chodu vekého motoru

Nastavení výstupního portu řídicí jednotky (A - D), ke kterému je motor připojen, vybereme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku.

Vypnuto (Off)

Režim, který slouží k zablokování chodu motoru. Programový blok v tomto režimu obsahuje pouze jediný vstupní port, u kterého volíme, zda se má motor při pokynu k zastavení zastavit okamžitě (Break at End: True), nebo s pozvolným mírným dojezdem (Break at End: False).

Zapnuto (On)

Při použití programového bloku v tomto režimu dáváme motoru pokyn k neustálému otáčení zvolenou rychlostí (0 - 100 %), kterou nastavíme u jediného vstupního portu.

Otáčení po určitou dobu (On for Seconds)

Režim otáčení motoru po určitou dobu zajišťuje otáčení po dobu, která se nastavuje na druhém vstupním portu v sekundách. Další volbou je u tohoto režimu rychlost otáčení udávaná v procentech (0 - 100 %) a způsob zastavení motoru. Pro okamžité zastavení volíme možnost Break, pro pozvolný dojezd motoru možnost Coast.

Otočení o určitý úhel (On for Degrees)

Režim On for Degrees funguje naprosto stejně jako předchozí režim On for Seconds. Místo doby otáčení nastavené v sekundách zde ovšem volíme míru natočení zadávanou ve stupních (0 - 360°). Všechny ostatní volby jsou totožné.

Otočení o určitý počet otáček (On for Rotations)

Režim natočení o určitý počet otáček je opět totožný jako předchozí. Míra natočení motoru se v tomto režimu udává jako počet provedených otáček kolem osy motoru.

Možnosti získávání dat z motorů

Umístění

Blok Motor Rotation pro získávání dat ze servomotoru je umístěn ve žluté záložce Sensor (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy měření dat

Nastavení výstupního portu řídicí jednotky (A - D), ke kterému je motor připojen, vybereme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku.

Měření stupňů natočení (Measure Degrees)

Režim, ve kterém výstupní port bloku vrací změřené natočení motoru v úhlových stupních.

Měření otáček (Measure Rotations)

Režim, ve kterém výstupní port bloku vrací změřený počet otáček motoru.

Měření rychlosti otáčení (Measure Current Power)

Režim, ve kterém výstupní port bloku vrací rychlost otáčení motoru od -100 do 100.

Porovnávání stupňů natočení (Compare Degrees)

Blok v tomto režimu nejen vrací počet stupňů natočení motoru, ale také umožňuje porovnávat zjištěnou hodnotu s hodnotou pevně zadanou (Treshold Value). Na výstupním portu Result navíc vrací hodnotu logického datového typu, který vyjadřuje, zda byla splněna podmínka nastavená pro porovnání (True), nebo nikoliv (False).

Porovnávání počtu otáček (Compare Rotations)

Blok v tomto režimu pracuje totožně jako v režimu pro porovnávání natočení v úhlových stupních. V tomto režimu ovšem pracujeme s počtem otáček.

Porovnávání rychlosti otáčení (Compare Current Power)

Režim bloku, který je totožný s oběma předchozími. Pouze pracuje s rychlostí otáčení motoru.

Reset (Nulování)

Režim, který nastavuje čítač všech tří měřených veličin (natočení ve stupních, otáčkách, rychlost) na nulu.

6.4. Aktivita 3 - Kuchyňská minutka

Zadání

Vytvořte funkční model kuchyňské minutky. Požadavky na konstrukci modelu a program budou následující:

1. Otočný mechanismus minutky bude realizován pomocí servomotoru.
2. Natočením mechanismu se díky detekci počtu otáček vyhodnotí, jak dlouhý časový úsek se má měřit.
3. Nastavovovaný čas by se měl zobrazit na displeji.
4. Při měření času by se měla minutka otáčet a konec odpočítávání by měl oznámit zvukový signál.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

6.5. Řízení více motorů

Možnosti řízení robota pomocí dvou motorů

Umístění

Blok Move Steering pro řízení dvou servomotorů je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy bloku Move Steering

Nastavení výstupních portů řídicí jednotky (A - D), ke kterým jsou motory připojeny, provedeme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku. Na rozdíl od řízení jediného motoru blokem Large Motor zde volíme dva výstupní porty.

Vypnuto (Off)

Jedná se o režim řízení, který zastaví motory, které byly do té doby v chodu. U vypnutí můžeme zvolit dva způsoby zastavení. Break, který motory okamžitě zastaví, a Coast, který umožní volné a setrvačné dojetí motorů.

Zapnuto (On)

Režim, který umožňuje souběžné otáčení motorů vpřed. Pomocí vstupního portu Steering je možné řídit směr, kterým se bude robot pohybovat (jiný než přímý). Druhý vstupní port (Power) slouží k nastavení rychlosti otáčení na stupnici od 0 do 100 %.

Otáčení po určitou dobu (On for Seconds)

Režim, který je ve své podstatě totožný jako předchozí. Umožňuje ovšem řídit dobu otáčení motorů v sekundách pomocí vstupního portu Seconds. Druhou odlišností je možnost nastavení způsobu zastavení motorů (Break pro okamžité zastavení nebo Coast pro volný dojezd).

Otočení o určitý úhel (On for Degrees)

Režim s totožnými možnosti jako režim On for Seconds. Místo nastavení doby pohybu ovšem využívá míru natočení motorů zadávanou ve stupních od 0 do 360°.

Otočení o určitý počet otáček (On for Rotations)

Třetí režim umožňující ovlivňovat dobu pohybu motorů. Oproti předchozím možnostem je zde nastavována pomocí počtu otáček motoru. Ostatní volby jsou totožné jako u předchozích režimů.

Možnosti řízení robota na bázi pásového vozidla

Umístění

Blok Move Tank pro řízení pásového vozidla je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Vypnuto (Off)

Režimy bloku pro řízení pásového vozidla se v základu shodují s blokem pro řízení klasického robota řízeného dvěma motory (Move Steering). Režim pro zastavení (Off) zastaví oba připojené motory. Pomocí jediného vstupního portu můžeme volit způsob zastavení (Break pro okamžité zastavení nebo Coast pro volné dojetí).

Zapnuto (On)

Režim pro zapnutí a nekonečné otáčení motorů je již uzpůsoben řízení pásového vozidla. Obsahuje dva vstupní porty umožňující nastavit rychlost otáčení každému motoru zvlášť. Hodnota se pohybuje od -100 % do 100 %. Záporná hodnota vyjadřuje otáčení vzad, kladná poté otáčení vpřed.

Otáčení po určitou dobu (On for Seconds)

Rozšířením přechozího režimu On je režim On for Second. Ten umožňuje řídit dobu otáčení motoru v sekundách. Navíc umožňuje také zvolit způsob zastavení robota (Break nebo Coast).

Otočení o určitý úhel (On for Degrees)

Režim, který umožňuje řídit otáčení motorů nastavením míry jejich otočení v úhlových stupních (0 - 360°).

Otočení o určitý počet otáček (On for Rotations)

Režim On for Rotations slouží k řízení pohybu pásového vozidla nastavením počtu otáček, které mají motory vykonat. Ostatní nastavení je totožné jako u ostatních režimů pro ovlivnění doby otáčení motorů.

6.6. Aktivita 4 - Řízení pásového transportéru

Zadání

Vytvořte funkční model robota poháněného pásy. Požadavky na konstrukci modelu a program budou následující:

• robot musí být dobře manévrovatelný a pásy na modelu dobře upevněny,
• natáčení robota do stran bude prováděno dvěma dotykovými senzory plnícími funkci joysticku,
• volte vhodnou rychlost otáčení motorů pro dobrou pohyblivost modelu.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

6.7. Světelná a zvuková signalizace řídící jednotky

Možnosti použití světelné signalizace řídicí jednotky

Umístění

Blok Brick Status Light pro řízení podsvícení tlačítek řídicí jednotky je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy bloku pro řízení světelné signalizace řídicí jednotky

Vypnuto (Off)

Režim,  který vypíná do té doby aktivní podsvícení řídicí jednotky.

Zapnuto (On)

Tímto režimem je možné zapnout světelnou signalizaci. Pomocí vstupního portu Color lze volit ze tří barevných provedení světelné signalizace, které můžete vidět na obrázku.

Vstupní port Pulse umožňuje spustit pulzování barevného podsvícení (True - spuštěno, False - vypnuto).

Základní nastavení (Reset)

Režim Reset nastaví barevné podsvícení zpět do základního nastavení, což je zelené blikající podsvícení indikující spuštěný program.

Možnosti použití zvukové signalizace řídící jednotky

Umístění

Blok Sound pro řízení podsvícení tlačítek řídicí jednotky je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Zastavení přehrávání (Stop)

V tomto režimu blok zastaví přehrávání aktuálně přehrávaného zvuku prostřednictím řídicí jednotky EV3.

Přehrátí zvukového souboru (Play File)

Režim umožňuje přehrát zvukový soubor uložený v řídicí jednotce EV3. Vstupní port Volume (hlasitost) slouží k nastavení hlasitosti přehrávaného zvuku od 0 do 100 % a vstupní port Play Type (způsob přehrávání) vyjadřuje, jak má být soubor přehrán. K dispozici máme následující možnosti:

• 0 - Čekání na dokončení (Wait for Completion) - čeká na dokončení přehrávání zvuku a poté pokračuje dále.
• 1 - Přehrání jedenkrát (Play Once) - zvuk je jednou přehrán a poté program pokračuje okamžitě dále.
• 2 - Opakování (Repeat) - zvuk je přehráván tak dlouho, dokud není přerušen blokem v režimu Stop.

Přehrání tónu (Play Tone)

Režim pro přehrání tónu zvolené frekvence (Frequency) po určitou dobu trvání v sekundách (Duration) nastavenou hlasitostí. Možnosti přehrávání zvuku jsou totožné jako u předchozího režimu.

Přehrání noty (Play Note)

Režim pro přehrání zvolené hudební noty (Note) po určitou dobu v sekundách (Duration) zvolenou hlasitostí.Možnosti přehrávání zvuku jsou totožné jako u předchozího režimu.

6.8. Aktivita 5 - Železniční přejezd

Zadání

Využijte řídicí jednotku k vytvoření programu, který bude simulovat signalizaci blížícího se vlaku na železničním přejezdu. Požadavky na tvorbu budou následující:

1. Použijte ultrazvukový senzor pro detekci blížícího se vlaku.
2. Při naměření kritické vzdálenosti se spustí přerušovaná světelná a také zvuková signalizace.
3. Jakmile se pomyslný vlak vzdálí opět za kritickou vzdálenost, signalizace se vypne.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

6.9. Výstup na displej

Možnosti výstupu na displej řídicí jednotky

Umístění

Blok Display pro práci s displejem řídicí jednotky je umístěn v zelené záložce Action (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy programového bloku pro práci s displejem řídicí jednotky

Vypsání textu na pozici - v pixelech (Text - Pixels)

První ze dvou režimů umožňujících vypsání textu na displej umisťuje text na pozici konkrétního pixelu, který značí levý horní roh vypisovaného textového řetězce. Šířka displeje je 178 pixelů a výška 128 pixelů. Vstupní port X značí nastavení pozice v horizontální směru (-177 - +177). Vstupní port Y poté pozice ve vertikálním směru (-127 - +127). Volba Clear Screen umožňuje smazat displej před vypsáním textu. Volba Color umožňuje uživateli zvolit způsob vypsání textu. Pokud zvolíme Black, bude text vypsát černou barvou na bílé pozadí. Jestliže zvolíme White, bude vypsán bílým písmem na černé pozadí. U posledního vstupního portu Font můžeme nastavovat velikost vypisovaného textu (Normal, Bold nebo Large).

Požadovaný text k vypsání zapisujeme do pravého horního rohu bloku (na obrázku vzorově zapsán text MINDSTORMS). Tlačítkem Display Preview v pravém horním rohu bloku můžeme zobrazit náhled displeje a upravit tak případně pozici textu.

Po kliknutí na pole pro zápis textového řetězce je možné z menu vybrat volbu Wired. Díky tomu se na programovém bloku zobrazí vstupní port Text umožňující vypsat pomocí bloku Displej libovolný text přivedený na vstup pomocí vodiče.

Vypsání textu na pozici - mřížka (Text - Grid)

Druhý režim pro výpis textu na displej obsahuje totožné volby jako režim Text - Pixels. Rozdíl je ovšem v pozici, na které je text umisťován. V tomto režimu není displej rozdělen na pixely, ale na mřížku tvořenou sloupci a řádky. Počátečním bodem výpisu je tedy buňka na zvolených souřadnicích. Displej je rozdělen na 22 sloupců po 8 pixelech (pozice X) a 12 řádků po 10 pixelech (pozice Y).

Vykreslení křivky (Shapes - Line)

Programový blok Display obsahuje čtyři režimy pro vykreslování obrazců. První z nich umožňuje vykreslovat křivky. Každá křivka je definována počátečním a koncovým bodem vykreslení. Souřadnice (x1, y1) určují počáteční pixel pro vykreslování a souřadnice (x2, y2) koncový pixel vykreslení. Stejně jako u vypsání textu umožňuje režim počáteční smazání displeje a volbu výpisu (černý text na bílém pozadí nebo bílý text na černém pozadí).

Vykreslení kruhu (Shapes - Circle)

Druhou možností pro vykreslení obrazců na displeji je zobrazení kruhu. Kruh se vykreslí na pozici, která je opět určena pixelem na souřadnicích X a Y. Pixel označuje střed kruhu. Druhým parametrem, který musíme nastavit, je poloměr kruhu (Radius). Ostatní možnosti jsou opět shodně s předchozími režimy.

Vykreslení čtverce nebo obdélníku (Shapes - Rectangle)

Režim pro vykreslení čtverce nebo na displej stejně jako předchozí pracuje s počátečními souřadnicemi pro vykreslení (x, y). Definují levý horní roh vykreslovaného obrazce. Následně musíme nastavit šířku (Width) a výšku (Height) obrazce udávanou v pixelech. Poslední charakteristickou volbou pro tento režim je možnost vykreslit obrazec s výplní (Fill).

Vykreslení bodu (Shapes - Point)

Posledním režimem pro vykreslení obrazců na displej je režim umožňující vykreslit jediný bod (pixel) displeje řídicí jednotky. Pixel je opět definován souřadnicemi (x, y). Následně již pouze záleží, zda chceme vykreslovat bod(y) černě na bílém pozadí, nebo bíle na černém pozadí.

Vykreslení obrázku ze souboru (Image)

Na displej řídicí jednotky není možné vypisovat pouze text nebo obrazce pomocí propojených bodů (pixelů) displeje. Další možností je zobrazení obrázku uloženého v paměti řídicí jednotky. Obrázek vybereme po kliknutí na bílé pole v pravém horním rohu bloku.

Zobrazí se nám následující výběrové okno:

Zvolený obrázek následně vykreslíme na souřadnice (x, y). Pokud vybereme volbu Wired, zobrazí se na programovém bloku vstupní port File Name.

Smazání plochy displeje (Reset)

Režim, který umožňuje kompletně smazat plochu displeje řídicí jednotky.

6.10. Aktivita 6 - Kreslicí tabulka

Zadání

Vytvořte funkční model kreslicí tabulky. Požadavky na tvorbu budou následující:

1. Pro kreslení využijte plochu displeje řídicí jednotky.
2. Ovládání při vykreslování budou obstarávat tlačítka řídicí jednotky.
3. Prostřední tlačítko bude sloužit k mazání plochy displeje.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

7. Základní vstupní moduly

Kapitola se věnuje základním vstupním modulům, které obsahuje základní sada stavebnice LEGO Mindstorms EV3. Vstupní zařízení snímají různé hodnoty z okolního prostředí nebo umožňují zasílat podněty zadávané uživatelem. Ty jsou poté na základě programu zpracovány.

V této kapitole naleznete informace o následujících vstupních zařízeních:

• Dotykový senzor
• Barevný senzor
• Gyroskopický senzor
• Ultrazvukový senzor
• Tlačítka řídicí jednotky

7.1. Dotykový senzor

Možnosti použití dotykového senzoru

Umístění

Blok Touch Sensor pro ovládání dotykového senzoru je umístěn ve žluté záložce Sensor (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy dotykového senzoru

Nastavení portu řídicí jednotky (1-4), ke kterému je senzor připojen, vybereme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku

Měření stavu (Measure State)

Pokud použijeme senzor v tomto režimu programového bloku, snímá pouze, zda bylo stisknuto tlačítko, či nikoliv. Blok proto obsahuje pouze jediný výstupní port, který nabývá hodnoty logického datového typu (výstupem může být True nebo False). Blok praocující v tomto režimu můžete vidět na obrázku.

Porovnávání stavů (Compare State)

Při přepnutí programového bloku do režimu porovnávání stavů (Compare State) se nám zpřístupní jeden vstupní a dva výstupní porty bloku.

Vstupní port status (State) umožňuje rozlišovat následující tři stavy tlačítka dotykového senzoru:

• Released (0) - uvolnění tlačítka senzoru,
• Pressed (1) - stisk tlačítka senzoru,
• Bumped (2) - stisk a opětovné uvolnění tlačítka senzoru.

První z výstupních portů (Compare Result) vyjadřuje výsledek porovnání. Jeho hodnota je logického datového typu (True nebo False). Výsledek záleží na tom, zda byl detekován testovaný status tlačítka senzoru.

Druhý výstupní port (Measured Value) vrací číselné označení stavu tlačítka - uvolnění 0, stisk 1 a stisk a opětovné uvolnění 2. Vzhled programového bloku při práci v režimu porovnávání stavů můžete vidět na obrázku.

7.2. Aktivita 7 - Ruční mixér

Zadání

Aktivita si klade za cíl vás seznámit s funkcemi dotykového senzoru. V následující úloze se naučíte využít dotykový senzor jako spouštěč či přepínač určité reakce. Váš úkol je následující:

1. Postavte vhodný model ručního mixéru, který bude ovládaný pomocí tlačítka dotykového senzoru.
2. Po prvním stisknutí se mixér roztočí pomaleji, při druhém zrychlí na maximum a při třetím zastaví.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

7.3. Barevný senzor

Možnosti použití dotykového senzoru

Umístění

Blok Color Sensor pro ovládání dotykového senzoru je umístěn ve žluté záložce Sensor (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy barevného senzoru

Nastavení portu řídicí jednotky (1-4), ke kterému je senzor připojen, vybereme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku.

Rozlišení barev (Measure Color)

Režim rozlišení barev umožňuje zjišťovat barvu snímaného předmětu. Výstupem výstupního portu je číslo od 0 do 7 vyjadřující barvy tak, jak můžete vidět na obrázku.

Intenzita odráženého světla (Reflected Light Intensity)

V tomto režimu barevného senzoru můžeme měřit intenzitu odražené světla povrchů rozdílných barev. Každá barva či povrch odráží světlo jinak. Díky výstupnímu portu bloku v tomto režimu získáme intezitu odraženého světla vyjádřenou číselně v rozmezí 0 - 100.

Intenzita okolního světla (Ambient Light Intensity)

Třetím režimem, ve kterém může barevný senzor pracovat, je režim měření intenzity okolního světla. Hodnotou, kterou v tomto režimu výstupní port vrací, je číselná hodnota v rozmezí 0 - 100.

Porovnání barev (Compare Color)

V tomto režimu porovnáváme fixně zadané odstíny barev s barvou, kterou aktuálně senzor detekoval. Na vstupu Set of colors zvolíme barvy, které chceme detekovat. Následují dva výstupní porty. První z nich (Compare Result) je logického datového typu. Jeho výstup bude nabývat hodnoty True v případě, že bude detekována některá ze zvolených barev. V opačném případě bude False. Druhý výstupní port vrací číselné označení (0-7) detekované barvy.

Porovnání intenzity odraženého světla (Compare - Reflected light intensity)

Režim pro porovnání hodnoty intenzity odraženého světla porovnává zjištěnou hodnotu s fixně zadanou prahovou hodnotou (Treshhold value). Režim obsahuje také dva výstupní porty. První s názvem Compare Value vrací hodnotu logického datového typu. Nabývá hodnoty True v případě, že je splněna podmínka porovnání. V opačném případě vrací False. Druhý výstupní port vrací zjištěnou intenzitu světla na stupnici 0 - 100.

Porovnání intenzity okolního světla (Compare - Ambient light intensity)

Programový blok v tomto režimu pracuje naprosto stejně jako v režimu porovnání intenzity odraženého světla. Pouze pracuje s hodnotou intenzity světla v okolí.

Kalibrace - nastavení minima

Při práci s intenzitou odráženého světla je často nutné v programu určit, která hodnota má být vyhodnocována jako nejnižší a která jako nejvyšší. K tomu slouží u barevného senzoru kalibrace. V režimu minimum nastavuje hodnotu, která je dále v programu vyhodnocována jako minimální možná.

Kalibrace - nastavení maxima

Opakem k režimu Minimum je Maximum. V tomto režimu nastavujeme hodnotu, která bude dále v programu vyhodnocována jako maximání možná.

Kalibrace - nulování

Tento režim barevného senzoru nastaví znovu senzor do základního nastavení.

7.4. Aktivita 8 - Rozpoznávač barev

Zadání

V této aktivitě je vaším úkolem sestavit jednoduchý ruční rozpoznávač barev. Pro úspěšné splnění úlohy naplňte následující požadavky:

1. Sestavte model ručního rozpoznávače barev, který bude možné držet v jedné ruce (využijte barevný senzor).
2. Jakmile namíříte senzor na povrch, jehož barvu potřebujeme zjistit, informace o zjištěné barvě se vypíše na displej řídicí jednotky.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

7.5. Gyroskopický senzor

Možnosti použití gyroskopického senzoru

Umístění

Blok Gyro Sensor pro ovládání ultrazvukového senzoru není součástí základní instalace Home verze programovacího prostředí EV3. Do programovacího prostředí je nutné jej doinstalovat. Blok naleznete ke stažení na stránkách společnosti LEGO ZDE.

Po instalaci se blok umístí do žluté záložky Sensor (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy gyroskopického senzoru

Nastavení portu řídicí jednotky (1-4), ke kterému je senzor připojen, vybereme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku.

Měření úhlu natočení ve stupních (Measure Angle)

Režim měření úhlu umožňuje získávat údaje o míře natočení modelu robota, na kterém je gyroskopický senzor umístěn, v úhlových stupních. Jediný výstupní port vrací tento údaj v číselném vyjádření.

Rychlost rotace ve stupních za sekundu (Measure Rate)

Druhý režim měření s pomocí gyroskopického senzoru umožňuje získávat pomocí jediného výstupního portu hodnotu rychlosti rotace robota ve stupních za sekundu.

Měření úhlu natočení a rotace ve stupních za sekundu (Measure Angle and Rate)

Režim je kombinací obou předchozích.

Porování úhlu natočení ve stupních (Compare Angle)

V tomto režimu porovnání můžeme poměřovat naměřenou hodnotu natočení s fixně zadanou hodnotou. Návratovou hodnotou je nám buďto výsledek splnění této podmínky (Compare Result) v podobě hodnoty True (při splnění), nebo False (při nesplnění). Druhou možností je vrácená hodnota udávaná ve stupních, kterou získáme pomocí druhého výstupního portu (Angle).

Porovnání naměřené rotace ve stupních za sekundu (Compare Rate)

Režim umožňuje totožné možnosti práce s hodnotou naměřenou gyroskopickým senzorem jako předchozí režim (Compare Angle). Místo úhlu natočení ve stupních ale pracuje s hodnotou naměřené rotace ve stupních za sekundu.

Nulování naměřeného natočení (Reset)

Režim Reset slouží k nulování posledního naměřeného natočení. Měření úhlu natočení se totiž určuje oproti poslednímu stavu robota. Je proto dobré vždy před měřením naměřenou hodnotu nulovat touto funkcí.

7.6. Aktivita 9 - Detektor pádu pevného disku

Zadání

Vytvořte funkční model pevného disku se zařízením pro detekci pádu. Požadavky na konstrukci modelu a program budou následující:

1. Sestavte jednoduchý model pevného disku.
2. Uvnitř bude umístěn pohyblivý mechanismus poháněný například motorem.
3. Pro detekci pádu použijte gyroskopický senzor.
4. Jakmile bude detekována prudká změna polohy, chod disku se zastaví.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

7.7. Ultrazvukový senzor

Možnosti použití ultrazvukového senzoru

Umístění

Blok Ultrasonic Sensor pro ovládání ultrazvukového senzoru není součástí základní instalace Home verze programovacího prostředí EV3. Do programovacího prostředí je nutné jej doinstalovat. Blok naleznete ke stažení na stránkách společnosti LEGO ZDE.

Po instalaci se blok umístí do žluté záložky Sensor (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy ultrazvukového senzoru

Nastavení portu řídicí jednotky (1-4), ke kterému je senzor připojen, vybereme v malém okně v pravém horním rohu programového bloku.

Měření vzdánosti - v centimetrech nebo palcích (Measure Distance - Centimeters, Inches)

První dva režimy, ve kterých může ultrazvukový senzor pracovat, slouží k měření vzdálenosti. První vyjadřuje naměřenou vzdálenost v centimetrech a druhý v palcích. V obou režimech se u programového bloku zobrazuje pouze jediný výstupní port, který vrací naměřenou hodnotu.

Detekce ultrazvukového signálu (Measure Presence)

Režim detekce ultrazvukového signálu pouze ověřuje, zda senzor zachytil nějaký ultrazvukový signál, či nikoliv. Blok v tomto režimu obsahuje pouze jediný výstupní port, který je logického datového typu. Hodnotu True vrací v případě, že signál zachytí. Ve všechno ostatních případech vrací False.

Rozšířené měření vzdálenosti (Measure Advanced - Centimeters, Inches)

Kromě jednoduchého režimu měření vzdálenosti obsahuje progmamový blok pro ultrazvukový senzor také rozšířený režim. Od původního režimu se liší možností nastavení způsobu vysílání ultrazvukového signálu. K dispozici máme tyto dvě možnosti:

• Ping (návratová hodnota 0) - vysílání signálu v pravidelných intervalech.
• Continuous ( návratový hodnota 1) - souvislé (neustálé) vysílání signálu bez přerušení.

Porovnání vzdáleností v centimetrech nebo palcích (Compare Distance - Centimeters, Inches)

Režim slouží k porovnání vzdálenosti snímané senzorem s fixně zadanou hodnotou. Výstupem programového bloku v tomto režimu může být výsledek porovnání (výstupní port Compare Result), který vyjadřuje, zda byla splněna ověřovaná podmínka. Výstup je logického datového typu. Hodnotu True vrací v případě splnění podmínky, v opačném případě vrací False. Druhým výstupním portem je vzdálenost snímaná senzorem vyjádřená v centimetrech nebo v palcích.

Detekce ultrazvukového signálu (Compare Presence/Listen)

Režim, který je totožný s režimem Measure Presence.

7.8. Aktivita 10 - Turniket

Zadání

V této aktivitě se seznámíte s funkcí ultrazvukového senzoru. Vaším úkolem je vytvořit inteligentní turniket pro kulturní akce, který sčítá počet návštěvníků. Požadavky na jeho funkčnost jsou následující:

1. Vytvořený model musí být jednoduchý a plně funkční (využijte ultrazvukový senzor).
2. Průchod turniketem musí být snímán ultrazvukovým senzorem, který bude detekovat každého příchozího návštěvníka.
3. Jakmile návštěvník turniketem projde, bude zaznamenán.
4. Aktuální počet návštěvníků se bude vypisovat na displeji řídicí jednotky.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

7.9. Tlačítka řídicí jednotky

Možnosti použití tlačítek řídicí jednotky

Umístění

Blok Brick Buttons pro řízení reakcí na stisk tlačítek řídicí jednotky je umístěn ve žluté záložce Sensor (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy pro reakci na stisk tlačítek řídicí jednotky

Detekce stisku tlačítka (Measure Brick Buttons)

První režim, ve kterém můžeme pomocí bloku Brick Buttons pracovat se stiskem tlačítek řídicí jednotky, je režim pro detekci jejich stisknu. Pomocí výstupního portu, který vrací číselné označení tlačítka (0 - 5), můžeme získat informaci o tom, které tlačítko řídicí jednotky bylo stisknuto. Schéma číslování tlačítek (návratové hodnoty) můžete vidět na obrázku.

Compare Brick Buttons

Režim pro porovnání stisknutých tlačítek umožňuje zjišťovat, zda bylo stisknuto tlačítko, které požadujeme. Na prvním vstupním portu si zvolíme tlačítko, které chceme testovat. Pomocí druhého vstupního portu můžeme dokonce testovat, zda bylo stisknuto, uvolněno nebo stisknuto i uvolněno. První výstupní port Compare Result vrací návratovou hodnotu logického datového typu. Ta nabývá hodnoty True v případě, že je stisknuto testované tlačítko. V opačném případě vrací False. Druhý výstupní port vrací číselné označení stisknutého tlačítka (0 - 5).

7.10. Aktivita 11 - Bomba

Zadání

V této aktivitě se naučíte využívat tlačítka řídící jednotky. Vaším úkolem je vytvořit z řídicí jednotky pomyslný model bomby. Co pro úspěšnou realizaci musíte zvládnout?

1. Zvolte si alespoň tři tlačítka řídicí jednotky, která budou představovat dráty, které musí pyrotechnik přestříhnout.
2. Programově zajistěte, aby žádné tlačítko nebylo určeno ke zneškodnění bomby, ale aby se jejich funkce náhodně měnila.
3. Program vhodně graficky a zvukově ošetřete.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

8. Proměnné, konstanty, datové typy

Možnosti využití proměnné

Umístění

Blok Variable pro použití proměnné a blok Constant pro použití konstanty jsou umístěny v červené záložce Data Operations. Použít je můžeme přetažením na programovací plochu. Rozeznáme je lišícím se vzhledem programového bloku. Konstanta obsahuje malý symbol zámku značící fixní hodnotu, která je v ní uložená.

Možnosti čtení a zápisu

Konstantu je možné použít pouze pro čtení hodnoty v ní uložené. Proměnnou je možné použít jak pro čtení dat v ní uložených, tak pro zápis. U čtení i u zápisu musíme zvolit datový typ, kterého bude proměnná nabývat.

Při programování v EV3 můžeme využít následující datové typy:

• Text - pro textové a znakové řetězce,
• Numeric - pro čísla,
• Logic - pro hodnoty logického datového typu (True a False),
• Numeric Array - pro číselná pole,
• Logic Array - pro pole obsahující hodnoty logického datového typu.

Rozdíl mezi proměnnou pro čtení a pro zápis

Proměnná pro čtení umožňuje využít uloženou hodnotu. Pomocí datového vodiče ji proto můžeme z výstupního portu bloku přivést na vstupní port jiného programového bloku. U proměnné pro zápis můžeme naopak hodnotu do bloku Variable přivést, a tedy uložit. Rozdíl mezi blokem nastaveným pro čtení a pro zápis můžete vidět na obrázku.

9. Programové řízení

V programování využíváme často konstrukce, které se v programu vykonávají opakovaně. Abychom je nemuseli v kódu zapisovat několikrát, což by mohlo být v některých případech nereálné, využíváme cykly. V případech, kdy potřebujeme rozhodnout o naplnění nějakého stavu, hodnoty nebo adekvátně reagovat na nastalé podmínky, využijeme podmíněné výrazy. Tato kapitola se věnuje možnostem využití cyklů a podmínek v programovacím prostředí EV3.

Podkapitoly:

• Cykly
• Podmínky

9.1. Cykly

Možnosti použití cyklu v EV3

Umístění

Blok Loop, který v EV3 reprezentuje cyklus, je umístěn v oranžové záložce Flow Control (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Popis bloku cyklu

Název cyklu - v horní části cyklu je možné volit jeho název (v políčku, ve kterém je defaultně nastaveno číslování od 01 dále).

Volba režimu - slouží ke zvolení způsobu řízení cyklu (například počtem průchodů, časem, senzorem atd.).

Výstupní port - vyjadřuje počet opakování cyklu.

Vstupní port - závisí na zvoleném režimu (ovlivňuje například počet průchodů cyklem - u režimu Count).

Prostor pro umístění programových bloků - slouží k umístění bloků programu, které se budou vykonávat.

Možnosti řízení cyklu

Programovací prostředí EV3 neumožňuje vytvářet cykly s podmínkou na začátku, ale pouze s podmínkou na konci a s pevným počtem průchodů. Na obrázku můžete vidět možnosti řízení cyklu:

Senzorem - počet možností řízení senzorem se odvíjí od počtu nainstalovaných programových bloků pro ovládání senzorů.

Nekonečné provádění cyklu (Unlimited) - možnost neustálého provádění (nekonečný cyklus).

Cyklus s pevným počtem průchodů (Count) - cyklus je vykonáván na základě nastaveného počtu průchodů.

Cyklus řízený logickou hodnotou (Logic) - cyklus vykonávaný, dokud je naplněna logická hodnota True nebo False.

Cyklus řízený časem (Time) - cyklus je vykonáván po určitou dobu uváděnou v sekundách.

Příklad použití cyklu

Na obrázku můžete vidět příklad použití cyklu. Jednoduchý programový konstrukt díky nekonečnému provádění cyklu neustále zjišťuje, jaké barvy je snímaný povrch pomocí barevného senzoru. Hodnotu poté vypisuje na displej.

9.2. Podmínky

Možnosti použití podmínek v EV3

Umístění

Blok Switch, který v EV3 reprezentuje podmínku, je umístěn v oranžové záložce Flow Control (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Popis bloku cyklu

Volba režimu - slouží ke zvolení způsobu řízení podmínky (například vstupní číselnou hodnotou, logickou hodnotou, senzorem atd.).

Vstupní port - slouží k testování porovnávané hodnoty s hodnotou fixně zadanou, testování specifických hodnot snímaných senzorem atd.).

Prostor pro umístění programových bloků - v základu máme k dispozici část, do které umisťujeme sekvenci programových bloků, která se vykoná v případě, že je podmínka splněna, a druhou část, která se vykoná, když podmínka splněna není. Blok switch umožňuje vytvořit také přepínač case. Slouží k tomu malá ikonka plus v horní části bloku, díky které můžeme přidat další možnosti. Na základě toho můžeme například u barevného senzoru rozlišovat, která barva byla detekována, a na základě toho programově reagovat (podobu bloku Switch při práci s barevným senzorem vidíte na obrázku).

Volba portu - zobrazuje se (v levé části bloku) pouze v případě, že je podmínka řízena senzorem.

Možnosti řízení podmínky

Programovací prostředí EV3 neumožňuje řídit podmínky několika způsoby, které můžete vidět na obrázku:

Senzorem - vykonávání podmínky je řízeno vstupní hodnotou zjištěnou senzorem.

Řetězcem znaků - podmínka je vykonávána na základě ověřování textového řetězce přivedeného na vstup.

Logic - vykonávání podmínky na základě ověřování logické hodnoty (True nebo False) na jejím vstupu.

Numeric - podmínka vykonávaná na základě porovnání číselné hodnoty na vstupu.

Příklad použití cyklu

Na obrázku můžete vidět příklad použití kombinace podmínky a cyklu. Program ověřuje, zda byla detakována černá nebo bílá barva pomocí barevného senzoru, a výsledek vypisuje na displej.

9.3. Aktivita 12 - Detektor světla

Zadání

V této aktivitě se naučíte využívat tlačítka řídicí jednotky. Vaším úkolem je vytvořit z řídicí jednotky pomyslný model bomby. Co pro úspěšnou realizaci musíte zvládnout?

1. Zvolte si alespoň tři tlačítka řídicí jednotky, která budou představovat dráty, které musí pyrotechnik přestříhnout.
2. Programově zajistěte, aby žádné tlačítko nebylo určeno ke zneškodnění bomby, ale aby se jejich funkce náhodně měnila.
3. Program vhodně graficky a zvukově ošetřete.

Výsledný program ke stažení ve formátu .ev3

Program ke stažení

10. Matematické operace

Provádění matematických operací je nezbytnou nutností v programování v jakémkoliv jazyce. V této kapitole se dozvíte o následujících matematických operacích:

• Základní matematické operace
• Logické operace
• Pole
• Generování náhodných čísel
• Rozšiřující matematické operace

10.1. Základní matematické operace

Možnosti využití základních matematických operací

Umístění

Blok Math pro provádění základních matematických operací je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy pro provádění základních metamatických operací

Sčítání (Add)

Režim pro sčítání (Add) umožňuje sečíst dvě vstupní hodnoty. Ty můžeme na portech A a B buďto ručně zadat, nebo je přivést pomocí datového vodiče. Výsledek poté získáme pomocí výstupního portu Result.

Odčítání (Subtract)

Režim pro odčítání (Subtract) umožňuje odečíst dvě vstupní hodnoty. Můžeme je buďto ručně zadat na portech A a B, nebo přivést pomocí datového vodiče. Výsledek opět získáme na výstupním portu Result.

Dělení (Divide)

Režim pro dělení funguje principiálně stejně jako režimy pro sčítání a odčítání. Na vstupních portech A a B zadáme vstupní hodnoty a na výstupu Result následně získáme výsledek.

Násobení (Multiply)

Režim pro násobení je opět totožný s předchozími. Na vstupních portech A a B zadáme vstupní hodnoty a na výstupu Result poté získáme výsledek.

Absolutní hodnota (Absolut Value)

Režim Absolut Value vrací na výstupním portu Result absolutní hodnotu čísla zadaného na vstupním portu A.

Odmocnina (Square Root)

Režim Square Root vrací na výstupním portu Result odmocninu čísla zadaného na vstupním portu A.

Mocnina (Exponent)

Režim Exponent umožňuje pracovat s odmocninami. Na vstupním portu A zadáme základ mocniny (číslo) a na vstupním portu N požadovaný exponent. Výsledek operace následně vrací výstupní port Result.

Advanced (Pokročilé funkce)

V režimu Advanced je možné počítat složitější matematické výrazy či rovnice. K dispozici máme 4 vstupní porty (A, B, C, D) pro zadání číselných hodnot. Výsledek následně vrací výstupní port Result.

Zápis rovnice či výrazu se provádí v okně, které se zobrazí po kliknutí do bílého pole v pravém horním rohu bloku. K zápisu lze využít množství operací a funkcí (základní matematické operace, goniometrické funkce, mocniny, odmocniny a další).

10.2. Logické operace

Možnosti využití logických matematických operací

Umístění

Blok Logic Operations pro provádění logických matematických operací je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy pro provádění logických metamatických operací

Logický součin (And)

Režim pro logický součin obsahuje dva vstupní porty logického datového typu (mohou nabývat hodnot True a False). Výsledek operace je True v případě, že hodnoty obou vstupních portů nabývají hodnotu True. Výsledek vrací výstupní port Result.

Logický součet (Or)

Režim pro logický součet obsahuje dva vstupní porty A a B, které jsou logického datového typu (nabývají hodnot True nebo False). Výsledem operace, který vrací výstupní port Result, je True v případě, že hodnota alespoň jednoho vstupního portu je True.

Exkluziv Or (XOR)

Režim exkluziv Or obsahuje, stejně jako oba předchozí režimy, dva vstupní porty (A a B) logického datového typu. Výsledek vrací výstupní port Result. Výsledkem operace je True v případě, že pouze jeden ze vstupních portů nabývá hodnoty True.

Negace (Not)

Režim Not umožňuje negaci vstupní hodnoty logického datového typu na portu A. Výsledkem je tedy obrácená hodnota.

10.3. Pole

Možnosti práce s polem

Umístění

Blok Array Operations pro práci s polem je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy pro práci s polem

Připsání číselné hodnoty (Append- Numeric)

Režim Append s volbou Numeric slouží k přidání číselné položky na konec pole. Pomocí tohoto režimu je také možné vytvořit pole nové. Na vstupním portu Array In (vstup) se zadávají položky nově vytvářeného pole. Pokud uživatel nezadá nic, do pole se zapíše pouze nově zadávaná položka. Ta se zadává na vstupním portu Value. Výstupní port Array Out (výstup pole) vrací výsledek celé operace (pole s přidanou položkou).

Připsání logické hodnoty (Append - Logic)

Princip fungování režimu je naprosto totožný s režimem Append - Numeric s tím rozdílem, že se nejedná o číselné pole, ale o pole logických hodnot.

Přečtení prvku pole (Read at Index - Numeric)

V tomto režimu vrací programový blok na výstupním portu Value hodnotu zvoleného prvku pole. Na vstupním portu Array In si zvolíme pole, ze kterého chceme číst, a na portu Index pořadové číslo (index) požadovaného prvku (první prvek pole má index 0).

Příklad: Pokud zadáme čtení indexu 2 pro pole  [1,2,3], vráceným výsledkem na výstupním portu Value bude hodnota 3.

Přečtení prvku pole (Read at Index - Logic)

Režim pro čtení prvku pole logických hodnot je totožný s režimem pro čtení prvku číselného pole. Výslednou hodnotou je tedy hodnota logického datového typu.

Zápis prvku pole na pozici (Write at Index - Numeric)

Režim umožňuje zapsat na zvolenou pozici číselného pole libovolnou číselnou hodnotu. Na vstupním portu Array In zvolíme pole, do kterého se má zapisovat. Na vstupním portu Index pozici, na kterou se má zvolená hodnota, kterou zadáme na vstupním portu Value, zapsat. Výsledem operace vráceným na výstupním portu Array Out je pole s námi zapsaným prvkem.

Příklad: Máme definované pole hodnot [1,2,3,4,5]. Na pozici číslo 3 chceme zapsat číslo 9. Výsledkem operace bude pole [1,2,3,9,5].

Zápis prvku pole na pozici (Write at Index - Logic)

Režim pro zápis prvku pole logických hodnot obsahuje totožné volby jako předchozí režim pro číselná pole. Na zvolenou pozici se ovšem zapisuje hodnota logického datového typu.

Délka pole (Length - Numeric)

Režim Length vrací délku (počet prvků) zvoleného pole. Na vstupním portu Array In si zvolíme číselné pole. Výstupní port Length následně vrací délku zvoleného pole.

Příklad: Pokud chceme pomocí programového bloku pro práci s polem zjistit délku pole [1,2,3,4,5], výsledkem operace bude číslo 5 (pole obsahuje 5 prvků).

Délka pole (Length - Logic)

Režim Length pro pole logických hodnot umožňuje stejné možnosti jako režim pro zjišťování délky číselného pole.

10.4. Generování náhodných čísel

Možnosti generování náhodných čísel v EV3

Umístění

Blok Random pro generování náhodných čísel je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy pro generování náhodných čísel

Generování čísel (Numeric)

Režim Numeric umožňuje generovat náhodné číslo ze zvoleného rozpětí hodnot. Na prvním vstupním portu Lower Bound (spodní hranice) zadáváme spodní hranici rozpětí hodnot, ze kterého se má číslo generovat. Na druhém vstupním portu Upper Bound (horní hranice) poté zadáváme horní hranici číselného rozpětí. Výstupní port Value následně vrací náhodně vygenerované číslo ze zvoleného rozpětí.

Generování logických hodnot (Logic)

Režim pro generování náhodných hodnot obsahuje pouze jeden vstupní port Probability of True (pravděpodnost vygenerování hodnoty True). Ten nabývá hodnoty od 0 do 100 % a můžeme s jeho pomocí ovlivnit, jaká bude procentuálně vyjádřená pravděpodobnost, že náhodně vygenerovaná logická hodnota bude True. Výsledek generování poté vrací výstupní port Value.

10.5. Další datové operace

Možnosti zaokrouhlování číslených hodnot

Umístění

Blok Round pro zaokrouhlování číselných hodnot je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy bloku pro zaokrouhlování

K nejbližšímu (To Nearest)

Režim umožňuje zaokrouhlovat číselnou hodnotu zadanou na vstupním portu Index k nejbližšímu celému číslu. Zaokrouhlednou hodnotu vrací výstupní port Result.

Příklad: Číslo 4,75 bude zaokrouhleno na 5.

Nahoru (Round Up)

Režim umožňující zaokrouhlování číselných hodnot zadaných na vstupním portu Index směrem nahoru. Zaokrouhlednou hodnotu vrací výstupní port Result.

Příklad: Číslo 4,75 bude zaokrouhleno na 5.

Dolů (Round Down)

Režim umožňující zaokrouhlovat číslenou hodnotou zadanou na vstupním portu Index směrem dolů. Zaokrouhlednou hodnotu vrací výstupní port Result.

Příklad: Číslo 4,75 bude zaokrouhleno na 4.

Odříznutí desetinné části (Truncate)

Režim Truncate umožňuje oříznutí čísla na zvolený počet desetinných míst. Do pole Input zadáme desetinné číslo a u možnosti Number of Decimals zvolíme požadovaný počet desetinných míst. Výsledek operace vrací výstupní port Result.

Příklad: Pokud zadáme číslo 4,75 a budeme požadovat jeho oříznutí na 1 desetinné místo, výsledkem bude číslo 4,7.

Možnosti porovnávání číslených hodnot

Umístění

Blok Compare pro porovnávání číselných hodnot je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy bloku pro porovnávání číselných hodnot

Rovná se (Equal To)

Blok v tomto režimu ověřuje, zda se čísla zadaná na vstupních portech A a B rovnají. Pokud se čísla rovnají, výstupní port Result vrací hodnotu True, v opačném případě False.

Nerovná se (Not Equal To)

V tomto režimu blok ověřuje, jestli jsou čísla zadaná na vstupních portech A a B rozdílná. Pokud ano, vrací výstupní port Result True, v opačném případě False.

Větší než (Greater Than)

Blok v tomto režimu ověřuje, zda je číslo zadané na vstupním portu A větší než číslo na portu B. Pokud ano, vrací výstupní port Result hodnotu True, v opačném případě False.

Větší než nebo rovno (Greater Than or Equal To)

Blok v tomto režimu porovnává, zda je číslo zadané na vstupním portu A větší nebo rovno číslu zadanému na portu B. V případě, že ano, vrací výstupní port logickou hodnotu True, v opačném případě False.

Menší než (Less Than)

Režim, ve kterém programový blok ověřuje, zda je hodnota zadaná na vstupním portu A menší než hodnota na vstupním portu B. Pokud ano, výstupní port Result vrací hodnotu True, v opačném případě False.

Menší než nebo rovno (Less Than or Equal To)

Režim, ve kterém programový blok ověřuje, zda je hodnota zadaná na vstupním portu A menší nebo rovna hodnotě B. Pokud ano, výstupní port Result vrací hodnotu True, v opačném případě False.

Možnosti určování rozmezí čísel

Umístění

Blok Range pro určování příslušnosti zadaného čísla do rozmezí hodnot je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy bloku pro určování příslušnosti zadaného čísla do rozmezí hodnot

Uvnitř rozmezí (Inside)

Blok v tomto režimu ověřuje, zda je hodnota zadaná na vstupním portu Test Value (testovaná hodnota) uvnitř zadaného rozsahu. Ten se určije na zbylých dvou vstupních portech. Na portu Lower Bound (spodní hranice) zadáváme spodní hranici rozmezí a na vstupním portu Upper Bound (horní hranice) zase horní hranici rozmezí. Výsledek vrácený výstupním portem Result je logického datového typu. Výsledkem je True v případě, že testovaná hodnota je uvnitř zadaného rozsahu, v opačném případě je výsledek False.

Vně rozmezí (Outside)

Funkce bloku v tomto režimu je totožná s předchozím režimem. Pouze ověřuje, zda je zadaná hodnota vně určeného rozmezí.

Možnosti spojování textových řetězců

Umístění

Blok Text pro slučování textových řetězců je umístěn v červené záložce Data Operations (zobrazeno na obrázku). Použít jej můžeme přetažením na programovací plochu a umístěním na požadované místo v programu.

Režimy bloku pro slučování textových řetězců

Spojení (Merge)

Programový blok slouží ke spojení až tří textových retězců (A, B, a C) v jeden. Výsledem vráceným výstupním portem Result jsou tyto zadané řetězce spojené v jeden.

10.6. Aktivita 13 - Stopky

Zadání

Aktivita slouží k tomu, abyste se naučili využívat v programovacím prostředí EV3 pole. Za tímto účelem naprogramujete model stopek, které budou splňovat následující požadavky:

1. Zvolte si, čím budou stopky ovládány (např. tlačítko řídící jednotky nebo tlačítko dotykového senzoru).
2. Stopky se spustí po spuštění programu a po každém stisknutí tlačítka bude zaznamenán čas aktuálně měřeného kola.
3. Ze zaznamenaných časů jednotlivých kol bude vypočítáván průměr, který bude vypisován na displej.

Výsledný program ke stažení ve formátu .C

Program ke stažení

11. Tipy a triky

Vytváření vlastních metod

Vytváření vlastních metod je určeno pro situace, kdy se nám v programu určitý úsek kódu několikrát opakuje, nebo pro případy, kdy si chceme usnadnit práci a zdrojový kód zpřehlednit. Jeho princip spočívá ve vytvoření jediného programového bloku, který obsahuje sekvenci zdrojového kódu (několik bloků).

Umístění volby pro vytváření vlastních metod

Funkci pro vytvoření vlastních metod nalezneme v horním menu v záložce Tools (Nástroje) pod volbou My Block Builder (Tvůrce mých vlastních bloků). Dříve než začneme vlastní blok vytvářet, si musíme označit část zdrojového kódu, která bude v novém bloku obsažena.

Úprava vzhledu bloku

V průvodci je nejprve nutné zadat unikátní název bloku a jeho popis, který nám v budoucnu usnadní orientaci v tom, co nový blok vykonává. Zvolit si můžeme také ikonu bloku z připravené palety obrázků. Následně můžeme přejít k nastavení vstupních a výstupních portů (pokud je chceme u bloku využít). Přidáme je pomocí tlačítka +, umístěného na náhledu bloku.

Nastavení vstupních a výstupních portů bloku

Po přidání libovolného počtu portů můžeme přejít k jejich nastavení. Zvolíme si název portu, jeho typ (vstupní nebo výstupní) a datový typ, kterého bude nabývat.

Na druhé záložce následně volíme z galerie ikonku, která se bude na portu zobrazovat.

Umístění nového bloku

Po kliknutí na tlačítko Finish se nový blok vytvoří a umístí se do záložky My Blocks (Mé bloky).

12. Závěrečné tipy

Doporučený multimediální materiál 

Uživatelský manuál pro EV3: ZDE