Robotika a programovanie v C# na SPŠE v Piešťanoch
Stredné priemyselné školy elektrotechnické sú charakterizované zvyčajne najťažším predmetom, ktorý sa na nich učí. V súčasnosti sú za top predmety považované Siete (vrátane zabezpečenia-security), Robotika, Programovanie mikropočítačov. V dohľadnej dobe k ním budú musieť pribudnúť ďalšie dva, a to Space technika a Fúzna technika. Robotiku sme už zmeškali, a tak majú fabriky s robotickými linkami problém získať kvalifikovaných stredoškolských absolventov. Je nebezpečie-záchrana, že zahraniční investori si donesú vlastných, slovenčiny neznalých pracovníkov. Dokumentácia výroby tak bude pre Slovákov málo čitateľná. Už teraz je v nových robotizovaných fabrikách zamestnaných odhadom 30% cudzincov.
Stredné priemyselné školy elektrotechnické sú charakterizované zvyčajne najťažším predmetom, ktorý sa na nich učí. V súčasnosti sú za top predmety považované Siete (vrátane zabezpečenia-security), Robotika, Programovanie mikropočítačov. Učitelia SPŠE vedú žiakov k ich osvojeniu a tak sa študenti stávajú vyhľadávaní nielen na trhu práce, ale úspechy zaznamenávajú aj pri prijímacích pohovoroch na vysoké školy doma i v zahraničí. (Autor: Archív SPŠE Piešťany)
Máme šancu zachytiť nástup vzdelanosti, alebo ju stratiť, v ďalšej oblasti, a to v Programovaní mikropočítačov. V Strednej priemyselnej škole elektrotechnickej, Brezová 2 Piešťany (SPŠE) sme sa rozhodli chytiť šance, ktorú vidíme v Programovaní mikropočítačov jazykom C#. Zdanlivo táto oblasť u nás nie je bežná, ale opak je pravdou. Naše domácnosti sú prešpikované mikropočítačmi. V každej domácnosti je práčka, internetový ruter, robotické hračky, WiFi ruter, v rodinných domoch zabezpečovačka, PV panely s meničom, IT pracovníci pracujúci z domu majú zvyčajne pripojenie na cloud a plno ďalších zariadení. Všetky vymenované zariadenia sú riadené mikropočítačmi. Doteraz bolo zvykom pokazené vyhodiť a kúpiť nové, bolo to lacnejšie ako opravovať. V EU je teraz presadzovaná filozofia „ vyrábať veci opraviteľné.“ Navyše, pomaly sa rozbieha „Colná vojna“ s Čínou. Európa si chce väčšinu dôležitých tovarov vyrábať sama (elektromobily, baterky, PV panely, meniče k PV panelom, rutre, sviče, komponenty na opravu), a tie budú musieť byť opraviteľné. Tu sa uplatnia stredoškoláci so znalosťami mikropočítačov a ich programovania. Navyše, prichádza technológia Internetu vecí (IoT) a s ňou aj 4. priemyselná revolúcia.
Stredné aj vysoké školy postupne presadzujú do svojich vyučovacích programov najaktuálnejšie programovacie jazyky, a k ním aj mikropočítače, ktoré sú nimi programovateľné. Zažili sme éru Arduina pre hračky a jeho špeciálneho nesystémového jazyka, potom prišla éra „Raspberry PI s OS“ a jeho odnoží. Čo by mali školy učiť teraz a na akých mikropočítačoch, s akým mikrokontrolérom?
Po konzultáciách s odborníkmi si myslíme, že najúspešnejší mikrokontrolér je ESP32 a používa ho väčšina mikropočítačov v oblasti IoT. Vsadila naň Univerzita Žilina (UNIZA) a používame ho aj v 3. a 4. ročníku odborov IST a IDT na SPŠE Piešťany. Ďalším rozhodnutím bolo, určiť jazyk, ktorý je pre žiakov najperspektívnejší. Musel to byť objektovo orientovaný jazyk. Začínali sme s C++, tak ako to robí aj UNIZA, ale definitívne sme prešli na C#. Ukázalo sa, že pre C# jazyk a pre mikrokontroléry ESP32 v M5 Stack (Smart Device) sú veľmi pohotovo produkované knižnice tried, väčšina pripravených senzorov má I2C pripojenie, takže od nápadu po zrealizovanie myšlienky je veľmi krátka cesta.
V praxi je momentálne najpoužívanejší jazyk Micro Phyton, ale je všeobecne známe, že naši žiaci prídu do praxe o 3 až 8 rokov, a to už bude u mikropočítačov top jazykom C#. Vzhľadom k tomu Ing. Jozef Dragula spolu s Ing. Romanom Kissom (autor PMI80, PMD85, PC80, 10-násobný Microsoft MVP, atď…), bývalý „spoluteslák“ spoločne v predošlých rokoch viedli žiakov k využívaniu LoRaWAN a NB-IoT sietí v spolupráci s Orange SK, teda, robili projekty End-To-End končiace v Azure IoT Central pre zber a vyhodnotenie “telemetry dát” zo senzorov. V Cloude majú vybudované spracovanie zaslaných dát do grafických priebehov a permanentne tam zasielajú zmeny dát na sade asi 10 senzorov do laboratória v škole.
V školskom roku 2024/25 sa koncentrovali na stranu Device (Things) a od úplného začiatku pripravujú študentov aby vedeli „Smart Device“ naprogramovať a posielať telemetrické dáta zo senzorov na Cloud.
Spoločne vedú žiakov k čo najrýchlejšiemu použitiu C# na zmenu mikropočítača na pracujúci stroj. Každý náš žiak Robotiky na prvých hodinách programovania dostane „Smart Device“ (mikropočítač), a následne si ho postupne pripravuje na prácu s Visual Studiom. Sme možno jediná priemyslovka na Slovensku, ktorá takto používa C#. Používame „NanoFramework“ a metodiku „debuggovania“, ktorú C# v tejto kombinácii umožňuje. Takéto „debuggovanie“ jazyk Micro Phyton neumožňuje, preto sme sa rozhodli pre C#. Žiaci tak môžu postupovať veľmi rýchlo a priebežne si na mikropočítači môžu overiť prácu svojho programu. Majú k dispozícii jedno a dvojjadrové mikropočítače (AtomLite, S3, C3, C6), snímače teploty, tlaku, vlhkosti, prítomnosti, pohybu, indikátory z RGB LED ako bargrafy, LED polia 8×8, 8×16. Celkovo máme v takejto príprave 30 žiakov, ktorí sa na tento spôsob práce (práca s mikropočítačom v ruke) prihlásili a tvrdo na ňom pracujú. Na konci tretieho ročníka najšikovnejší žiaci, z III.C, na LED poli 8×16 púšťali pohyblivé nápisy a na konci štvrtého ročníka najšikovnejší budú autonomným robotom vedieť nájsť priechod v ohrade, prípadne oskenovať prekážku a odlíšiť okno a dvere, a následne vybehnúť dverami von. Jedna z vízií je naprogramovať mikropočítač na spracovanie obrazu z kamery, čo dokážu len profesionálne grabery kamier. Tu už bude potrebné použiť umelú inteligenciu (AI). Prvé výsledky práce týchto študentov môžete uvidieť v utorok 3.12.2024 na Dni otvorených dverí (DOD) v SPŠE Piešťany.
Každého samozrejme zaujíma, kde sa horeuvedené programovanie dá použiť prakticky v reálnom živote. Prvé použitie plánujeme pri výrobe Družice do súťaže CANSAT, do ktorej sa škola prihlásila. Družica bude vypustená vo výške 1 kilometer. Mikropočítač bude spolu so senzormi umiestnený v družici a počas letu družice bude snímať teplotu, vlhkosť a tlak, a aj iné dáta, a následne ich posielať radiovým signálom na zem minimálne raz za sekundu. Na zemi ich budeme prijímať a vyhodnotíme ich formou grafu.
Spoločne s Ing. Kissom a Ing. Dragulom konštatujeme a nechce sa nám veriť, že sa v SPŠE Piešťany podarilo vybudovať robotické laboratórium vďaka finančnej pomoci zriaďovateľa TTSK Trnava a boli vytvorené veľmi dobré podmienky na napredovanie študentov v oblasti Robotiky a Programovania C# priamo na mikropočítačoch.
Záverom ďakujeme Ing. Romanovi Kissovi, Ing. Jozefovi Dragulovi, firmám Orange SK a Sharp za sponzorskú spoluprácu.
SPŠE, foto archív školy
