Pronto para levar suas aulas de STEM além do micro:bit? Neste projeto prático de IoT, os alunos utilizam o UNIHIKER K10 e tecnologia RFID para construir um supermercado inteligente e automatizado. Através da programação gráfica no Mind+, os aprendizes desenvolvem sistemas de checkout automatizados com precificação dinâmica, rastreamento de estoque e pagamento via QR code - replicando aplicações reais da Indústria 4.0. Esta aula envolvente está alinhada com os padrões CSTA K-12, UK KS3 e EU DigComp, equipando os estudantes com competências essenciais em computação e automação.
Objetivos
Construir um supermercado automatizado não-tripulado no UNIHIKER K10, onde o módulo RFID identifica diferentes produtos e processa seus pagamentos.
Objetivos de Aprendizado
1. Compreender o conceito de sinais digitais.
2. Dominar o método de obtenção de sinais digitais de entrada no UNIHIKER K10.
3. Dominar o uso do módulo RFID no UNIHIKER K10.
4. Dominar os comandos de operação de pinos do UNIHIKER K10.
Lista de Materiais:
Hardware:
Uso Básico do Software Mind+
1. Abra o Mind+ e alterne para o modo offline.
2. Carregar o UNIHIKER K10
Com base nas etapas anteriores, clique em "Extensão", localize o módulo "UNIHIKER K10" em "Placa" e clique para adicioná-lo. Após clicar em "Voltar", você encontrará o UNIHIKER K10 na "Área de Comandos", completando assim o carregamento do dispositivo.
3. Conectar o UNIHIKER K10
Primeiramente, é necessário utilizar um cabo USB para conectar o UNIHIKER K10 ao computador.
Em seguida, após clicar em "Conectar Dispositivo", selecione "COM-UNIHIKER K10" para estabelecer a conexão.
Observação: O nome do dispositivo pode variar entre diferentes unidades UNIHIKER K10, mas todos terminam com K10.
No Windows 10/11, o UNIHIKER K10 não requer instalação de drivers. Entretanto, para o Windows 7, é necessária a instalação manual do driver: https://www.unihiker.com/wiki/K10/faq/#high-frequency-problem
Prática Hands-on
Vamos começar a trabalhar na tarefa do curso de hoje. Iniciaremos adicionando produtos ao supermercado e gradualmente aprenderemos como usar o módulo RFID no UNIHIKER K10 para reconhecer e processar os produtos.
Tarefa 1: Construindo o Supermercado
Nesta parte, adicionaremos produtos ao supermercado, criaremos a página inicial do supermercado e permitiremos que os clientes acessem a página de seleção de produtos pressionando um botão.
Tarefa 2: Reconhecimento de Produtos
Nesta parte, usaremos o módulo RFID para reconhecer os produtos correspondentes e exibir a quantidade de produtos na interface de seleção.
Tarefa 3: Finalização da Compra
Nesta parte, calcularemos o preço total dos produtos e realizaremos o checkout.
Tarefa 1: Construção do Supermercado
Configuração de Hardware
Certifique-se de utilizar um cabo USB para conectar o UNIHIKER K10 ao computador.
Preparação do Software
Assegure-se que o Mind+ esteja aberto e que o código pré-definido apareça no modo gráfico Python, com o UNIHIKER K10 carregado com sucesso. Em seguida, você pode iniciar a escrita do programa para o projeto.
1. Escrever o Programa
PASSO 1: Adicionar produtos e criar a página inicial do supermercado
Nosso supermercado possui três frutas: peras, maçãs e bananas. Pense em como podemos registrar os preços dos produtos que os clientes compram em nosso supermercado.
Precisamos registrar a quantidade de cada produto adquirido e multiplicá-la pelo preço unitário para calcular o valor total. Portanto, devemos utilizar variáveis para armazenar as quantidades dos produtos, além de outra variável para calcular o preço total. Dessa forma, é necessário criar quatro variáveis: "pera", "banana", "maçã" e "preço_total". O valor inicial para os produtos deve ser definido como 0. O programa relacionado é o seguinte:
Após adicionar os produtos, precisamos criar a página inicial do supermercado. Podemos utilizar o comando "Armazenar em cache a imagem" para adicionar a imagem da página inicial, definindo largura e altura. O programa relacionado é o seguinte:
O efeito de exibição é o seguinte:
PASSO 2: Acessar a Interface de Seleção de Produtos
Após criar a página inicial do supermercado, como podemos configurar a condição para acessar a interface de seleção de produtos?
Podemos conectar um botão ao pino P0 do UNIHIKER K10. Quando o botão for pressionado e o valor lido no pino P0 for 1, o sistema automaticamente redirecionará para a interface de seleção de produtos. Para ler o valor do pino P0, podemos utilizar o comando "Ler o pino digital P0" no módulo de operação de pinos.
Você pode conectar um botão ao pino P0 utilizando um cabo silicone PH2.0-3P de dois pinos, conforme ilustrado no diagrama abaixo:
A configuração do programa relacionado é mostrada no diagrama abaixo:
Observação: Para mais informações sobre "Pin", consulte o "Centro de Conhecimentos".
PASSO 3: Adicionar Módulo RFID
Para permitir que o supermercado utilize tecnologia RFID para checkout de produtos, precisamos adicionar o módulo RFID ao nosso supermercado. O módulo RFID já está disponível na biblioteca do usuário do Mind+.
Primeiro, conecte o módulo RFID à interface I2C do UNIHIKER K10. Em seguida, inicialize o módulo RFID usando o comando "Inicializar a interface do módulo NFC endereço I2C 0x7c".
A conexão do módulo RFID ao UNIHIKER K10 é mostrada no diagrama abaixo:
O uso do módulo RFID é mostrado no diagrama abaixo:
O código completo para criar o módulo do supermercado é o seguinte:
2. Executar o Programa
PASSO 1:Certifique-se de que o UNIHIKER K10 esteja conectado ao Mind+ e que o endereço IP esteja visível na seção Menu.
PASSO 2:Clique no botão "Enviar" no canto superior direito.
PASSO 3: Inicialmente, a página inicial do supermercado será carregada. Pressione o botão P0 para acessar a interface de compras, conforme ilustrado abaixo:
Tarefa 2: Reconhecimento de Produtos
1. Escrever o Programa
PASSO 1: Obter o UID dos Produtos
Em nosso supermercado automatizado, cada produto possui seu respectivo adesivo de tag eletrônico NFC. Precisamos conhecer o valor da tag eletrônica NFC para identificar o produto.
Portanto, devemos programar para recuperar os valores UID dos três produtos. Podemos utilizar o comando "ler bloco NFC" no módulo RFID para exibir o UID de cada cartão escaneado na tela do UNIHIKER K10 e registrá-los adequadamente. O programa relacionado é mostrado no diagrama abaixo:
Após carregar o programa, aproxime os três cartões do módulo RFID e registre os valores UID de cada produto. O resultado deve ser semelhante a este:
Observação: Tags NFC diferentes possuem valores UID distintos, portanto você precisará lê-los individualmente.
PASSO 2: Exibir a Quantidade de Produtos Adquiridos
Após obter os valores UID das tags NFC de cada produto, precisamos compará-los. Se o UID do cartão de tag eletrônica selecionado pelo cliente corresponder ao UID registrado, a quantidade daquele produto deve ser incrementada em 1, e o valor correspondente deve ser exibido na coluna de quantidade. O programa relacionado é mostrado abaixo:
O código completo do módulo de reconhecimento de produtos é o seguinte:
2. Executar o Programa
PASSO 1: Conecte o UNIHIKER K10.
PASSO 2: Clique no botão "Enviar" no canto superior direito.
PASSO 3: Na interface de seleção de produtos, posicione os cartões de tag eletrônica NFC dos diferentes produtos no leitor RFID e observe as alterações na quantidade dos produtos correspondentes.
Tarefa 3: Finalização da Compra
Nesta tarefa, precisamos calcular o preço total dos produtos com base nas quantidades obtidas anteriormente e permitir que o cliente pressione um botão para acessar a página de pagamento.
1. Escrever o Programa
PASSO 1: Calcular o Preço Total dos Produtos
Utilizamos o comando "Cartão detectado?" no módulo RFID. Quando um cartão é detectado, primeiro usamos o programa anterior para obter as quantidades dos produtos. Em seguida, multiplicamos a quantidade de cada produto pelo seu preço unitário para calcular o preço total e exibi-lo na posição correspondente. O programa relacionado é mostrado abaixo:
PASSO 2: Processar o Pagamento
Após finalizar as compras, o cliente pode pressionar um botão para acessar a página de pagamento via QR code. Para isso, conecte um botão ao pino P1 do UNIHIKER K10. Quando pressionado, o programa de checkout será interrompido e redirecionará para a interface de pagamento com QR code.
Conecte o botão ao pino P1 utilizando um cabo silicone PH2.0-3P de dois pinos, conforme ilustrado abaixo:
A configuração do programa relacionado é mostrada abaixo:
O programa completo de referência é mostrado abaixo:
2. Executar o Programa
Clique no botão "Enviar". Após concluir o checkout, pressione o botão P1 para acessar a interface de pagamento via QR code. O resultado é mostrado abaixo:
Centro de Conhecimento
1. O que é um Sinal de Entrada Digital?
Um sinal digital refere-se a um sinal descrito por um conjunto de dados específicos, 0 e 1. O valor 1 representa a presença do sinal, enquanto 0 indica ausência de sinal. A razão para usar 0 e 1 na representação de sinais digitais está no fato de que circuitos possuem apenas dois estados: ligado e desligado. Um sinal digital 1 significa que o circuito está conectado (ligado), enquanto um sinal digital 0 indica que o circuito está desconectado (desligado).
Um sinal de entrada digital refere-se ao sinal coletado por um sensor digital, sendo que o sinal coletado possui apenas dois valores possíveis: 0 e 1.
No programa, quando um botão é pressionado, o valor retornado é 1 (verdadeiro); quando o botão é liberado, o valor retornado é 0 (falso).
Então, como podemos identificar se um sensor é digital? A placa do sensor terá as letras "D" e "A" impressas nela. "D" representa "digital" e "A" representa "analógico". Um sensor marcado com "D" é um sensor digital, e um sensor marcado com "A" é um sensor analógico. Informações sobre sensores analógicos serão apresentadas quando estes forem utilizados.
No UNIHIKER K10, existem dois pinos de 3 pinos, P0 e P1. Ambos os pinos podem ser utilizados para conectar sensores digitais, além de sensores PWM (como servomotores) e sensores analógicos. Informações sobre PWM serão fornecidas quando da utilização de sensores PWM.
2. Compreendendo os Pinos
Os pinos são as conexões entre os circuitos internos do circuito integrado e os circuitos externos. Em termos simples, os pinos são as interfaces entre o UNIHIKER K10 e o ambiente externo. Através dos pinos, podemos ler dados externos e controlar dispositivos externos.
No UNIHIKER K10, existem duas interfaces de 3 pinos e uma interface de 4 pinos. As duas interfaces de 3 pinos suportam entrada/saída digital, entrada analógica e saída PWM, permitindo flexibilidade para atender a diversas necessidades de controle. A interface de 4 pinos é uma interface I2C, que pode ser usada para conectar dispositivos como sensores de reconhecimento de gestos e módulos RFID, expandindo a funcionalidade do dispositivo e suportando diversos cenários de aplicação.
3. Comandos de Operação de Pin
Os comandos de operação de pinos do UNIHIKER K10 são os seguintes:
O projeto UNIHIKER K10 Supermercado Inteligente introduz conceitos avançados de computação em sala de aula. Ao construir um sistema de varejo habilitado para RFID, os alunos adquirem experiência prática em programação de hardware, integração de sensores e processamento de sinais digitais - tudo através de uma interface gráfica de fácil aprendizado. Seja você educador ou maker, este projeto demonstra como a IoT pode ser acessível para a próxima geração de inovadores tecnológicos.
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