Smart Home z robotem Photon – zdalne sterowanie oświetleniem budynku

Przygotowanie do lekcji

Zajęcia prowadzone są w formie on-line - uczniowie łączą się z nauczycielem zdalnie za pomocą platformy Microsoft Teams. Przed ich rozpoczęciem należy upewnić się, że każdy z uczniów posiada aktywny dostęp do grupy/kanału, na którym prowadzone będą zajęcia. 

Zajęcia można przeprowadzić również lokalnie, wyjaśniając jednocześnie uczniom zasadę zdalnej kontroli nad urządzeniami z wykorzystaniem sieci Internet. Do przeprowadzenia zajeć potrzebne będą wówczas co najmniej dwa komputery z dostępem do platformy MS Teams – jeden będzie pełnił funkcję serwera (ten z podłączonym robotem), drugi natomiast klienta (dzięki niemu będziemy mogli sterować robotem zdalnie, wykonywać ćwiczenia, komputer ten może zostać podłączony do monitora interaktywnego). W trakcie tej lekcji uczniowie mogą również wybrane ćwiczenia (w aplikacji Genial.ly) wykonywać na własnym sprzęcie BYOD (np. smartfonach).

Jeżeli nauczyciel po raz pierwszy spotyka się z terminologią inteligentnego domu, dobrze, by przeczytał przed lekcją krótki artykuł wprowadzający (przykład: Komputronik.pl/ Czym jest inteligentny dom?, dostęp: 01.10.2020).

Przygotowanie:

1. Przed lekcją prosimy szkolnego administatora platformy Microsoft o utworzenie dodatkowego konta uczniowskiego, które zostanie dołączone do grupy, w której odbywać się będą zajęcia. Będzie to konto odpowiedzialne za przesył obrazu wideo z otoczenia robota – może więc nazywać się np. kamera.zdalna@.... Należy dołączyć je do lekcji.
2. Nauczyciel za pomocą aplikacji Photon Magic Bridge podłącza robota do komputera, który będzie pełnił funkcję głównego serwera. Następnie na tym samym komputerze uruchamia aplikację Microsoft Teams i rozpoczyna lekcję w przeznaczonym na ten cel obszarze (np. grupa/kanał). Pozostawia włączony mikrofon i kamerę.
   Dzięki temu połączeniu utworzyliśmy serwer, który pozwoli w dalszej części zdalnie sterować robotem.
3. Następnie do prowadzonej lekcji nauczyciel podłącza kamerę (drugie konto, kamera.zdalna@...), która będzie odpowiedzialna za przekazanie obrazu z okolicy serwera (czyli robota Photon i jego otoczenia) na komputery klienta (uczniów). W telefonie bądź tablecie uruchamiamy aplikację Microsoft Teams. Logujemy się do niej za pomocą konta wcześniej utworzonego specjalnie w tym celu (np. kamera.zdalna).
4. Dołączając do spotkania za pomocą konta odpowiedzialnego za obraz, pozostawiamy włączoną kamerę i wyłączony dźwięk głośnika i mikrofonu. Za pomocą przełącznika na ekranie zmieniamy ustawienia tak, by pokazywany był obraz z kamery tylnej. Smartfon umieszczamy na statywie w raki sposób, by pokazywał robota i jego otoczenie. Możemy go też na chwilę odłożyć, a następnie w trakcie wykonywania ćwiczenia po prostu wziąć do ręki (pokazać robota i otoczenie w widoku „z lotu ptaka”). 
   Jeżeli zajęcia odbywają się w klasie, możemy poprosić jednego z uczniów, by uczestniczył w spotkaniu bezpośrednio ze swojego konta i został operatorem odpowiedzialnym za transfer obrazu wideo. 
5. Utworzony w ten sposób schemat spotkania w aplikacji Microsoft Teams zawiera dwa konta, pomiędzy którymi uczniowie będą mogli przełączać widok:
   - konto serwera, na którym nauczyciel prowadzi zajęcia, a następnie uruchomi aplikację Photon Magic Bridge (by przekazać uczniom kontrolę) 
   - konto przekazu obrazu/kamery, która będzie wskazywać robota Photon i jego otoczenie. 
6. Do utworzonego w przedstawiony sposób spotkania nauczyciel zaprasza/dołącza uczniów.

Przebieg zajęć:

1. Rozpoczęcie

• Nauczyciel wita się z uczniami, sprawdza jakość połączenia z nimi – mikrofon, głośnik. Przypomina podstawowe zasady uczestnictwa w zajęciach online.
• Dobrze jest przypomnieć o możliwości zgłaszania się w aplikacji MS Teams.
• Warto też wspomnieć, że w zespole pojawiło się dodatkowe konto, które będzie wykorzystane jako narzędzie dodatkowe podczas pracy. Konto to przesyła jedynie obrazu wideo.

2. Rozgrzewka

• Nauczyciel przesyła uczniom link do wirtualnych puzzli, które przedstawią materiał, z którym będziemy pracowali (slajd 1). Następnie prosi uczniów, by spróbowali odgadnąć temat lekcji. 
• Link: http://bit.ly/Smart_Home_prezentacja 

3. Inteligentny dom - wprowadzenie i zalety

• Nauczyciel prosi uczniów, by rozwinęli pojęcie „inteligentnego domu”. Następnie prosi, by zastanowili się i odpowiedzieli, jakie mogą być zalety takiego rozwiązania. 
• Po wspólnym odczytaniu odpowiedzi, nauczyciel podsumowuje zalety inteligentnego domu.
• Dobrze jest wysłuchać kilku wypowiedzi. Jest to też świetna okazja, by w praktyce przećwiczyć opcję zgłaszania się na platformie MS Teams. Odpowiedzi i zalety inteligentnego domu mogą być przekazane ustnie. Świetnym rozwiązaniem będzie również wykorzystanie wspólnej tablicy, na której wszyscy uczniowie będą mogli zapisać własne przemyślenia (np. przez aplikację Explain Everything: https://whiteboard.explaineverything.com).

4. Czujnik zmierzchu (automatyczne oświetlenie domu) - wprowadzenie

• Nauczyciel wyjaśnia zasadę działania czujnika natężenia światła.
• Następnie warto przeprowdzić dyskusję na temat korzyści zdalnego sterowania światłem w domu.
• Dobrze, by uczniowie podczas dyskusji poruszyli: 
  • kwestie bezpieczeństwa (oświetlony dom zazwyczaj odstrasza włamywaczy),
  • kwestię wygody i komfortu – oświetlony podjazd, wjazd do garażu ułatwia poprawne zaparkowanie pojazdu.

5. Smart Home w praktyce – zdalne włączenie światła za pomocą aplikacji Photon Magic Bridge, interfejs: Joystick.

• Nauczyciel wyjaśnia uczniom zasadę działania miniaturowego inteligentnego domu, w którym głównym sterownikiem domu i jednocześnie jego oświetleniem jest robot Photon. Następnie przekazując uczniom kontrolę nad własnym komputerem –serwerem, pozwala uczniom sterować zdalnie oświetleniem w domu. Uczniowie mogą włączać/wyłączać oczy i antenki robota, zmieniać ich kolor.
• W tym momencie nauczyciel uruchamia aplikacje Photon Magic Bridge i łączy się za jej pośrednictwem z robotem Photon. Następnie wewnątrz aplikacji uruchamia interfejs Joystick. Dalej przechodzi do platformy MS Teams i udostępnia swój ekran z uruchomioną aplikacją Photon Magic Bridge, interfejs Joystick. Następnie wyjaśnia uczniom zasadę pracy zdalnej z robotem Photon -  uczniowie mają do dyspozycji dwa konta:
  • jedno, dzięki któremu będą ze swoich komputerów zdalnie sterować robotem. Aby uzyskać taką możliwość, muszą jako operatorzy poprosić nauczyciela o zdalny dostęp do robota (polecenie MS Teams: Przekaż Kontrolę).
  • konto przekazujące obraz z otoczenia robota – dzięki temu będą mieli możliwość sprawdzenia, jak ich działania w interfejsie Joystick wpływają na zachowanie robota. Warto zwrócić uwagę na fakt, że jest to praca zespołowa – osoba która steruje robotem nie może jednocześnie obserwować jego zachowania. Potrzebuje zatem pomocnika, który będzie obserwował zachowanie robota z umieszczonej w jego okolicy kamery (czyli powiększy sobie obraz z konta transmisji obrazu). Dla ukazania większego realizmu inteligentnego domu, dobrze jest zbudować robotowi Photon taki właśnie dom. Świetnie sprawdzają się proste domy z kartonu, bądź klocków konstrukcyjnych.

6. Smart Home w praktyce - tworzenie automatycznego oświetlenia domu

• Nauczyciel przedstawia uczniom cel programowania pierwszego elementu inteligentnego domu – automatyczny włącznik świateł zależny od pory dnia.
• Dobrze, by nauczyciel na tablicy narysował z uczniami dwa proste układy wyjaśniające zasadę działania. Można również wykorzystać przygotowane do tego działania dwa proste schematy (Genial.ly – slajd nr 2 i 3).
• Uczniowie starają się opisać, jakie elementy będą potrzebne do utworzenia tego typu programu oraz w jaki sposób taki program powinien działać.
• Na podstawie obrazów uczniowie powinni wymienić poszczególne elementy: 
  • czujnik natężenia światła 
  • światła robota (oczy i antenki) w kolorze jasnym (np. biały) i czarny (odczytywany przez robota jako brak światła).
• Następnie uczniowie starają się utworzyć w formie pisemnej polecenia dla sterownika (Robota Photon), które następnie przekształcają w zapisany program.
• Jeżeli uczniowie znają instrukcje robota w interfejsie Photon Blocks – mogą spróbować napisać samodzielnie polecenia.
• Jeżeli potrzebują pomocy, warto skorzystać ze slajdu nr 4. Uczniowie mogą wykonać zadanie na własnych komputerach, a następnie wspólnie odczytać.  

7. Tworzenie programu właściwego w interfejsie Photon Blocks.

• Korzystając z kolejnego slajdu aplikacji Genial.ly (nr 5) uczniowie na własnych urządzeniach układają program odpowiedzialny za autonomiczne włączanie światła w domu.

Przykładowy program: 

8. Uruchomienie właściwego programu. Rzeczywisty test automatycznego oświetlenia domu.

• Nauczyciel, na komputerze do którego podłączony jest robot Photon, uruchamia interfejs Photon Blocks i udostępnia ekran uczniom. Następnie przekazuje kontrolę nad udostępnionym ekranem jednemu uczniowi, który ze swojego komputera – zdalnie tworzy ten sam program dla robota Photon – już bezpośrednio w aplikacji. Następnie uczeń uruchamia program.
• Nauczyciel przypomina również, by uczniowie obserwowali zachowanie robota przez udostępnione konto przekazujące obraz z jego otoczenia. Następnie, jako że nauczyciel znajduje się w pobliżu robota – jego zadaniem będzie sztuczne wywołanie zmiennej środowiskowej (jasno/ciemno), np. poprzez zakrycie dłonią czujnika natężenia światła, zgaszenie światła w pomieszczeniu albo właśnie świecenie latarką w miejsce, w którym znajduje się czujnik światła. 

9. Podsumowanie zajęć

• W ramach podsumowania zajęć dobrze, by nauczyciel zapytał uczniów, raz jeszcze, o zalety instalacji typu inteligentny dom, a także możliwości jakie oferuje zdalne sterowanie oświetleniem budynku.