Nesta atividade, os alunos utilizam os seus conhecimentos de codificação para criar um sistema que pode enviar e receber sinais de rádio. Os alunos então codificam uma mensagem no sinal que pode ser decodificado por outros alunos.
Materiais – Microcontrolador programável (ex. Micro:Bit ou Arduino).
– Transmissor e receptor de rádio para microcontrolador.
– Dispositivo de entrada (por exemplo, botão ou interruptor).
– Dispositivo de saída (por exemplo, LEDs ou alto-falante).
Gerenciamento.
Dependendo das habilidades dos alunos, eles podem codificar em uma linguagem baseada em texto, como Python ou JavaScript, ou em uma linguagem visual, como MakeCode, Blockly ou Scratch.
Alguns dispositivos, como Micro:bits, possuem receptores de rádio, transmissores, LEDs, etc. integrados.
Outros dispositivos precisarão tê-los conectados e exigirão codificação adicional para funcionar.
Ao trabalhar com um número limitado de dispositivos, verifique se o microcontrolador que você está usando possui um emulador on-line que os alunos possam usar para testar seu código antes de carregá-lo no(s) dispositivo(s).
Dependendo da disponibilidade dos dispositivos, considere dividir os alunos em grupos que escrevem códigos exclusivamente para dispositivos de recepção ou transmissão.
Os alunos devem executar e depurar seu código durante todo o processo de programação, em vez de esperar para testar tudo no final.
Antecedentes A NASA tem enviado naves espaciais robóticas para o sistema solar há mais de cinco décadas.
Estes exploradores mecânicos aventuraram-se estudando todos os planetas do sistema solar e muito mais, servindo como os nossos olhos e ouvidos nas suas viagens a estes mundos distantes, enviando imagens maravilhosas e informações fascinantes de volta à Terra.
Mas nenhuma destas missões de descoberta teria sido possível sem a Deep Space Network da NASA, ou DSN – um sistema mundial de antenas sensíveis que comunica com naves espaciais interplanetárias.
A Deep Space Network é composta por complexos de antenas em três locais ao redor do globo: um complexo em Goldstone, Califórnia (no deserto de Mojave), um perto de Canberra, na Austrália, e um perto de Madrid, na Espanha.
Este arranjo permite que qualquer estação tenha uma linha de visão com uma espaçonave enquanto a Terra gira.
Quando uma nave espacial “se põe? abaixo do horizonte (como o Sol faz no final de cada dia), vista de uma estação de antena, outra estação de antena pode rastrear a nave espacial à medida que ela se eleva acima do horizonte naquele local.
Isso se repete à medida que a Terra gira e a espaçonave sai da vista da segunda estação e entra na vista da terceira, e assim por diante.
Mas nenhuma destas missões de descoberta teria sido possível sem a Deep Space Network da NASA, ou DSN – um sistema mundial de antenas sensíveis que comunica com naves espaciais interplanetárias.
A Deep Space Network é composta por complexos de antenas em três locais ao redor do globo: um complexo em Goldstone, Califórnia (no deserto de Mojave), um perto de Canberra, na Austrália, e um perto de Madrid, na Espanha.
Este arranjo permite que qualquer estação tenha uma linha de visão com uma espaçonave enquanto a Terra gira.
Quando uma nave espacial “se põe? abaixo do horizonte (como o Sol faz no final de cada dia), vista de uma estação de antena, outra estação de antena pode rastrear a nave espacial à medida que ela se eleva acima do horizonte naquele local.
Isso se repete à medida que a Terra gira e a espaçonave sai da vista da segunda estação e entra na vista da terceira, e assim por diante.
Os sinais enviados entre a Deep Space Network e as naves espaciais viajam milhões, até milhares de milhões, de quilômetros, mas estes sinais são transmitidos com uma potência muito baixa, geralmente com aproximadamente a mesma potência de uma lâmpada de um frigorífico (20 watts).
À medida que o sinal viaja para a Terra, ele enfraquece.
Os sinais que chegam às antenas DSN na Terra podem ser tão fracos quanto um bilionésimo de bilionésimo de watt.
Isso é 20 bilhões de vezes menos que a energia necessária para um relógio de pulso digital.
Para ouvir o sinal de baixa potência da espaçonave, as antenas receptoras na Terra devem ser muito grandes, com receptores extremamente sensíveis.
O sinal da espaçonave viaja em linha reta e pode ser focado por um prato refletor curvo (antena parabólica).
Por esse motivo, é crucial ter antenas parabólicas grandes com superfícies de formato preciso.
As antenas parabólicas da Deep Space Network, que variam de 26 a 70 metros (85 a 230 pés) de diâmetro, são mecanismos de foco que concentram energia ao receber dados e também ao transmitir comandos.
As antenas devem apontar com muita precisão em direção à espaçonave porque uma antena pode “ver? apenas uma pequena porção do céu – como se estivesse olhando para o céu através de um canudo de refrigerante.
Para ouvir o sinal fraco da sonda, as antenas estão equipadas com amplificadores, mas isso apresenta dois desafios.
Primeiro, o sinal é degradado pelo ruído de fundo do rádio (estático) emitido naturalmente por quase todos os objetos do universo, incluindo o Sol e a Terra.
O ruído de fundo é amplificado junto com o sinal.
Em segundo lugar, o poderoso equipamento eletrônico que amplifica o sinal adiciona seu próprio ruído.
A Deep Space Network utiliza tecnologia e técnicas altamente sofisticadas, incluindo o resfriamento dos amplificadores a alguns graus acima do zero absoluto e o emprego de técnicas de codificação especiais para que o sistema receptor possa distinguir o sinal do ruído indesejado.
Os longos comprimentos de onda das ondas de rádio significam que os sinais podem resistir melhor à distorção, mas as ondas de rádio não são muito eficientes quando se trata de transmitir muitas informações em um curto espaço de tempo.
À medida que dados cada vez mais complexos são enviados através do espaço, a NASA está explorando fontes de luz de frequência mais alta (e, portanto, comprimento de onda mais curto) para poder transmitir mensagens com mais eficiência.
Esta nova forma de comunicação de espaçonaves, chamada Deep Space Optical Communications, usará um feixe focalizado de luz infravermelha para transmitir informações.
Mudar dos comprimentos de onda mais longos do rádio para os comprimentos de onda mais curtos da luz infravermelha poderia resultar na transmissão de 100 vezes mais dados.
Saiba mais sobre a Deep Space Network e veja com quais naves estamos nos comunicando neste exato momento no DSN Now interativo.
Procedimentos Pergunte aos alunos como os humanos se comunicam com as espaçonaves.
Se necessário, compartilhe com os alunos que os sinais de rádio são usados para enviar comandos e receber informações de naves espaciais, como fotos e medições.
Diga aos alunos que o desafio deles é programar um microcontrolador para enviar um sinal, receber um sinal, ou ambos, e incluir um código que instrua um dispositivo de saída, como um LED ou alto-falante, para indicar que um sinal foi enviado ou recebido.
Enviando um sinal: Os alunos codificarão seu dispositivo para enviar um sinal de rádio sob comando.
Este deve ser um sinal acionado por uma entrada em vez de um sinal de rádio constante.
Os alunos devem considerar: O que será enviado? Um único dígito? Uma sequência de caracteres? Algo mais? Que tipo de entrada acionará o envio do sinal? Como o dispositivo confirmará que o sinal foi enviado? O nível de potência de saída pode ser ajustado? Quão longe o sinal pode viajar? Como um dispositivo receptor pode identificar a origem deste sinal?
input.onButtonPressed(Button.A, function on_button_pressed_a() {
radio.sendNumber(42)
})
radio.setGroup(2)
Exemplo de script de envio de sinal em JavaScript.
def on_button_pressed_a():
radio.send_number(42)
input.on_button_pressed(Button.A, on_button_pressed_a)
radio.set_group(2)
Exemplo de script de envio de sinal em Python.
Recebendo um sinal: Os alunos desenvolverão um código que permitirá que um dispositivo receba um sinal de rádio de outro dispositivo.
O dispositivo deverá indicar, de alguma forma, que um sinal foi recebido.
Os alunos devem considerar:
Como o dispositivo exibirá o sinal recebido? Personagens em uma grade de LED? Luzes piscando ou zumbido em código Morse? Algo mais?
Como o dispositivo distinguirá o sinal de um transmissor em detrimento de outro?
A que distância do dispositivo transmissor o dispositivo receptor pode estar e ainda assim receber um sinal?
O dispositivo pode enviar um sinal de retorno ao dispositivo transmissor?
radio.onReceivedNumber(function (receivedNumber) { basic.showString(“” + (receivedNumber)) }) radio.setGroup(2) Exemplo de script de sinal de recepção em JavaScript.
def on_received_number(receivedNumber):
basic.show_string(“” + str((receivedNumber)))
radio.on_received_number(on_received_number)
radio.set_group(2)
Exemplo de script de sinal de recebimento em Python.
Se os alunos estiverem trabalhando em grupos para escrever código exclusivamente para dispositivos de recepção ou transmissão, certifique-se de que eles trabalhem juntos para garantir que seus dispositivos possam se comunicar entre si.
Dispositivos de teste: os alunos devem testar e depurar seu código durante todo o processo de desenvolvimento.
Quando os alunos tiverem uma versão funcional do código para enviar e receber sinais, eles deverão praticar o envio de sinais entre seus dispositivos para garantir que seu código funcione “no mundo real? e não seja afetado por outros dispositivos.
Os alunos também devem testar quais materiais bloqueiam ou refletem sinais e quais materiais permitem a passagem dos sinais.
Publicado em 10/05/2024 14h04
Artigo original: