Планшет «сделай сам» на базе Raspberry Pi для обучения детей программированию
Устройство представляет собой планшет, который дети могут собрать, следуя инструкциям. Установленное на него ПО помогает обучать детей программированию.
Заказчиком выступила школа, использующая в обучении высокие технологии и инновации. Она предлагает детям курсы интерактивного программирования, на которых их учат собирать дроны, делать игры и приложения. Чтобы обучение было интерактивным и веселым, школа использует особое устройство, созданное специально для образовательных целей. Это планшет «сделай сам» на базе Raspberry Pi 3.
С помощью этого устройства дети учатся программировать, писать цифровую музыку, делать игры и многое другое.
С помощью этого устройства дети учатся программировать, писать цифровую музыку, делать игры и многое другое.
Запрос
Команда КЕДР Solutions получила следующие задания:
- Разработать для планшета специализированную ОС Linux.
- Написать развлекательные и образовательные приложения для детей.
- Разработать модуль автономного электропитания, который обеспечит быструю зарядку устройства, и прошивку к нему.
Решение
Для создания специализированной ОС мы модифицировали Debian – операционную систему на базе ядра Linux. Мы изменили интерфейс, сделав его более простым и интуитивным, и написали два приложения для обучения детей программированию. Эти приложения интегрированы с фреймворком Blockly. В последнем используются соединенные между собой визуальные блоки, что облегчает написание кода.
Наши специалисты по разработке аппаратного обеспечения спроектировали эффективную систему питания для устройства. Мы подобрали компоненты и написали прошивку, которые обеспечивают быструю зарядку планшета, не повреждая его аккумулятор. Наконец, мы разработали преобразователь интерфейса DSI–LVDS, чтобы устройство могло поддерживать сенсорные дисплеи с разрешением 1280х720 и диагональю 10 дюймов.
Наши специалисты по разработке аппаратного обеспечения спроектировали эффективную систему питания для устройства. Мы подобрали компоненты и написали прошивку, которые обеспечивают быструю зарядку планшета, не повреждая его аккумулятор. Наконец, мы разработали преобразователь интерфейса DSI–LVDS, чтобы устройство могло поддерживать сенсорные дисплеи с разрешением 1280х720 и диагональю 10 дюймов.
Выполненные работы
Разработка ядра и драйверов ОС
Разработка ядра и драйверов ОС
- Модифицировали существующую систему, в том числе изменили изображения, шрифты, заголовки и иконки.
- Изменили процесс первого входа в профиль.
- Разработали launcher в космическом стиле, в котором все папки представлены в виде планет (Планета музыки, Планета игр и т.д.).
- Написали два приложения для детей: Планету медиа и Планету игр.
- Интегрировали Google Blockly с Sonic Pi – интерактивной средой программирования на языке Ruby для создания музыки.
- Интегрировали Blockly с Minecraft.
- Спроектировали для планшета модуль автономного электропитания емкостью 8 Ач (ток зарядки – 2 A, выходной ток – 3 A, напряжение – 5 В).
- Разработали высокоэффективную схему зарядки аккумулятора и повышающий преобразователь с 3,7 до 5 В.
- Реализовали управление циклом зарядки аккумулятора.
- Реализовали механизм определения расхода тока компьютером Raspberry Pi.
- Написали прошивку для модуля электропитания, которая обеспечивает быструю зарядку без вреда для аккумулятора.
Как работает устройство
Устройство «сделай сам» используют в классе. Соединяя компоненты и кабели, дети собирают из него свой собственный планшет. Затем они начинают изучать «планеты», учатся программировать с помощью игры Minecraft и писать цифровую музыку на языке Blockly.
Компоненты системы
Сложности проекта и их решение
Эффективный модуль автономного электропитания
В большинстве телефонов используются аккумуляторы емкостью 2 Ач. Мы разработали модуль питания с аккумулятором на 8 Ач, чтобы планшет работал как можно дольше, а время зарядки не превышало 3 часов. В то же время мы должны были сделать модуль безопасным. У устройства высокий зарядный ток. Если аккумулятор спроектирован неправильно, он может сильно нагреться и взорваться. Чтобы не допустить этого, мы подобрали подходящие компоненты и написали прошивку так, чтобы устройство заряжалось быстро и без вреда для аккумулятора.
Разработка аппаратного обеспечения для преобразователя интерфейса DSI–LVDS
Заказчик потребовал установить на планшет дисплей с высоким разрешением – 1280х720. Однако на тот момент максимальное разрешение дисплеев для Raspberry составляло 1024х600. Для установки HD-дисплея нам потребовалось разработать преобразователь интерфейса, который можно подсоединить к Raspberry. Для преобразования из DSI в LVDS мы совместно с инженером из команды заказчика создали соответствующую печатную плату.
Управление персонажами в Minecraft с помощью Google Blockly
Мы интегрировали фреймворк Google Blockly c Minecraft. С его помощью дети могут управлять персонажами в игре. Вот как это работает: ребенок генерирует команды с помощью пользовательских блоков в Blockly; затем Blockly передает эти команды на сервер, а тот передает их в Minecraft, который, в свою очередь, заставляет персонажей исполнять их.
В большинстве телефонов используются аккумуляторы емкостью 2 Ач. Мы разработали модуль питания с аккумулятором на 8 Ач, чтобы планшет работал как можно дольше, а время зарядки не превышало 3 часов. В то же время мы должны были сделать модуль безопасным. У устройства высокий зарядный ток. Если аккумулятор спроектирован неправильно, он может сильно нагреться и взорваться. Чтобы не допустить этого, мы подобрали подходящие компоненты и написали прошивку так, чтобы устройство заряжалось быстро и без вреда для аккумулятора.
Разработка аппаратного обеспечения для преобразователя интерфейса DSI–LVDS
Заказчик потребовал установить на планшет дисплей с высоким разрешением – 1280х720. Однако на тот момент максимальное разрешение дисплеев для Raspberry составляло 1024х600. Для установки HD-дисплея нам потребовалось разработать преобразователь интерфейса, который можно подсоединить к Raspberry. Для преобразования из DSI в LVDS мы совместно с инженером из команды заказчика создали соответствующую печатную плату.
Управление персонажами в Minecraft с помощью Google Blockly
Мы интегрировали фреймворк Google Blockly c Minecraft. С его помощью дети могут управлять персонажами в игре. Вот как это работает: ребенок генерирует команды с помощью пользовательских блоков в Blockly; затем Blockly передает эти команды на сервер, а тот передает их в Minecraft, который, в свою очередь, заставляет персонажей исполнять их.
Использованные технологии
- Мы разработали ОС на базе Debian.
- Для разработки специализированной ОС мы использовали Buildroot.
- Главный launcher был написан с помощью фреймворка Qt.
- Для генерирования звуков и управления персонажами в Minecraft использовалось приложение, написанное на JavaScript.
- Мы доработали видеодрайвер, чтобы он поддерживал высокое разрешение.
- Команда разработала преобразователь интерфейса DSI–LVDS, чтобы устройство поддерживало дисплей с высоким разрешением.
- В модуле электропитания использованы TPS61088 и BQ24295RGER от Texas Instruments.
- Процессом зарядки управляет микроконтроллер STM32.
- Прошивка для МК STM была написана на C++.
Итоги
Устройство представляет собой планшет «сделай сам», который дети могут собрать, следуя инструкциям. В операционной системе есть приложения, сгруппированные в веселые «планеты» (Планета искусства, Планета медиа, Планета игр, Планета Программирования, Планета приложений, Планета Веб). Одно из приложений, написанных нашей командой, учит детей программировать, создавая модификации в мире Minecraft. Другое приложение позволяет писать цифровую музыку.
Время зарядки аккумулятора:
8000 мАч / 3 часа
Проект достиг цели:
На Kickstarter
8000 мАч / 3 часа
Проект достиг цели:
На Kickstarter
“
Команда отличается высоким качеством работы и инициативным управлением проектами. Благодаря этому КЕДР Solutions можно считать отличным кандидатом для долгосрочного сотрудничества. Компания дает ценные советы как по технической части, так и по части удобства продукта для пользователя, а также тщательно анализирует выполнимость новых идей.