Modelos 6 e 7: Controle de semáforo

O trânsito está fluindo?

Série escolar

11-13

Tempo necessário

2 aulas duplas por unidade de aprendizagem (expansível até 10 aulas duplas)

Nível de dificuldade

Modelo: fácil, Programação: fácil a difícil

Tipo de modelo

Modelo de mesa para sistema de sinalização luminosa

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DESCRIÇÃO DO MODELO / TAREFA

Os alunos (SuS) planejam e realizam um sistema de semáforo para o controle do tráfego de pedestres e veículos automotores. Partindo de um semáforo simples para pedestres com controle de tempo, passando por um semáforo de travessia para uma via de tráfego rápido, até um cruzamento com fluxos de veículos e pedestres, bem como o controle de fases por IA de um semáforo de travessia, o modelo se desenvolve e, com ele, as exigências para a montagem e programação.

Os SuS aprendem a conhecer e interpretar planos de disposição dos sinais e planos de tempos dos sinais. A partir das informações dos planos de tempos dos sinais, eles determinam possíveis grupos de comutação que podem ser acionados simultaneamente, bem como os tempos de comutação correspondentes.

A partir dos grupos e tempos assim definidos, os SuS desenvolvem um programa de controle que pode ser testado quanto à sua adequação com base no modelo do semáforo.

REFERÊNCIA DO COTIDIANO

A ativação temporizada de atuadores é conhecida pelos alunos do ensino técnico-científico ou de informática, bem como do seu cotidiano. Especialmente a incorporação em um contexto de aplicação próximo à realidade, que os alunos conhecem muito bem do seu dia a dia, apresenta uma
alta motivação.

Uma integração do tema na orientação pré-profissional poderia ocorrer com foco em áreas profissionais de trânsito ou eletrotécnica, onde o acionamento automatizado de atuadores é utilizado em muitos setores. De forma especial, o controle automático de tempo é aplicado não apenas na indústria, mas também no ambiente doméstico, por exemplo, em aplicações de Smart Home.

Perguntas orientadoras

Quais são os tipos de controle de fluxos de tráfego? (Comunicação)
Como é possível direcionar com segurança os fluxos de tráfego de veículos motorizados e pedestres? (Colaboração)
Quais tempos de espera são aceitáveis para os diferentes participantes do trânsito? (Pensamento crítico)
Como operar sinais luminosos de forma segura, controlados por tempo e demanda? (Criatividade)

Relação com a disciplina

Informática

Programação avançada, loops condicionais, funções, exibições gráficas, redes neurais, IA

Matemática

Cálculo de expressões

Tecnologia

Construção estável, cronogramas de sinais, tecnologia de construção

Física

Circuito elétrico, movimento, medições de tempos

Desenvolvimento da aula

Conversa de aula

Anunciar o tema, se necessário, mostrar o vídeo „Simulação de um semáforo para pedestres“:
→ www.youtu.be/a3Be5vOOUzs
Perguntar quais são as características essenciais para o controle dos fluxos de tráfego.
Perguntar sobre cenários em que podem ocorrer problemas na travessia.
Discutir possibilidades de uso dos cenários coletados (por exemplo, semáforo para pedestres, semáforo para veículos, outros sinais luminosos).
Determinar os requisitos para a construção dos modelos.

Se necessário, auxílio

Mostrar sensores, atuadores e componentes do kit de construção, usar meios de apresentação se necessário.

Conversa de aula (com app)

O procedimento para a construção do modelo e as funções a serem alcançadas são desenvolvidos em conjunto.
As etapas de trabalho do app são definidas ou discutidas.

Trabalho em dupla ou individual (com app)

Os alunos se familiarizam com o app e carregam a tarefa correspondente.
Os alunos definem funções úteis para controlar um semáforo (LSA) usando o controlador TXT 4.0.
Os alunos criam, com a ajuda do app, a lista de requisitos/tabela de tempos de comutação para o caso de uso atual.

Trabalho opcional em dupla ou grupo (sem app)

Os alunos medem os tempos de sinalização de um semáforo para pedestres próximo à escola e criam um plano de tempos de sinalização ajustado.
Os alunos discutem os resultados em grupo e destacam as diferenças em relação ao LSA fornecido.

Trabalho em dupla ou em grupo (com app)

Os alunos escrevem o programa para o controle do semáforo. O app conduz por etapas consecutivas a tarefa de programação.
Ajuda é oferecida no app.
Extração de informações importantes para o controle do semáforo a partir de um plano de situação do sinal e um plano de tempos de sinal, bem como definição dos tempos de comutação e dos estados de comutação consecutivos
Agrupamento de grupos de sinais em fases de comutação
Programação de um semáforo simples controlado por tempo para o tráfego de veículos e pedestres
O programa é transferido para o controlador TXT 4.0 após cada etapa de diferenciação.

Trabalho em dupla ou em grupo (com app)

O modelo do semáforo é colocado em operação.
Possíveis falhas no funcionamento devem ser encontradas e eliminadas.
A eventual busca por erros é possível com a ajuda de sugestões no app.
Instalação de um controle de demanda para o semáforo de pedestres
Desenvolvimento adicional do programa para um controle diurno e noturno com controle de demanda do semáforo de pedestres
Possíveis otimizações em hardware e programação podem ser realizadas.

Trabalho em dupla ou em grupo (com app)

A interseção parcial é colocada em operação.
Possíveis falhas na conexão e no funcionamento devem ser encontradas e eliminadas.
A eventual busca por erros é possível com a ajuda de sugestões no app.
O desenvolvimento do programa para um controle de semáforo mais complexo é possível.
Possíveis otimizações em hardware e programação podem ser realizadas.

Informações e Avisos

Observações metodológicas e didáticas

Possibilidades de diferenciação

Dependendo da duração da série de aulas e da capacidade dos alunos, pode-se

aumentar a complexidade das exigências para o controle do semáforo não apenas pelo número de sinais de luz, mas também pelo número de fluxos de tráfego que devem ser atravessados com segurança.
realizar uma medição real dos tempos de sinalização de um semáforo no entorno da escola, que poderia servir de base para um controle alterado do semáforo.
ampliar o modelo do semáforo por meio de um trabalho em grupo.
utilizar a câmera USB para o reconhecimento dos usuários da via e, consequentemente, ajustar a duração das fases com base nos tempos de travessia alterados.

Aspectos motivacionais

O tema do controle automático de atuadores é conhecido por todos os alunos no dia a dia.
Em muitas residências, várias aplicações inteligentes já fazem parte da rotina. Máquinas de lavar ou lavar louças que ligam autonomamente em horários programados, persianas controladas centralmente ou processadores de alimentos que cozinham parcialmente de forma autônoma são cada vez mais comuns.

Materiais adicionais

Se disponível, um vídeo pode ser utilizado para a fase introdutória ao tema.
Meios de desenho (papel, quadro branco ou superfície de projeção).

Instruções de montagem Controle de semáforo Introdução

Diagrama elétrico Controle de semáforo Introdução

Manual de Construção Controle de Semáforo KI

Diagrama elétrico Controle de semáforo KI

Funções do modelo e suas soluções técnicas

Funções dos Sensores / Atuadores	Solução Técnica
Sistema de Sinalização de Trânsito (LSA)	Controle de tempo dos atuadores
Registro de demanda	Ajuste da programação
Simulação de travessia	Descongestionamento de fluxos de tráfego
Reconhecimento de cor por câmera USB	Controle da duração das fases verdes
Controle de semáforo 2: Conexão de dois controladores TXT 4.0	Troca de dados entre dois controladores segundo o conceito de Mestre e Escravo
Controle de semáforo 3: Reconhecimento de cor por câmera USB	Construção de uma rede neural Coleta de dados de treinamento Implementação de um problema de classificação com auxílio de IA
Diferenciação adicional: Ajuste do LSA para LSA existentes na realidade	Coleta de dados, modelagem, faseamento, programação, testes

Listas de materiais

Sensores	Função
1 botão On/Off no controlador TXT 4.0	Ligar o controle do semáforo
1 mini botão	Registro de demanda
1 câmera USB	Classificação dos usuários da via

Atuadores

Função

1 display do controlador TXT 4.0

Visualização do programa

5 LEDs (2 × vermelho, 2 × verde, 1 × amarelo)

Sinais luminosos do semáforo

Modelos 6 e 7: Controle de semáforo

DESCRIÇÃO DO MODELO / TAREFA

REFERÊNCIA DO COTIDIANO

Perguntas orientadoras

Relação com a disciplina​

Desenvolvimento da aula​

Informações e Avisos

​

Observações metodológicas e didáticas​

Materiais adicionais

Instruções de montagem Controle de semáforo Introdução

Diagrama elétrico Controle de semáforo Introdução

Manual de Construção Controle de Semáforo KI

Diagrama elétrico Controle de semáforo KI

Funções do modelo e suas soluções técnicas​

Listas de materiais​

Relação com a disciplina

Desenvolvimento da aula

Observações metodológicas e didáticas

Funções do modelo e suas soluções técnicas

Listas de materiais