4.3 Upravljanje

Komunikacija između računara i njegovog okruženja se ostvaruje pomoću različitih perifernih (spoljnih) uređaja priključenih na njega najčešće preko kablova i višepolnih utikača i utičnica. Svi ovi spoljni uređaji mogu da se svrstaju u dve grupe: ulazni i izlazni. Preko ulaznih uređaja računar prima iz okruženja podatke, obrađuje ih u skladu sa programom i rezultate obrade šalje u okruženje preko izlaznih uređaja. Najvažniji ulazni uređaji, koje imaju skoro svi računari su tastatura i miš, ali tu spadaju i mikrofon, video kamera, digitalni foto aparat, skener, džojstik itd. Najpoznatiji i najčešće korišćeni izlazni uređaji su monitor i štampač, ali su to i video projektor, ploter, optički uređaji itd.
Pomenuti ulazni i izlazni uređaji se koriste u svakodnevnom životu, u kancelarijama, učionicama, laboratorijama i slično. Ali, računari se, na razne, druge načine koriste i u drugim oblastima života i rada. Preko odgovarajućih ulaznih uređaja, oni iz okruženja primaju podatke o različitim fizičkim veličinama (temperatura, jačina svetlosti, prisutnost živih bića, brzina, pravac i smer kretanja tela, dimenzije, udaljenost itd.), obrađuju ih korišćenjem različitih programa i rezultate u obliku različitih komandi, obaveštenja, upozorenja i sl., preko odgovarajućih izlaznih uređaja, šalju u okruženje. Ceo ovaj sistem, ulaz – obrada – izlaz, prikazan je u obliku blok-šeme.

upravljanje procesima pomoću računara

Na izlazu iz senzora se najčešće dobija jednosmerni napon čija se veličina menja u skladu sa promenama fizike veličine. Kada ovaj napon dostigne neku u napred definisanu (određenu) veličinu, interfejs 1 o tome obaveštava računar, a ovaj, preko interfejasa 2, izdaje naredbu odgovarajućem izvršnom organu. Na primer, ako je potrebno da se u nekom stanu roletne na prozorima spuste kada pada kiša, tada je S1 senzor koji reaguje na kišu, a IO1 je elektromotor koji spušta roletne. Ako u nekom prostoru, recimo u nekoj sobi, ne sme da bude mračno, S2 je senzor smanjenja jačine prirodne (sunčeve) svetlosti, a IO2 je relej koji uključuje električno osvetljenje. Navedeni primeri su veoma jednostavni, ali na istom principu, senzori-interfejs-računar-interfejs-izvršni organi, rade i mnogo složeniji sistemi kojima se upravlja radom automobilskih motora, radom raznih industrijskih mašina i uređaja, radom elektronskih i električnih uređaja automatizovanih (pametnih) kuća, distribucijom električne energije, radom električnih centrala itd.
Povezivanje računara sa spoljnim uređajima se vrši preko portova. U fizičkom smislu to su višepolne, utičnice u koje se utaknu odgovarajući utikači sa kablovima koji su povezani sa spoljnim uređajima. Za povezivanje sa interfejs kolima na raspolaganju su portovi sa slike.

portovi

To su paralelni, serijski i USB port. Sva tri su dvosmerni sklopovi, što znači da preko njih podaci mogu da se šalju u oba smera, iz perifernog uređaja u računar i iz računara u periferni uređaj. U našoj zemlji, tokom vremena, većina korisnika je za ulaz podataka koristila serijski port, a za izlaz paralelni port, pa su oni dobili imena „serijski ulaz“ i „paralelni izlaz“. Međutim, poslednjih par godina sve popularniji je USB port i, po svemu sudeći, on će vrlo brzo u potpunosti da potisne iz upotrebe i serijski i paralelni port. On je mnogo manjih dimenzija, jednostavnije konstrukcije i ima mnogo veću brzinu prenosa podataka. Pored toga, preko njega može da se, iz računara u priključeni uređaj, dovede i jednosmerni napon za napajanje tog uređaja.
Interfejs kola mogu da se naprave u različitim oblicima, što zavisi od vrste i složenosti spoljnih uređaja koji se preko njih priključuju na računar. Kao primer je prikazana električna šema jednog jednostavnog interfejs kola koje se priključuje na paralelni izlaz.

interfejs za priključenje izlaznih uređaja

Ono se sastoji od četiri tranzistora (T1, T2, T3 i T4) čije su baze, preko otpornika (R1, R2, R3 i R4), povezane sa izlaznim priključcima (2, 3, 4 i 5) paralelnog porta na računaru. Spoljni uređaji (U1, U2, U3 i U4) su povezani između pozitivnog kraja izvora jednosmernog napona U i kolektora tranzistora. Kada se na nekom od izlaza, u skladu sa programom, pojavi +5V (logička jedinica), odgovarajući tranzistor se ponaša kao zatvoreni prekidač i gornji kraj uređaja biva povezan sa negativnim krajem baterije. Na primer, ako je U4 sijalica, kada se +5V  pojavi na nožici 5, tranzistor T4 se ponaša kao da su mu kolektor i emiter spojeni i sijalica svetli. U tom slučaju struja teče od pozitivnog kraja izvora U, kroz sijalicu U4, pa kroz tranzistor T4 (od kolektora ka emiteru), do negativnog kraja U.

Svi spoljni uređaji na prethodnoj slici moraju da imaju isti radni napon koji je jednak naponu izvora U. Umesto uređaja mogu da se koriste releji preko kojih se isključuju ili uključuju spoljni uređaji vrlo velikih snaga.
Na opisani interfejs su priključena četiri spoljna uređaja. Njihov broj može da se poveća na osam. U tom slučaju treba dodati još četiri tranzistora i četiri otpornika, a gornje krajeve otpornika povezati sa nožicama 6, 7, 8 i 9 na paralelnom portu.

Model interfejsa prikazan je ispod. Njegova izrada, kao i izrada i korišćenje više drugih interfejs kola, detaljnije je opisana u M&G Daktinom udžbeniku i radnoj svesci za 8 razred.

model interfejsa

Na sledećoj slici je prikazan jedan praktičan primer upravljanja preko interfejsa priključenog na paralelni port.

model interfejsa sa 4 spoljna uređaja

Spoljni uređaji kojima se upravlja pomoću računara su: zujalica (U1), ventilator (U2), grejač (U3) i sijalica (U4). Napajanje uređaja električnom energijom se vrši preko ispravljača.
Interfejs je smešten u kutiju na koju je namontiran 25opolni utikač, konektor, koji je utaknut u utičnicu-konektor za priključenje štampača.
Za upravljanje prikazanim modelom koristi se program. Pri izradi programa potrebno je da se definiše raspored aktivnosti spoljnih uređaja kao i vreme trajanja svake aktivnosti. Program se piše na jednom od programskih jezika.
Prikazanim modelom može da se upravlja gotovim programom Upravljanje tastaturom/mišem, koji se nalazi na CD-u uz radnu svesku za 8 razred.

izgled prozora programa za upravljanje računarom

U slučaju kada se računarom preko Interfejsa 2 sa slike 1 upravlja modelom, aktivnosti spoljnih uređaja  odvijaju se bez kontrole izvršenih zadataka.
Na sličan način može da se napravi i Interfejs 1 sa slike 1. Na narednoj slici oba interfejsa su u zajedničkoj kutiji, a povezivanje sa računarom je ostvareno preko USB porta.

model interfejsa za upravljanje okruženjem

Ulazni uređaji, preko kojih se prati šta se dešava u okruženju su: senzor ultrazvuka, senzor boja, senzor svetlosti, senzor dodira, infracrveni senzor i senzor toplote. Izlazni uređaji su: zujalica, svetleće diode i dva elektromotora.
Interfejs je upotrebljen za upravljanje modelom robota iz Fischertechnik konstruktora pod nazivom tragač (Explorer).

robot tragač

Izborom jednog od ponuđenih programa, robotu tragaču zadaju se različite aktivnosti. On se kreće po definisanoj crnoj stazi. Održavanje pravca omogućava mu infracrveni senzor I3 i I4 koji upravljaju radom elektromotora M1 i M2. Senzor ultrazvuka D1 pomaže robotu da reši problem prepreke na koju naiđe.

aktivnosti robota tragača

Smanjenje jačine dnevne svetlosti koju registruje senzor svetlosti AH uključuje svetla na tragaču – svetleće diode O5 i O6. Senzor toplote AY pri povišenoj temperaturi uključuje svetleću diodu O7.
Robot tragač na svom putu može da prepoznaje boje: plavu, zelenu i crvenu zahvaljujući senzoru boja A1. Vreme rada i pauza između dva uključenja izlaznog uređaja, zujalice O8 zavisi od boje koju senzor prepozna.
U slučaju kada se računarom preko Interfejsa 1 i Interfejsa 2 sa slike 1 upravlja modelom, aktivnosti spoljnih uređaja odvijaju se pod kontrolom senzora koji šalju podatke računaru za korekciju u izvršenju programa.