Giáo án NLS chuyên đề Công nghệ 12 Đ-ĐT Bài 3: Dự án Thiết kế, chế tạo hệ thống cảnh báo tự động trong gia đình

*Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu khối cảm biến.

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu về tiến trình thực hiện dự án qua từng bước và có các ví dụ cụ thể cho từng bước.

- Ở Bước 3 (Thực thi phần mềm), HS hãy tùy chỉnh các yêu cầu hệ thống AI để lấy gợi ý. Truy cập ChatGPT/Gemini, nhập prompt: "Đóng vai lập trình viên Arduino, hãy viết mã code cơ bản cho hệ thống dùng cảm biến từ (cửa) ở chân số 2, xuất tín hiệu ra còi ở chân số 8. Nếu cửa mở (HIGH) thì còi kêu."

- (HS tự làm -> AI hỗ trợ -> HS đối chiếu -> GV chuẩn hóa). Sau khi nhận code từ AI, nhóm phải tiến hành đánh giá các dữ liệu: Phân tích đoạn code AI viết có chính xác với khai báo chân (pinMode) của nhóm không, nếu sai lệch phải tự sửa lại trước khi nạp vào mạch thực tế.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS lắng nghe GV hướng dẫn kết hợp đọc nội dung trong sgk.

- HS thao tác tương tác với AI và đánh giá mã nguồn.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung và đưa ra ý kiến về các bước thực hiện. 

- Đại diện HS chia sẻ trải nghiệm dùng AI: AI viết code rất nhanh, có giải thích cú pháp (if/else), nhưng đôi khi định nghĩa sai chân linh kiện so với thực tế phần cứng của nhóm, nên con người phải kiểm tra lại.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV chuyển sang nội dung tiếp theo.

1. Tiến trình thực hiện.

* Bước 1. Phân tích yêu cầu của hệ thống cảnh báo tự động để lên phương án thiết kế.

VD: Hệ thống cảnh báo tự động phát hiện mở cửa.

+ Đầu vào: cảm biến phát hiện được trạng thái đóng, mở cửa,…

+ Đầu ra: đèn và còi báo động,…

+ Hệ thống không yêu cầu thiết bị tương tác với người dùng, không có ràng buộc với thuật toán điều khiển.

* Bước 2. Thiết kế hệ thống.

+ Vẽ sơ đồ hệ thống: dựa trên sơ đồ cấu trúc chung đã học ở bài 2, chỉ rõ khối cảm biến dùng cảm biến gì, khối điều khiển và chấp hành dùng linh kiện gì.

VD: Khối cảm biến phát hiện mở cửa; khối điều khiển trung tâm bo mạch arduino, khối chấp hành có LED, còi.

+ Lựa chọn vật tư, linh kiện: dựa trên điều kiện có của phòng thí nghiệm.

VD: bo mạch arduino Uno 3, cảm biến công tắc mở cửa, còi buzzer, LED cho cảnh báo và điện trở 333Ω để hạn chế dòng điện cho LED, dây nối và bo mạch thử.

+ Vẽ sơ đồ kết nối các linh kiện: Vẽ sơ đồ tương tự hình 3.2 SGK

+ Vẽ lưu đồ thuật toán.

Kí hiệu	Ý nghĩa
	Bắt đầu hay kết thúc một chương trình.
	Xử lí/ tính toán/ gán.
	Điều kiện rẽ nhánh (lựa chọn).
	Luồng xử lí.

VD: 

*  Bước 3: Thực thi.

+ Thực thi phần cứng: Lắp ráp, kết nối các linh kiện theo sơ đồ đã thiết kế.

+ Thực thi phần mềm: viết chương trình, biên dịch và nạp cho hệ thống. 

Lưu ý: chân vào/ra được sử dụng trên bộ điều khiển tránh dẫn đến chương trình chạy sai.

* Bước 4: Thử nghiệm, đánh giá hệ thống.

+ Kiểm tra lại kết nối và nguồn.

+ Thử nghiệm, vận hành và hiệu chỉnh hệ thống.

VD: Thử nghiệm hệ thống cảnh báo tự động:

+ Kiểm tra lại kết nối dây.

+ Cấp nguồn, thực hiện thí nghiệm trạng thái đóng cửa trong ba trường hợp:

• Hai phần của cảm biến tiếp xúc hoàn toàn.

• Hai phần của cảm biến tiếp xúc 1 phần.

• Hai phần của cảm biến lệch nhau hoàn toàn.

 Kết quả thử nghiệm, đánh giá ghi lại vào bảng:

+ Lặp lại cho trường hợp mở cửa.

+ Hiệu chuẩn vị trí lắp đặt các thành phần của cảm biến để đảm bảo độ chính xác trong phát hiện mở cửa là 100%.

* Bước 5: Báo cáo kết quả.

[12.C2.MR1]: HS tùy chỉnh được các yêu cầu (prompt) cụ thể trên hệ thống Chatbot AI để biến AI thành một công cụ hỗ trợ lập trình (viết code C++ cho Arduino), giảm tải thời gian ở khâu thực thi phần mềm.

[1.2.NC1b]: HS tiến hành đánh giá được độ tin cậy và sự chính xác của các đoạn mã lệnh số do AI sinh ra, đối chiếu trực tiếp với sơ đồ phần cứng thực tế để chỉnh sửa cho phù hợp, tránh phụ thuộc mù quáng vào công nghệ.

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu các nhóm dựa vào phần tiến trình thực hiện đã tìm hiểu ở phần II, hoạt động nhóm, viết một bản dự án hoàn chỉnh cho hệ thống cảnh báo tự động đã chọn vào bảng nhóm.

- GV yêu cầu HS hoạt động nhóm, dựa vào bản dự án vừa viết để thực hành lắp đặt hệ thống cảnh báo tự động.

- GV đặt tình huống cho HS thảo luận: "Khi hệ thống báo cháy của nhóm em hoạt động, nếu cảm biến bị lỗi dẫn đến báo động giả, việc này sẽ gây ra hậu quả gì? Thể hiện trách nhiệm trong hệ sinh thái AI và công nghệ tự động, kĩ sư thiết kế cần phải lưu ý điều gì?"

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận nhóm, thực hiện nhiệm vụ giáo viên đưa ra.

- HS thảo luận về kĩ năng kĩ sư và trách nhiệm với sản phẩm.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Sau khi các nhóm nộp dự án,  GV kiểm tra và chỉ ra những thiếu sót.

Gợi ý dự án: DKSP.

- Báo cáo AI: Báo động giả gây hoảng loạn, lãng phí nguồn lực. Trách nhiệm của kĩ sư là phải kiểm tra kĩ (test) các ngưỡng nhiệt độ, khói (như thử nghiệm ở khoảng cách 5cm, 20cm, 50cm) để tinh chỉnh phần mềm chính xác trước khi ứng dụng.

- Sau khi lắp đặt thành công hệ thống cảnh báo tự động, đại diện HS lên thuyết trình về hệ thống của nhóm.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

Dự án: Cảnh báo cháy tự động

1. Phân tích hệ thống:

- Yêu cầu: phát hiện khói, và phát cảnh báo bằng còi, chuông và đèn.

1. Thiết kế hệ thống.
2. Sơ đồ chức năng

- Khối cảm biến: Cảm biến phát hiện khói

- Khối trung tâm điều khiển: tủ trung tâm báo cháy

- Khối chấp hành: đèn, còi, chuông báo cháy.

1. Lựa chọn vật tư, linh kiện cho hệ thống.

- Cảm biến đầu báo khói

- Còi và đèn chớp

- Chuông

- Dây nối, bo mạch thử

1. Sơ đồ kết nối các linh kiện trong hệ thống cảnh báo cháy.

1. Lưu đồ thuật toán

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

[12.B3.1]: HS nhận thức được tầm quan trọng của trách nhiệm trong hệ sinh thái công nghệ tự động hóa và AI: Người chế tạo phải đảm bảo sản phẩm hoạt động an toàn, chính xác, được thử nghiệm kĩ lưỡng để không gây ra các tác động tiêu cực (báo động giả) cho cộng đồng xung quanh.