Σύγκριση πλατφορμών Physical Computing - Microcontrollers: Ανάλυση και αξιολόγηση με βάση τις ηλεκτρονικές τους δυνατότητες για χρήση σε διδακτικά σενάρια

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην ανάλυση και συγκριτική αξιολόγηση πλατφορμών Physical Computing και μικροελεγκτών, με στόχο τη διερεύνηση των ηλεκτρονικών, λειτουργικών και παιδαγωγικών τους δυνατοτήτων για την αξιοποίησή τους σε διδακτικά σενάρια. Το Physical Computing αποτελεί ένα σύγχρονο διεπιστημονικό πεδίο, το οποίο συνδέει τον ψηφιακό κόσμο με το φυσικό περιβάλλον, επιτρέποντας την ανάπτυξη διαδραστικών εφαρμογών μέσω αισθητήρων, ενεργοποιητών και προγραμματιζόμενων συστημάτων. Στο θεωρητικό μέρος παρουσιάζεται η ιστορική εξέλιξη των μικροελεγκτών και αναλύονται τα βασικά δομικά τους στοιχεία όπως η κεντρική μονάδα επεξεργασίας, οι μνήμες, οι περιφερειακές μονάδες και οι δυνατότητες επικοινωνίας. Παράλληλα, εξετάζονται βασικές έννοιες του Physical Computing, καθώς και τα κριτήρια επιλογής πλατφορμών με γνώμονα την κατανάλωση ενέργειας, την υπολογιστική ισχύ, τη διασύνδεση με εξωτερικά στοιχεία και την ευκολία χρήσης σε εκπαιδευτικό περιβάλλον. Στο κύριο μέρος της εργασίας πραγματοποιείται συγκριτική ανάλυση επιλεγμένων πλατφορμών, οι οποίες κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με την κατανάλωσή τους σε χαμηλής, μέσης και υψηλής κατανάλωσης ενέργειας. Η αξιολόγησή τους βασίζεται σε τεχνικά χαρακτηριστικά όπως οι δυνατότητες εισόδου - εξόδου, οι υποστηριζόμενες διεπαφές επικοινωνίας, η ενεργειακή αποδοτικότητα και η ευχρηστία του προγραμματιστικού περιβάλλοντος. Για την αντικειμενική σύγκριση των πλατφορμών υλοποιείται ένα κοινό εκπαιδευτικό σενάριο, το οποίο εφαρμόζεται σε όλες τις κατηγορίες και επιτρέπει την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. Επιπλέον, αξιοποιούνται εργαλεία προσομοίωσης και εξομοιωτές κυκλωμάτων και κώδικα, με σκοπό να ελεγχθεί η λειτουργικότητα των συστημάτων, να αναπαρασταθεί η συμπεριφορά τους και να διευκολυνθεί η εκπαιδευτική διαδικασία χωρίς την ανάγκη φυσικού εξοπλισμού. Η εργασία ολοκληρώνεται με συμπεράσματα και προτάσεις για την παιδαγωγική αξιοποίηση των πλατφορμών Physical Computing, συμβάλλοντας στην επιλογή της κατάλληλης τεχνολογίας ανάλογα με τους στόχους και τις απαιτήσεις κάθε διδακτικού σεναρίου.