Thiết kế và thi công mô hình hỗ trợ học toán hiệu quả dành cho học sinh tiểu học

Tài liệu nghiên cứu Thiết kế và thi công mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh tiểu học, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về toán học.

• Tác giả: Võ Diệp Hòa Tâm
• Người hướng dẫn: GVHD: Đặng Phước Hải Trang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hỗ Trợ Học Toán Cho Học Sinh Tiểu Học
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Bố cục của đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. KIT MODULE SIM 900A
• 2.2. Giới thiệu Module Sim 900A
• 2.3. Đặc điểm của Module Sim900A
• 2.4. Khảo sát sơ đồ chân Sim900A
• 2.5. Khảo sát tập lệnh AT Sim900A
• 2.6. Các lệnh khởi tạo GSM Module Sim900A
• 2.7. Các lệnh về SMS
• 2.8. TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS
• 2.8.1. Giới thiệu về SMS
• 2.8.2. Cấu trúc một tin nhắn SMS
• 2.8.3. Tin nhắn SMS chuỗi và tin nhắn SMS dài
• 2.9. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
• 2.9.1. Giới thiệu mạng GSM
• 2.9.2. Sơ đồ khối mạng GSM
• 2.10. CẢM BIẾN MÀU
• 2.10.1. Giới thiệu về cảm biến màu TCS3200
• 2.10.2. Thông số kỹ thuật
• 2.10.3. Nguyên lý hoạt động
• 2.11. Board Arduino Mega 2560
• 2.11.1. Giới thiệu Board Arduino Mega 2560
• 2.11.2. Thông số kỹ thuật
• 2.11.3. Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình cho Arduino
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
• 3.1. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
• 3.2. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
• 3.3. Chức năng từng khối
• 3.4. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 3.4.1. Sơ đồ nguyên lý và tính toán
• 3.5. THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh tiểu học

Mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh tiểu học đang trở thành một xu hướng quan trọng trong giáo dục hiện đại. Việc áp dụng công nghệ vào giảng dạy không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng mà còn kích thích sự sáng tạo và hứng thú học tập. Mô hình này sử dụng các thiết bị như Arduino và cảm biến màu để tạo ra một môi trường học tập tương tác, giúp học sinh tự mình khám phá và học hỏi.

1.1. Tình hình nghiên cứu hiện nay về mô hình học toán

Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ vào giáo dục có thể nâng cao hiệu quả học tập. Các mô hình học toán hiện đại sử dụng cảm biến và phần mềm để tạo ra trải nghiệm học tập thú vị cho học sinh.

1.2. Lợi ích của mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh

Mô hình hỗ trợ học toán không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy logic. Học sinh có thể tự thao tác và nhận phản hồi ngay lập tức, từ đó cải thiện khả năng học tập.

II. Vấn đề và thách thức trong việc dạy toán cho học sinh tiểu học

Dạy toán cho học sinh tiểu học gặp nhiều thách thức, từ việc học sinh thiếu hứng thú đến việc phụ huynh không có đủ thời gian hỗ trợ. Những vấn đề này cần được giải quyết để nâng cao chất lượng giáo dục. Việc áp dụng mô hình hỗ trợ học toán có thể là một giải pháp hiệu quả.

2.1. Thiếu hứng thú học tập ở học sinh

Nhiều học sinh cảm thấy nhàm chán với các phương pháp học truyền thống. Mô hình hỗ trợ học toán có thể tạo ra sự hứng thú và khuyến khích học sinh tham gia tích cực hơn.

2.2. Khó khăn trong việc hỗ trợ học sinh từ phụ huynh

Phụ huynh thường bận rộn và không có đủ thời gian để hỗ trợ con cái trong việc học toán. Mô hình hỗ trợ học toán giúp phụ huynh theo dõi tiến độ học tập của con thông qua tin nhắn.

III. Phương pháp thiết kế mô hình hỗ trợ học toán hiệu quả

Thiết kế mô hình hỗ trợ học toán cần dựa trên các nguyên tắc giáo dục hiện đại và công nghệ tiên tiến. Việc sử dụng Arduino và cảm biến màu là một trong những phương pháp hiệu quả để tạo ra mô hình này. Các bước thiết kế bao gồm xác định yêu cầu, lập kế hoạch và thực hiện.

3.1. Xác định yêu cầu và mục tiêu của mô hình

Mô hình cần phải đáp ứng được nhu cầu học tập của học sinh, giúp các em nắm vững bảng cửu chương và phát triển kỹ năng toán học cơ bản.

3.2. Lập kế hoạch và thực hiện thiết kế

Quá trình thiết kế bao gồm việc lựa chọn phần cứng, lập trình và kiểm tra mô hình. Sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm là rất quan trọng để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình hỗ trợ học toán

Mô hình hỗ trợ học toán đã được áp dụng thực tế tại nhiều trường tiểu học và nhận được phản hồi tích cực từ giáo viên và học sinh. Việc sử dụng mô hình này không chỉ giúp học sinh học tốt hơn mà còn tạo ra môi trường học tập vui vẻ và sáng tạo.

4.1. Kết quả nghiên cứu và phản hồi từ học sinh

Nhiều học sinh cho biết họ cảm thấy hứng thú hơn khi học toán nhờ vào mô hình hỗ trợ. Kết quả học tập của các em cũng được cải thiện rõ rệt.

4.2. Phản hồi từ phụ huynh và giáo viên

Phụ huynh và giáo viên đều đánh giá cao mô hình hỗ trợ học toán. Họ nhận thấy rằng mô hình này giúp học sinh tự tin hơn trong việc giải quyết bài toán.

V. Kết luận và hướng phát triển mô hình hỗ trợ học toán

Mô hình hỗ trợ học toán cho học sinh tiểu học là một giải pháp hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng giáo dục. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển mô hình này để đáp ứng tốt hơn nhu cầu học tập của học sinh.

5.1. Tầm quan trọng của việc phát triển mô hình

Việc phát triển mô hình hỗ trợ học toán sẽ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng và hiệu quả hơn, đồng thời khuyến khích sự sáng tạo.

5.2. Hướng đi tương lai cho mô hình hỗ trợ học toán

Cần nghiên cứu thêm về các công nghệ mới và phương pháp giảng dạy hiện đại để cải thiện mô hình, từ đó nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Tìm hiểu về giao thức thực hiện của cảm biến màu TCS3200, kit Arduino Mega 2560, Module Sim 900A và một số thiết bị liên quan sử dụng trong việc thiết kế , thi công cho đề tài.  Chƣơng 3: Thiết kế và thi công Chƣơng này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài thiết kế và các tính toán, thiết kế. 3  Chƣơng 4: Kết Quả Thực Hiện Phần này gồm có 2 phần là kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn hình.

 Chƣơng 5: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển Chƣơng này sẽ trình bày những ƣu điểm và nhƣợc điểm của hệ thống. Những điều làm đƣợc và chƣa làm đƣợc đồng thời đƣa ra hƣớng phát triển và mở rộng cho đề tài. 4 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2. KIT MODULE SIM 900A 2.

Giới thiệu Module Sim 900A Các modem đƣợc sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời máy tính. Từ Modem là một từ đƣợc hình thành từ hai từ modulator và demodulator. Và định nghĩa đặc trƣng này cũng giúp ta hình dung đƣợc phần nào là thiết bị này dùng để làm gì. Dữ liệu số thì đến từ một DTE, thiết bị dữ liệu đầu cuối đƣợc điều chế theo cái cách mà nó có thể đƣợc truyền dữ liệu qua các đƣờng dây truyền dẫn.

Ở một mặt khác của đƣờng dây, một modem khác thứ 2 điều chế dữ liệu đến và xúc tiến, duy trì nó.1 Module sim 900A Các module ngày xƣa chỉ tƣơng thích cho việc gửi nhận dữ liệu. Để thiết lập một kết nối thì một thiết bị thứ hai nhƣ một dialer thì đƣợc cần đến. Đôi khi kết nối cũng đƣợc thiết lập bằng tay bằng cách quay số điện thoại tƣơng ứng và một khi module đƣợc bật thì kết nối coi nhƣ đƣợc thực thi. Các máy tính loại nhỏ ở các năm 70 thâm nhập vào thị trƣờng là các gia đình, cùng với chi phí thì sự thiếu hụt về kiến thức kỹ thuật trở thành một vấn đề nan giải.

Một modem GSM là một module wireless, nó làm việc cùng với một mạng wireless GSM. Một module wireless thì cũng hoạt động giống nhƣ một module quay số. Điểm khác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận dữ liệu thông qua một đƣờng dây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì việc gửi nhận dữ liệu thông qua sóng.[5] 6 Giống nhƣ một điện thoại di động GSM, một modem GSM yêu cầu một thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động.2 Cấu trúc mạng GSM Module Sim900A là một trong những loại modem GSM. Nhƣng module Sim900A đƣợc nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn.

Nó sử dụng công nghệ GSM/GPRS hoạt động ở băng tầng GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz và PCS 1900Mhz, tính năng GPRS của Sim900A có nhiều lớp:  8 lớp điện dung  10 lớp điện dung Và hỗ trợ GPRS theo dạng đồ thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4. Đặc điểm của Module Sim900A - Nguồn cung cấp khoảng 3.6 vôn - Nguồn lƣu trữ: điện năng tiêu thụ trong chế độ chờ là 1. - Băng tần: EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz và PCS 1900MHz, Sim900A có thể tự động tìm kiếm các băng tần - Kết nối GPRS  GPRS có nhiều rãnh loại 8 ( lựa chọn ).  GPRS có nhiều rãnh loại 10 ( mặc định ).

- Giới hạn nhiệt độ:  Bình thƣờng -300C tới +800C.  Hạn chế: - 400C tới -300C và +800C tới +800C. 7  Nhiệt độ bảo quản: -450C tới 900C. - Dữ liệu GPRS  GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.

 GPRS dữ liệu up lên: Max 42.  Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.  Sim900A hỗ trợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP.  Sim900A tích hợp giao thức TCP/IP  Hỗ trợ chuyển đổi phát song kênh điều khiển ( PBCCH) - SMS:  MT, MO, CB, kiểu ký tự và PDU.

 Bộ nhớ SMS: Sim card. - Sim Card:  Hỗ trợ sim card: 1,8 V, 3 V - Anten ngoài  Kết nối thông qua anten ngoài 500km hoặc đế anten - Âm thanh  Dạng mã hóa âm thanh.  Mức chế độ ( ETS 06.20 )  Toàn bộ chế độ ( ETS 06.10 )  Toàn bộ chế độ tăng cƣờng ( ETS 06.80 )  Tƣơng thích với nhiều tốc độ ( AMR)  Loại bỏ tiếng ồn.  Loại bỏ tiếng dội.

- 15 cổng nối tiếp và cổng gỡ lỗi  Cổng nối tiếp:  8 dây kết nối với dây trạng thái và dây điều khiển, không cân bằng, không đồng bộ.  Cổng nối tiếp sử dụng cho tập lệnh AT hoặc chuỗi dữ liệu  Hỗ trợ bắt tay phần cứng RTS/CTS và tắt/mở điều khiển dòng bằng phần mềm.  Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS.  Cổng gỡ rối:  2 dây giao tiếp DBG_TXD và DBG_RXD  Cổng gỡ rối đƣợc sử dụng để gỡ rối và cập nhật phần mềm.

Khảo sát sơ đồ chân Sim900A Sơ đồ chân của Sim900A.3 Sơ đồ chân của Sim900A + Chân 55, 56, 57: 3 chân của chip đƣợc dành riêng để kết nối tới nguồn cung cấp, nguồn cung cấp của SIM900 là nguồn đơn VBAT là 3,4 V – 4,5 V. + Chân 17, 18, 29, 39, 45, 46, 53, 54, 58, 59, 61, 62, 63, 64, 65: chân mass. + Chân 1: PWRKEY, bật tắt mở nguồn. + Chân 2: PWRKEY_OUT.

+ Chân 4: RI, chân báo tín hiệu khi nhận đƣợc tin nhắn hoạc điện thoại. + Chân 9: TXD, chân truyền dữ liệu. + Chân 10: RXD, chân nhận dữ liệu. + Chân 11: DISP_CLK.

+ Chân 12: DISP_DATA. + Chân 14: DISP_CS. + Chân 15: VDD_EXT. + Chân 19: MIC_P, ngõ vào micro +.

+ Chân 20: MIC_N, ngõ vào micro-. + Chân 21: SPK_P, ngõ ra loa+. + Chân 22: SPK_N, ngõ ra loa-. + Chân 25: ADC, ngõ vào tƣơng tự.

+ Chân 26: VRTC, nguồn cấp cho thời gian thực. + Chân 27: DBG_TXD, chân truyền dữ liệudebug. + Chân 28: DBG_RXD, chân nhận dữ liệu debug. + Chân 30: SIM_VDD, nguồn cấp cho SIM.

+ Chân 31: SIM_DATA, dữ liệu SIM. + Chân 32: SIM_CLK, xung nhịp SIM. + Chân 33: SIM_RST, reset SIM. + Chân 34: SIM_PRESENCE.

+ Chân 35: PWM1, kênh PWM1. + Chân 36: PWM2, kênh PWM2. + Chân 40: GPIO1/KBR4. + Chân 41: GPIO2/KBR3.

+ Chân 42: GPIO3/KBR2. + Chân 43: GPIO4/KBR1. + Chân 44: GPIO5/KBR0. + Chân 47: GPIO6/KBC4.

+ Chân 48: GPIO7/KBC3. + Chân 49: GPIO8/KBC2. + Chân 50: GPIO9/KBC1. + Chân 51: GPIO10/KBC0.

+ Chân 52: NETLIGHT, báo trạng thái hoạt động của SIM. + Chân 60: RF_ANT, kết nối với anten ngoài. + Chân 66: STATUS, báo trạng thái của SIM. Khảo sát tập lệnh AT Sim900A Khi chúng ta xem trong RS232 port layout thì chuẩn RS232 miêu tả một lệnh truyền thông với bộ kết nối 25 chân DB25, nó đƣợc thiết kế để thực thi quá trình truyền các lệnh đến modem đƣợc kết nối với nó.

Thao tác này bao gồm cả các lệnh quay một số điện thoại nào đó. Không may đó là các 10 quá trình dùng RS232 với chi phí thấp này chỉ thể hiện trên các máy tính ở các hộ gia đình trong những năm 70, và kênh truyền thông thứ hai không đƣợc thực thi. Thế nên nhất thiết phải có một phƣơng pháp đƣợc thiết lập để sử dụng kênh dữ liệu hiện tại để không chỉ truyền dữ liệu từ một điểm đầu cuối này tới một điểm đầu cuối khác mà nó còn nhắm tới modem duy nhất. Năm 1977, Dennis Hayes đã đƣa ra giải pháp cho vấn đề này, Modem thông minh của ông sử dụng chuẩn truyền thông RS232 đơn giản kết nối tới một máy tính để truyền cả câu lệnh và dữ liệu.

Bởi vì mỗi lệnh bắt đầu với chữ AT trong chữ Attention nên ngôn ngữ điều khiển đƣợc định nghĩa bởi Hayes nhanh chóng đƣợc biết đến với bộ lệnh Hayes AT. Chính vì sự đơn giản và khả năng thực thi với chi phí thấp của nó, bộ lệnh Hayes AT nhanh chóng đƣợc sử dụng phổ biến trong các modem của các nhà sản xuất khác nhau. Khi chức năng và độ tích hợp của các modem ngày càng tăng cùng thời gian, nên làm cho ngôn ngữ Hayes AT ngày càng phức tạp. Vì thế nhanh chóng mỗi nhà sản xuất modem đã sử dụng ngôn ngữ riêng của ông ấy.

Ngày nay bộ lệnh AT bao gồm cả các lệnh về dữ liệu, fax, voice và các truyền thông SMS.[4] Các lệnh AT là các hƣớng dẫn đƣợc sử dụng để điều khiển một modem. AT là một cách viết gọn của chữ Attention. Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at”. Đó là lý do tại sao các lệnh modem đƣợc gọi là các lệnh AT.

Nhiều lệnh của nó đƣợc sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-up modems), chẳng hạn nhƣ ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to online data state), cũng đƣợc hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động. Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động còn đƣợc hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM. Nó bao gồm các lệnh liên quan tới SMS nhƣ AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lƣu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS). Ngoài ra, các modem GSM còn hỗ trợ một bộ lệnh AT mở rộng.

Những lệnh AT mở rộng này đƣợc định nghĩa trong các chuẩn của GSM. Với các lệnh AT mở rộng này,bạn có thể làm một số thứ nhƣ sau:  Đọc, viết, xóa tin nhắn  Gửi tin nhắn SMS  Kiểm tra chiều dài tín hiệu  Kiểm tra trạng thái sạc pin và mức sạc của pin  Đọc viết và tìm kiếm về các mục danh bạ Số tin nhắn SMS có thể đƣợc thực thi bởi một modem SMS trên một phút thì rất thấp, nó chỉ khoảng từ 6 đến 10 tin nhắn SMS trên một phút. Các lệnh khởi tạo GSM Module Sim900A - Lệnh AT<cr> 11 Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về: Ok. Bắt đầu thực hiện các lệnh tiếp theo.

Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR <err> - Lệnh AT+CMGF=[<mode>]<cr> Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về Ok. Với <mode>: 0 dạng dữ liệu PDU 1 dạng dữ liệu kiểu text. Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR <err> - Lệnh AT&W[<n>] Lƣu cấu hình cho GSM Module Sim900 Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về Ok. Nếu lệnh không thực hiện đƣợc thì trả về dạng +CMS ERROR <err> - Lệnh ATE[<value>] Nếu lệnh thực hiện đƣợc thì trả về: Ok.

Với <value>: 0 tắt chế độ Echo.