# Осциллограф в программе и проектах

Три занятия из [Lesson.md](Lesson.md) — знакомство с прибором. Инженерное
мышление появляется не от них, а когда осциллограф **постоянно лежит на столе**
и к нему тянутся сами, чтобы ответить на вопрос или найти причину поломки.
Здесь — как встроить его в программу «Труда» 5–9 классов и в проекты сайта.

## Два правила

**1. Прибор — не тема, а инструмент.** Его достают, когда без него не ответить
на вопрос. По главному правилу программы
([Труд (технология)](/docs/technology/)) вопрос должен быть интересен
взрослому: «какую батарейку покупать», а не «посмотрите на синусоиду».

**2. Предскажи → измерь → объясни расхождение.** Перед каждым замером ученик
пишет в тетради, что ожидает увидеть, и только потом смотрит. Ценность — в
третьем шаге: «ожидал 1,5 В, увидел 1,1 В, потому что…». Ошибка в прогнозе —
не минус, а повод разобраться. Проверять стоит именно качество объяснений:

| Уровень | Как звучит объяснение |
|---|---|
| 1 | «Так получилось» / «прибор врёт» |
| 2 | Называет причину: «батарейка подсела» |
| 3 | Причина + проверка: «если дело во внутреннем сопротивлении, с лампой помощнее просадка вырастет — проверил, выросла» |

## Два прибора — разные задачи

| | Датчик НАУРА (xSTEM Scope) | Rigol DHO804 |
|---|---|---|
| Где | у каждой группы | у учителя, на проектах |
| Видит | до ~10 кГц: питание, батареи, ШИМ, сеть 50 Гц, звук, пульты | до 70 МГц: шины I2C/SPI/UART, WS2812, фронты логики, импульсные БП |
| Для чего | массовые замеры на уроке | трудные баги, наносекунды, декодирование шин, эталон для калибровки датчиков |

Если задача упирается в скорость (в таблице ниже — «Rigol»), это хороший
момент показать, **почему** датчик не справляется: частота оцифровки
против частоты сигнала ([THEORY.md](THEORY.md#шаг-3-как-часто-мерить-частота-оцифровки)).

## По годам программы

| Класс | Тема года | Вопрос | Что меряем |
|---|---|---|---|
| **5** | Мир измерим | Дорогая батарейка правда лучше дешёвой? | Просадку под одной и той же нагрузкой; кто дольше держит 1,2 В |
| **5** | Мир измерим | Дорогой USB-кабель правда заряжает быстрее? | Напряжение на телефонном конце кабеля во время зарядки: сколько теряется в проводе |
| **6** | Мир считаем | Мерцают ли лампы в нашем классе? | Фотодиод с резистором: пульсации света 100 Гц у разных ламп. Нормы для учебных помещений ограничивают пульсацию — найти в СанПиН и сравнить |
| **6** | Мир считаем | Дешёвая зарядка хуже фирменной? | Пульсации и помехи на выходе, просадка под нагрузкой (вход «~», предел ±2 В) |
| **7** | Мир записываем | Сколько на самом деле проживёт батарейка в датчике? | Ток через шунт 1 Ом: короткие всплески работы и длинный сон; средний ток → срок службы. Доказать графиком, а не паспортом |
| **8** | Машина делает за меня | Сколько времени занимает моя программа? | Приём профилирования: вывод HIGH в начале участка кода, LOW в конце — на экране длительность в микросекундах |
| **8** | Машина делает за меня | Что передаёт пульт от телевизора? | Выход ИК-приёмника (TSOP): пачки импульсов, расшифровка нулей и единиц по длительности |
| **9** | Система держит сама | Почему регулятор «раскачивается»? | Сигнал датчика и ШИМ исполнителя на двух каналах: запаздывание, перерегулирование, колебания |

## Инструмент в проектах

| Проект | Вопрос | Что меряем | Чем |
|---|---|---|---|
| [ERLS Rover](/docs/projects/erls_rover/) | Что на самом деле отдают датчики ровера? | Дальномер, энкодеры, датчик линии на проводе против числа в программе — [«Что говорит датчик»](/docs/equipment/xstem-scope/sensors/) | НАУРА |
| ERLS Rover, [БПЛА](/docs/uav/) | Как ручка пульта превращается в движение? | Импульсы на сервопривод: 50 Гц, ширина 1–2 мс в зависимости от положения ручки | НАУРА |
| [BeaconRadio](/docs/projects/beaconradio/), [Power Sentry](/docs/projects/powersentry/), [WarWalk](/docs/projects/warwalk/) | Сколько проработает маячок от батареи? | Ток передачи через шунт 1 Ом: длительность пакета при SF7 и SF12 сравнить с расчётом времени в эфире | НАУРА |
| [FoxHunter](/docs/projects/foxhunter/), [Радиозанавес](/docs/projects/rfcurtain/) | Что в пакете? | Обмен с радиомодулем по SPI/UART | Rigol (декодер шин) |
| [CelloPickUP](/docs/projects/cellopickup/) | Где звук начинает искажаться? | Сигнал пьезодатчика до и после предусилителя: усиление, ограничение на громких нотах, шум | НАУРА |
| [«Ядро-74»](/docs/projects/yadro-74/) | Почему процессор пропускает такты? | Дребезг кнопки ручного тактирования, генератор на 555 | НАУРА |
| «Ядро-74» | Насколько быстрым может быть наш компьютер? | Задержка вентиля 74HC00 — наносекунды | Rigol |
| [MeetingRoom](/docs/projects/meetingroom/), [AM312](/docs/sensors/movement/am312/) | Сколько держится сигнал «есть человек»? | Длительность и перезапуск импульса датчика движения против паспорта | НАУРА |
| [Пассивный зуммер](/docs/components/passivebuzzer/) | Почему один зуммер играет мелодию, а другой только пищит? | Сигнал на зуммере: меандр нужной частоты против постоянного напряжения | НАУРА |
| [Ambilight](/docs/projects/ambilight/), [адресные светодиоды](/docs/components/led_adress/) | Почему лента мигает не тем цветом? | Сигнал данных WS2812, 800 кГц | Rigol |

Правило для проектов: если работа «не заработала», первый вопрос учителя —
**«а что показывает осциллограф?»**, а не «покажи код».

## Физика

Датчики НАУРА пришли из кабинета физики, и вернуть их туда стоит рабочими.
Связка с трудом такая: на труде ученик сам собирает схему и видит явление, на
физике узнаёт закон, который за ним стоит. К уроку индукции в 9 классе у
группы уже есть свои графики с мотора.

Темы привязаны к классам по общей структуре курса — порядок и номера
параграфов сверить с учебником школы. Опыты с пометкой «есть» — в списке
«Опыт» на странице и в [Lesson.md](Lesson.md#опыты-для-уроков-физики).

| Класс | Тема физики | Опыт | |
|---|---|---|---|
| 7 | Скорость, равномерное движение | Два «световых барьера» (светодиод + фототранзистор) на К1 и К2, шарик в жёлобе: скорость по Δt между импульсами на разных участках | нужен |
| 8 | Электрический ток, источники тока | Батарейка под нагрузкой: просадка | есть |
| 8 | Работа и мощность тока | Ток через шунт 1 Ом: потребление в работе и во сне | нужен |
| 8 | Электродвигатель | Мотор как генератор: знак и величина | есть |
| 9 | Электромагнитная индукция, правило Ленца | Магнит и катушка из кабинета; мотор тормозит под нагрузкой | есть |
| 9 | Генератор переменного тока, трансформатор | Трансформатор: 50 Гц, амплитуда и действующее значение | есть |
| 9 | Колебания | Маятник с магнитом над катушкой: период против T = 2π√(l/g) | есть |
| 9 | Звук | Камертон и пьезодиск: частота против надписи | есть |
| 9 | Звук | Биения и созвучия: две вкладки генератора тона через плату «~» | есть |
| 10–11 | ЭДС и внутреннее сопротивление | Батарейка и генератор под нагрузкой, уже с числами: r = (E − U) / I | дополнить |
| 10–11 | Конденсатор, RC | Заряд конденсатора: τ = RC; τ = 10 с вживую в самописце | есть |
| 10–11 | Самоиндукция | Выброс напряжения при размыкании цепи с катушкой. Предел ±90 В, опыт ставит только учитель | нужен |
| 10–11 | Колебательный контур | Затухающие колебания LC в единицы кГц | нужен |

Сильнее всего связка в 9 классе: индукция, колебания и звук идут с
оборудованием кабинета физики, а прибор у каждой группы. Правило «предскажи →
измерь → объясни» работает так же, как на труде, а CSV каждого опыта
обрабатывается в LibreOffice Calc — это лабораторная работа с настоящими
данными.

## Следующий шаг: стенд «мотор крутит мотор»

Пальцами вал равномерно не раскрутить. Стенд: ведущий мотор от ESP32 через
TB6612 (ШИМ около 20 кГц, скорость — потенциометром), обороты — на экране
ST7735; второй мотор — генератор, его напряжение показывает датчик.
Генератор электрически отдельно от ESP32 и драйвера.

Что он даёт урокам: вольты на оборот без ручного вращения; передаточное
число, проверенное напряжением; КПД пары «мотор — генератор» под нагрузкой
(8 класс); зубцы щёток против оборотов; регулятор, который держит
напряжение генератора (9 класс).

Решено: жёлтые моторы TT без редуктора (внутри мотор 130), валы — отрезком
силиконовой трубки 1:1, шестерни из разобранного редуктора — на опыт с
передачей. Открыто: какой датчик оборотов (щелевой оптодатчик с флажком на
трубке или TCRT5000 с меткой) и есть ли моторы LEGO со встроенным
энкодером.

## Итоговая задача: «чёрный ящик»

Для сильных 9 классов и проектников. Дать устройство без документации и одну
задачу: заставить его работать с нашим компьютером. Это ровно то, что мы
проделали с датчиком НАУРА ([THEORY.md](THEORY.md#как-мы-разгадали-протокол)):

1. Что это за устройство с точки зрения компьютера? (`lsusb`, `dmesg`)
2. Слушать, передаёт ли оно что-нибудь само.
3. Найти подсказку: программу производителя, приложение, сайт.
4. Гипотеза о протоколе → проверка **известным сигналом** (генератор ESP32).
5. Записать находки так, чтобы другой мог повторить.

Подойдут: пульты (ИК и 433 МГц через модуль приёмника), старые датчики из
шкафов, весы и термометры с USB, игрушки с Bluetooth. Ответа учитель заранее
может и не знать — так даже честнее.

## Порядок внедрения

1. **Этот год:** три занятия из Lesson.md в 7–8 классах; все датчики
   проверены и подписаны; генератор ESP32 у учителя.
2. **Со следующей четверти:** вопросы из таблицы «По годам» — по одному на
   класс, в рамках текущего устройства года.
3. **Проекты:** осциллограф в списке оборудования каждого проекта; в защите
   проекта — хотя бы один график «предсказал — измерил — объяснил».
4. **Калибровка по Rigol:** раз в год прогнать все датчики через один и тот
   же сигнал и записать поправки (WIRING.md → «Калибровка»).