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1、,川教版（,2019,）信息技术（九年级下册）,第一单元 认识未来城市中的机器人,第,2,节 安防机器人的方案设计,课堂导入,城市安防机器人不间断巡逻在未来城市的道路上，因其具有“定线不定向”的巡逻特点，具有很好的机动性和安全性。,安防机器人是如何按照管理员设定的路线做“定线巡逻”的？又是如何实现“不定向巡逻”的？,课堂导入,1.,了解安防机器人的工作特点。,2.,学会设计中小学教育机器人的一般方法。,3.,掌握超声波传感器、红外循迹传感器的工作原理。,学习目标,一,、分析项目,二,、确定方案,三、技术选型,四、编程环境的搭建,目录,观察动图：,看看机器人小车的巡逻路线，有多少种交叉路口？每一
2、种交叉路口，机器人小车有多少条路线可以选择？,思考：,如果我们要设计并制作这样一台机器人小车，需要完成哪些任务？,分析项目,根据学生回答归纳：,需要完成以下两项任务：一是选择和使用传感器，循着黑线做“定线”巡逻，以及机器人遇到路口的不同情形时，作出“不定向”选择；二是选择和使用传感器，检测障碍物，并发出警示。,思考：,机器人小车怎样才能实现上述任务？,分析项目,1.,确定机器人小车的外形及驱动方案,为了实现巡逻功能，我们需要先确定由两个电机作为驱动的四轮机器人小车方案，并通过橡皮筋实现前后轮同步运转，如下图所示：,确定方案,2.,确定“定线”方案,我们需要在城市安防机器人小车的前端，安装,3,
3、组红外循迹传感器，作为“眼睛”，通过红外循迹传感器检测场地上的黑色线条，来判断机器人小车是否偏离路线或是否需要转向，方案如下图：,确定方案,思考：,当只有中间的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车保持直线行驶；当只有左边的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车会怎样行驶？当只有右边的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车又会怎样行驶？思考后填写下表：,红外循迹传感器检测情况分析表,传感器,检测到,的颜色,机器人,小车状态,传感器,检测到,的颜色,机器人,小车状态,传感器,检测到,的颜色,机器人,小车状态,左,白,保持直行,左,黑,左,白,中,黑,中,白,中,白,右,白,右,白,右,黑,左转,
4、右转,确定方案,3.,确定“不定向”方案,城市安防机器人小车在循迹运行过程中，会遇到不同的路口，可以利用交叉路口的多向性，随机选择方向，实现“不定向巡逻”。,（,1,）通过传感器循着黑线行驶。,（,2,）遇到“”形路口时，循着黑线转弯方向转弯行驶。,（,3,）遇到“,T,”形路口时，随机选择左转或右转行驶。,（,4,）遇到“十”形路口时，随机选择直行、左转或右转行驶。,确定方案,4.,确定遇障碍时的警示方案,（,1,）路线（黑线）任意位置放置一个,16,立方厘米的方块作为模拟“障碍物”。,（,2,）机器人小车通过传感器检测到前方有障碍物时，自动停车。,（,3,）通过不断闪烁警示“,LED,大灯
5、,”,，提示工作人员，直到障碍物被移除。,确定方案,1.,编程工具的选择,Mixly,（米思齐）是一款中小学教育机器人常用的图形化编程软件，支持,Arduino,MicroPython,Python,等编程语言。我们可以通过拼接图形化代码模块的方式来编写程序。起始界面如下图：,图形化程序编写区,系统功能区,代码预览区,消息提示区,图形化程序选择区,图形化程序选择区中包含多类应用模块，拖动到编写区即可完成编程。,技术选型,2.,控制器的选择,控制器选择中小学教育机器人常用的,Arduino UNO,开发板（又叫,Arduino,控制器），上面搭载了包含,14,个输入,/,输出数字信号、,6,个模
6、拟信号输入、电源输入、,USB,连接等用于开发的端口或接口，如下图所示：,技术选型,3.,传感器的选择,（,1,）红外循迹传感器,红外循迹传感器是集红外发射和红外接收于一体的红外传感器，发射出的红外光遇到不同颜色的物体时，会不同程度地被吸收。当低于接收域值时，就输出高电平，反之则输出低电平，其工作原理如下图所示：,技术选型,(2),超声波传感器,超声波传感器一般有两个探头，一个是超声波发射端，一个是超声波接收端。其工作原理是利用超声波碰到障碍物会产生显著的反射，形成反射回波，其工作原理如下图所示：,超声波传感器有一个有效范围，可以通过公式,s=(340 xt)/2,计算出与反射面之间的距离。以
7、,HC-SR04,超声波传感模块为例，其探测距离在,245 cm,之间。,技术选型,4.,器材清单,机器人小车所需器材清单,类型,名称,数量,作用,控制系统,Arduino UNO,开发板,1,作为控制器,L298N,电机驱动模块,1,帮助主控制器驱动电机,驱动系统,M,型电机,2,通过执行控制器发出的指令驱动小车轮子转动,人机交互,LED,发光二极管,1,通过闪烁，提示遇到障碍,传感系统,HC-SR04,超声波传感器,1,检测障碍物,红外循迹传感器,3,检查场地黑线，判断小车循线状态,其他配件,杜邦线,若干,连接传感器与,Arduino,扩展板,1k,电阻,1,用于保护,LED,发光二极管,
8、结构件,积木搭建套件,1,搭建小车车架,外接电源,18650,锂电池（含电池盒和开关）,2,提供动力,编程工具,Mixly,编程工具,1,编写小车控制程序,技术选型,在使用,Arduino,控制器之前，需要搭建编程环境，具体操作如下。,1.,用,USB,数据线将,Arduino,控制器与安装好,Mixly,编程工具的电脑连接，电源指示灯长亮，表明,Arduino,控制器与电脑连接正常。,2.,打开,Mixly,编程工具，查看是否自动识别了,Arduino,控制器，如果没有自动识别，则需要手动安装,Arduino,控制器的驱动程序。如下图：,已自动识别,未自动识别,编程环境的搭建,3.,通过小实
9、验检验环境搭建是否成功。,编写一段程序，如下图所示，上传到,Arduino,控制器，如果控制器上的,LED,小灯间隔,1s,闪烁，表示编程环境搭建成功。,编程环境的搭建,课后实践：,请同学们试运用,Mixly,编程工具与,Arduino,控制器，完成在串口监视上显示“你好！我是城市守卫机器人！”的任务。,编程环境的搭建,课堂小结,安防机器人的方案设计,分析项目,1.,确定机器人小车的外形及驱动方案,2.,确定“定线”方案,3.,确定“不定向”方案,4.,确定遇障碍时的警示方案,确定方案,1.,确定机器人小车的外形及驱动方案,2.,确定“定线”方案,3.,确定“不定向”方案,4.,确定遇障碍时的警示方案,技术选型,1.,编程工具的选择,2.,控制器的选择,3.,传感器的选择,4.,器材清单,编程环境的搭建,1.,将,Arduino,控制器与电脑连接,2.,查看是否自动识别了,Arduino,控制器,3.,编写程序，上传到,Arduino,控制器并进行检测,
