初中信息技术湘电子版（2019）八年级下册第12节 智能马桶(一)——外接舵机的使用教案

这是一份初中信息技术湘电子版（2019）八年级下册第12节 智能马桶(一)——外接舵机的使用教案，共5页。教案主要包含了编程实现舵机的控制，调试程序，提出修改方案，小组交流等内容，欢迎下载使用。

课题
智能马桶（一）——外接舵机的使用
单元
第三单元
学科
信息技术
年级
八年级
学习
目标
认识舵机及种类；了解舵机工作原理。
理解舵机的功能及作用；学会利用舵机设计智能马桶。
重点
理解舵机的功能及作用；学会利用舵机设计智能马桶。
难点
理解舵机的功能及作用；学会利用舵机设计智能马桶。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
在智能家居中，智能门铃和智能照明必不可少，那么智能马桶由于具有按摩效果和促进血液循环，完全洁净感受，也很需要。今天我们就来尝试设计一款智能马桶。
听老师讲解
调动学生学习的积极性，为以下的学习打下良好的基础
讲授新课
活动任务
试着设计一个智能马桶，实现在用户使用时自动打开马桶盖，以及用户使用后自动关闭马桶盖，防止异味散发出来。
我的问题
（1）如何根据任务要求选择作为传动装置的电动机?
（2）如何让micr:bit开发板控制舵机运转？
活动建议
在智能门铃和智能照明项目中，使用了感知环境的传感器，而在智能马桶项目中，需要传动装置，即基于电动机传动的执行器。
建议选择micr:bit开发板控制传动装置，实现打开和关闭马桶盖的动作。
我们需要关注传动装置接收传感器数据的过程，从而实现开关马桶盖的动作。
活动过程
舵机
舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。
舵机内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。
工作原理
工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。
位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。简而言之，通过发送信号，指定输出轴旋转角度。一般有最大旋转角度（如180度）
一、合理选择电动机，实现马桶翻盖动作
电动机有很多种类型，如无人机螺旋桨使用的无刷电机、智能灌溉中的抽水电机、玩具汽车中的驱动马达的直流电机、调节空调出风口挡板转动的步进 电机、控制机器人手臂关节动作的舵机等。
下图列举了直流电机、步进电机、舵机，这些电子元器件可与Rbtbit 开发板连接，并由micr:bit开发板完成驱动控制。
常用电动机示例图
直流电机：TT马达
28BYJ-48步进电机
9g舵机
micr:bit geek 舵机
如下表所示，以TT马达、28BYJ-48步进电机和9g舵机为例，展示了几种电动机的应用场景。
舵机主要应用于有角度控制要求的场景，由于马桶盖活动的角度范围为 0°〜100°，需要依靠电动机控制角度打开马桶盖，同时使马桶盖能停止在一定的角度上，因此适合选择舵机作为控制马桶的电动机。
二、编程实现舵机的控制
我们使用9g舵机连接Rbtbit扩展板实现马桶盖开关动作。
图中的micrrbit geek舵机也可以使用 9g舵机的驱动芯片完成驱动。
舵机与Rbtbit扩展板连线方式如图所示。
区分舵机信号线
5V 正极(红色线) GND 负极(棕色线) G5 信号(橙色线)
舵机内部有驱动电路，所以信号线可以直接接普通I/O口。如果控制部分和电源部分是分开的，两者一定要共地（GND要一起）
通过对makecde进行扩展增加了 Rbtbit方块后，可以使用Rbtbit方 块的舵机编程方块完成舵机驱动程序编写。
如图所示舵机间歇性转动程序示例，舵机从0°到90°为一个转动周期，进行间歇性转动，间歇周期为1秒。
想一想
思考为什么两次舵机驱动之间需要加一个延迟时间，以及如何确定舵机的0°位置。
三、根据传感器数据驱动舵机转动的程序编写
在“智能照明”作品中使用过人体红外传感器判断是否有人在室内，在智能马桶中同样可以使用人体红外传感器判断是否有人使用马桶。
当人体红外传感器感应到人体时，控制舵机打开马桶盖；当无人时，控制舵机关闭马桶盖。
为了更好地梳理程序执行过程，可以绘制程序流程图，在图形画面中呈现程序执行的各个环节。
根据如图所示的内容，请使用纸和笔将流程图绘制完整
试一试
尝试根据流程图完成编写程序
说一说
展示你在智能马桶中编写的应用程序，说说你的亮点在哪里。
四、调试程序，提出修改方案
针对micr:bit连接的电子元器件和流程图的逻辑对程序进行调试，观察智能马桶作品的实际效果，通过调试不断完善作品。
调试中程序是否满足如下要求：
1.当有人活动时，舵机控制的马桶盖能否准确抬起？□是 □否
2.舵机抬起或落下时，能否准确控制旋转角度？□是 □否
五、小组交流、优化方案
小组间互相介绍并体验使用舵机完成的智能马桶作品，发现作品的亮点， 为对方提出意见和改进建议。
针对改进意见重新对程序结构进行梳理和修正， 完成程序的优化。
议一议
展示你对舵机使用的创意思路，看看舵机还能用在其他哪些地方？尝试使用舵机实现更多的创意功能。
资料
舵机
从舵机的名字可以看出，舵机如同船只的舵一样，用于控制角度。
舵机分为很多种，根据是否能够连续旋转，分为有限旋转舵机和连续旋转舵机。
连续旋转舵机只能连续旋转，不能控制旋转角度，类似于其他 电机；有限旋转舵机，可以控制旋转角度，但是旋转角度有限制。
两类舵机的主要区别如下表所示。
课堂练习
实现动作的电子元器件除了舵机外，还有其他电机。思考一下，这些实现动作的电子元器件如何与作品进行结合？对于我们即将完成的智能马桶，还有哪些功能能够实现智能控制？
了解本节课的问题
通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。

通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。
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学生小组间讨论，共同完成任务。
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学生小组间讨论，共同完成任务。
学生小组间讨论，共同完成任务。
通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。
学生小组间讨论，共同完成任务。
通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。
学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。
带着问题可更好的去解决问题
通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务
通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务
通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务
锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。
通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务
锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。
锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。
通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务
锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。
通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务
培养学生独立完成练习的能力。
课堂小结
总结本节课所学内容
学生回答
梳理本节课的知识点，完成学习目标，培养学生总结概况能力
板书设计
一、合理选择电动机，实现马桶翻盖动作
二、编程实现舵机的控制
三、根据传感器数据驱动舵机转动的程序编写
四、调试程序，提出修改方案
五、小组交流、优化方案