初中信息技术粤高教版 (2018)九年级全册第二单元 开源机器人初体验第5课 制作会巡线走的机器人——灰度传感器及其应用教案

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视频：《送餐机器人》

某餐厅里的送餐机器人，它能往返于厨房和餐台之间，给客人提供端菜服务。它是如何实现巡线走的呢?这节课我们将探索巡线机器人的奥秘。

思考

 激发学生学习兴趣并快速进入学习状态

讲授新课

一、项目分析

(一)项目要求

设计如图所示的机器人，让它沿着地面上的黑带行走。

(二)实现思路

1.根据项目需求，选择合适的开源硬件，搭建好机器人，连接好灰度传感器与传感器扩展板、直流电机与电机扩展板之间的连线。

2.设计巡线算法，编写及调试程序，让机器人沿着黑线走。

(三)所需器材

本项目所需的器材如下表所示。

(四)所需软件

编程软件是 EDUArduino2.0，图形编程模块是ArduBlock。

二、探究新知

(一)灰度传感器

灰度传感器可以检测不同颜色的灰度值。各种不同型号的灰度传感器外观有所差异，但功能都一样。

本项目中用到的灰度传感器如图所示。

灰度传感器各引脚的功能如下表所示。

上述灰度传感器的发射和接收头离地面的距离约0.5厘米。

传感器上面一般有一个功率调节旋钮，用来调节输出信号的大小。

灰度传感器有数字输出和模拟输出两种模式。

数字输出的值是0或1，模拟输出的值范围是0～1023。

这两种输出模式可根据需要选择，只需要连接传感器的D0或者A0引脚即可

因此不能同时连接A0和D0引脚。

(二)测量颜色灰度值

探究

1.把灰度传感器的引脚D0连接到 Arduino传感器扩展板的数字引脚D3，通过串口监视器检测黑色和白色的灰度值。

顺时针或逆时针旋转旋钮，观察输出的值及开关指示灯的变化情况，将结果填入下表

探究发现，灰度传感器连接在数字引脚，检测黑色输出的值是（            ）白色的值是（          ）

2.把灰度传感器的引脚A0连接 Arduinol的模拟引脚A0，检测黑色和白色的灰度值。

顺时针或逆时针旋转调节旋钮，观察输出的值及开关指示灯的变化情况。

通过探究发现，灰度传感器连接在模拟引脚，检測黑色的值（       ）是白色的值是（        ）。黑色的灰度值比白色的灰度值（         ）(大/小)。旋转调节接钮，输出的值会（         ）(变化/不变化)。

三、项目实施

(一)硬件安装

灰度传感器连接主控板的数字引脚D3，如下表所示。

直流电机与电机扩展板接线如下表所示。

(二)算法设计

机器人采用一个灰度传感器，侦测地面颜色的灰度。

把机器人放在靠近黑带的左边，当侦测到不是黑带时，则往右前方走，逐渐靠近黑带;

当侦测到是黑带时，则机器人靠左前方走，离开黑带;通过这样的左右摇摆行走方式向前，实现沿着黑线走(如图所示)。

该算法流程如图所示:

以上是利用一个灰度传感器让机器人巡黑线走的算法。要想让机器人走得更平稳，可以采用两个或者更多的灰度传感器。

例如，采用两个灰度传感器的巡黑线算法即机器人在前进过程中，会出现如图所示的3种情况(图中红色圆点代表左右两个灰度传感器)。

(1)机器人不偏离黑带时，左、右两个灰度传感器都检测不到黑带，两个传感器跨在黑带的左右两边，机器人就直走。

(2)机器人向右走偏时，左灰度传感器检测到黑带，右灰度传感器检测不到黑带，机器人左转车头，调整回来。

(3)机器人向左走偏时，右灰度传感器检測到黑带，左灰度传感器检测不到黑带，机器人右转车头，调整回来。

通过上述3种情况的不同处理，就能让机器人沿着黑线走下去。

(三)编写程序

下面是用一个灰度传感器让机器人巡黑线走的程序，如图所示。

(四)效果检验

将程序上载到 Arduino主板，运行程序，测试机器人沿着黑带走的情况。

探究

把机器人放在黑带左边作为初始位置，运行机器人，观察它行走的情况，把结果记录在下表中。

探究发现，机器人的灰度传感器在黑带的左边，机器人（        ）(左偏调整/右偏调整):在黑带的上方、机器人（        ）(左偏调整/右偏调整)。

实践与创作

1、采用两个灰度传感器实现机器人沿着黑线走，测试实际运行效果。

课堂检测

1.制作沿着黑线走的机器人，识别黑带用的传感器是(    )

A.超声波传感器  B.灰度传感器  C.声音传感器  D.光线传感器

2.下列关于灰度传感器的说法，正确的是(    )

A.灰度传感器只能接在数字端口  B.灰度传感器只能接在模拟蝸口C.灰度传感器既可以接在数字端口，也可以接在模拟口

D.灰度传感器接在模拟端口，输出的值只能是0、1

3.下列情景可以应用灰度传感器的是(    )

A.用来检测温度的高低。B.用来检测是否有人

C.用来检测是否障碍物D.用来区分白色和黑色的围棋

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。

学生小组间讨论，共同完成任务，并分组汇报。

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。

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

培养学生动手操作能力，并且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

分小组总结归纳，教师补充。

各组汇报总结，其他小组成员做补充。

锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。

布置作业

1、采用三个灰度传感器实现机器人沿着黑线走，测试实际运行效果。

板书

一、项目分析

(一)项目要求

(二)实现思路

(三)所需器材

(四)所需软件

二、探究新知

(一)灰度传感器

(二)测量颜色灰度值

三、项目实施

(一)硬件安装

(二)算法设计

(三)编写程序

(四)效果检验