小学创客教育Arduino创意机器人 第三单元智能小车.docx
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小学创客教育Arduino创意机器人第三单元智能小车
第13课走直线小车
一、教材与学生情况分析
本节课是《Arduino创意机器人》第三章《智能小车》的第一节课。
通过前面两章的学习,学生对Arduino软硬件已经有了很深的认识,但是学生对小车的接触都比较少。
因此,这节课是在前面学习的基础上,带领学生走进小车的新奇世界,学会简单的小车前进、后退,进一步激发学生学习机器人的动机。
二、教学目标:
1.通过小车电机接线,了解小车动起来的原因。
2.通过编写程序让小车前进、后退,理解小车走直线的原理。
3.尝试解决小车“走不直”问题,培养探究能力。
三、教学重难点
教学重点:
小车前进、后退。
教学难点:
1.小车运动方向分析;
2.小车走不直原因分析。
四、教学流程
1.引入新课
教师:
大家从工具盒子里面拿出我们的小车,看到小车以后,想不想让小车动起来,小车最简单的动作是什么?
出示课题《走直线小车》。
2.教学新课
(1)任务描述
脱机工作下(不用连接USB数据线,通过外接锂电池实现),让小车前进、后退。
(2)搭建硬件
回忆《智能风扇》单元中电机的接线。
引导学生将小车电机引出的线接到M1、M2的正负极。
本单元将红线接正极,黑线接负极。
M1和M2分别对应连接左右两个轮子。
图13.1
(3)编写程序(仅作参考)
单击
模块,将指令
拖曳到脚
本区,设置电机M1数值,通过复制,快速设置电机M2。
(如下图)
图13.2
图13.3
(4)编译上传
程序编写完成,单击
,再单击
。
【提示】在测试时,可以使用锂电池给小车供电,便于测试。
当提示上传成功后,拔掉USB数据线,接上锂电池,就可以观察脱机工作下,小车前进。
想一想:
怎样让小车后退呢?
【提示】M1、M2数值相同,正负就可以让它的方向反过来了。
只要在转速数值前面加一个“-”号就可以实现了。
3.拓展探究
观察小车,看其是否能走一条直线。
思考小车为什么“走不直”。
阅读“我要读”,进一步了解小车“走不直”原因以及解决方法。
观察自己的小车前进路线,微调左右电机数值,使其尽量走直线。
4.课堂总结
通过这节课的学习,我们掌握了小车电机接线和小车走直线的方法,了解了小车“走不直”原因,并且通过微调,对走直线小车进行了改进。
第14课走正方形小车
一、教材与学生情况分析
本节课是《Arduino创意机器人》第三章《智能小车》的第二节课。
《走直线小车》已经带领学生走进了小车的新世界,但是仅仅让小车前进、后退还远远不能满足学生的要求。
根据小学生的情况,本节课在这个基础上,增加了小车转弯和走正方形。
二、教学目标:
1.通过“改变左右电机的转动数值”实验,理解小车转弯的原理。
2.通过编写程序让小车走正方形,学会小车走直线和转弯的应用。
3.通过不断调试延迟时间让小车走出正方形,感受程序编写还要与实际相结合。
三、教学重难点
教学重点:
应用小车走直线和转弯,编写程序让小车走正方形。
教学难点:
调试延迟时间让小车走出正方形。
四、教学流程
1.引入新课
出示课题《走正方形小车》。
教师:
小车已经会走直线了,我想让小车走一个正方形,还要让它学会什么本领呢?
学生:
小车还要会转弯才行。
2.新授:
小车转弯
(1)任务一描述
脱机工作下,让小车转弯。
(2)搭建硬件
同上节课
(3)学生实验
改变左右电机的转动数值,使其直走、向左转、向右转和原地打圈。
可以多次尝试数据。
观察现象并完成表格14.1。
左电机值
右电机值
小车状态
表14.1电机速度与小车状态
从以上表格数据中得出什么结论呢?
学生:
思考。
教师分析原理:
图14.1图14.2
图14.3图14.4
1)小车左电机M1数值与右电机M2数值相等,这个时候小车会直走(如图14.1)。
2)小车左电机M1数值小于右电机M2数值,这个时候小车会向左转(如图14.2)。
3)小车左电机M1数值大于右电机M2数值,这个时候小车会向右转(如图14.3)。
4)小车左电机M1和右电机M2数值相同,正负相反,这个时候小车会原地转圈(如图14.4)。
(4)编写程序
参考程序(右转弯):
图14.5
(5)编译上传
程序编写完成,单击
,再单击
。
当提示上传成功后,拔掉USB数据线,接上锂电池,就可以观察脱机工作下,小车右转弯。
学生尝试其他小车状态的程序编写。
3.新授:
小车走正方形
(1)任务二描述
脱机工作下,让小车走正方形。
(2)编写程序
参考程序(顺时针为例):
图13.6
(3)编译上传
程序编写完成,单击
,再单击
。
当提示上传成功后,拔掉USB数据线,接上锂电池,就可以观察脱机工作下,小车直行再直角转弯并一直重复,最终走出完整的正方形的路径。
(4)学生尝试小车延逆时针走的正方形的程序编写。
4.拓展探究
通过上面的学习,我们已经实现了利用调整时间让小车走正方形。
请同学们继续开动脑筋,想想还有没有其他方法呢?
改变小车转弯时两个轮子的转速(参阅“我要读”)。
5.课堂总结
通过这节课的学习,我们掌握了小车转弯和小车走正方形的方法,了解了小车在实际路面走受多重因素影响,我们要不断调试时间或者转速等使它走出正方形。
第15课避障小车
一、教材与学生情况分析
本节课是《Arduino创意机器人》第三章《智能小车》的第三节课。
通过前面两节课的学习,学生已经可以使用小车完成基本的运动。
但是我们的小车还不智能,随着学习的深入,对小车也有了更高的要求。
本节课利用多种传感器实现小车避障。
二、教学目标:
1.了解触碰传感器,并学会触碰传感器接线的方法;
2.通过制作避障小车,掌握触碰传感器的原理和编程的方法。
3.在解决实际避障问题中,体会Arduino机器人的乐趣。
三、教学重难点
教学重点:
掌握触碰传感器的原理和编程的方法。
教学难点:
小车避障过程的分析。
四、教学流程
1.引入新课
演示小车直线行走,撞倒了墙上。
教师提出问题:
怎么办呢?
教师:
我们发现在自然界中,有很多昆虫通过触角检测前进道路上的障碍,所以在遇到障碍物时可以绕道而行。
当然,我们的小车在前进途中,也会遇到各种各样的障碍物。
我们想不想给小车也装上触角进而避障呢?
出示课题《避障小车》。
2.介绍触碰传感器
展示触碰传感器,并让学生从工具盒中拿出触碰传感器。
图15.1
讲解触碰传感器特性:
它是一个利用接触片实现检测触碰功能的电子部件,主要用于检测外界触碰情况,是一种数字传感器,在碰到障碍物时,值为0,否则值为1。
让学生将触碰传感器接在数字针脚上,观察当手碰到触碰传感器时,其自带指示灯亮灭情况。
3.制作避障小车
(1)任务描述
脱机工作下,小车能在前方没有障碍的路面上直走,如果触碰传感器碰到障碍,则调整方向,然后继续前进。
(2)搭建硬件
图15.2
将触碰传感器安装在小车的前面(这里使用一左一右,可以根据实际情况进行调整),注意将触碰传感器的触角露在上层板外面(本课将触碰传感器接在8号数字管脚)。
触碰传感器是一种数字传感器,在碰到障碍物时,值为0,否则值为1。
因此,我们要增加指令
。
(3)编写程序
参考程序(仅作参考)
图15.3
教师分析:
分析避障过程。
分析“非”指令。
指令
也可以用
模块中的指令
代替。
(4)编译上传
程序编写完成,单击
,再单击
,当提示上传成功后,拔掉USB数据线,接上锂电池,就可以观察脱机工作下,小车能在前方没有障碍的路面上直走,如果触碰传感器碰到障碍,先后退1秒,再左拐1秒,然后继续前进。
4.拓展探究
上面的避障程序可以使小车成功躲避障碍物,实现绕道前行。
但是,如果我们利用教室里的桌椅自制一个简单的迷宫,小车如何可以走出迷宫呢?
(见第18课综合创意小车)
(让学生去思考,有一定难度,不一定要做出来。
)
图15.4常见迷宫
5.课堂总结
通过这节课的学习,我们了解了触碰传感器,掌握了使用触碰传感器制作避障小车,同时也感受到了应用学到的知识解决实际问题的乐趣。
第16课遥控小车
一、教材与学生情况分析
本节课是《Arduino创意机器人》第三章《智能小车》的第四节课。
通过前面三节课的学习,学生已经可以使用小车完成基本的运动,也能实现智能避障。
学生在第二单元第10课已经学过《遥控风扇》,结合遥控和第三单元的小车运动,设计了本节课《遥控小车》,也是对前面知识的应用。
二、教学目标:
1.进一步了解遥控套件,以及遥控套件的使用。
2.通过制作遥控小车,掌握遥控套件与小车结合的编程方法。
三、教学重难点
教学重点:
掌握遥控套件与小车结合的编程方法。
教学难点:
制作遥控小车过程的分析。
四、教学流程
1.引入新课
演示遥控风扇。
前面我们学习了用遥控控制风扇,我们能用遥控来控制小车吗?
出示课题《遥控小车》。
2.复习遥控套件
红外遥控套件主要包括红外遥控器和红外接收头。
如图,红外遥控器有21个按键,红外接收头针脚接数字接口:
D接数字口,VCC接5V,GND接GND(线的颜色与针脚的颜色对应上)。
展示红外遥控套件,并让学生从工具盒中拿出红外遥控套件。
3.制作遥控小车
(1)任务描述
用遥控控制小车的前进方向,如:
按“2”小车前进,按“8”小车后退,按“4”小车左转,按“6”小车右转等。
(2)搭建硬件
红外接收头连接到8号数字管脚,去除红外遥控器电池外面的塑料绝缘片。
(图16.1所示)。
(3)编写程序
红外遥控器的解码,可打开串口监视器,看到各个遥控按钮按下之后程序所获取的数据。
(图16.2和图16.3所示)
图16.2
参考程序(仅作参考):
(4)编译上传
程序编写完成,单击
,再单击
,当提示上传成功后,拔掉USB数据线,接上锂电池,就可以观察脱机工作下,按“2”小车前进,按“8”小车后退,按“4”小车左转,按“6”小车右转。
4.拓展探究
用遥控控制小车原地转圈、走正方形。
参考程序(仅供参考,数据需要调试):
此时,按“2”小车走正方形。
此时,按“8”小车原地转圈。
5.课堂总结
通过这节课的学习,我们进一步熟悉了遥控套件,掌握了使用遥控套件制作遥控小车,同时也感受到了应用学到的知识解决实际问题的乐趣。
第17课巡线小车
一、教材与学生情况分析
本节课是《Arduino创意机器人》第三章《智能小车》的第五节课。
在前面的学习中,学生通过给小车装上触角,掌握了小车避障和遥控控制的知识。
这一节课,尝试给小车装上眼睛,使得小车可以沿着简单的线路前进。
本节课主要用到巡线传感器,重点在于巡线过程的分析。
二、教学目标:
1.了解巡线传感器,以及巡线传感器的使用方法。
2.利用两个巡线传感器,掌握制作简单巡线小车的方法。
3.在巡线小车的测试中,找到学习Arduino机器人的乐趣。
三、教学重难点
教学重点:
掌握制作简单巡线小车的方法。
教学难点:
小车巡线过程的分析。
四、教学流程
1.引入新课
演示两个小车,A小车装了巡线传感器可以巡线,B小车没有巡线功能,让它们都在白纸黑线上走。
问:
为什么A小车这么听话,只沿着黑线走呢?
分析:
因为A小车有“眼睛”。
地板是白色,线是黑色的。
小车要看到这条直线,需要装上能分辨黑白的“眼睛”——巡线传感器。
出示课题《巡线小车》。
2.巡线传感器
(1)介绍巡线传感器
巡线传感器以稳定的TTL输出信号帮助机器人进行白线或者黑线的跟踪(可以检测白背景中的黑线,也可以检测黑背景的白线),黑色低电平,白色高电平。
图17.1
(2)小车沿黑线直走分析
提问:
拿出工具盒里面的巡线传感器,思考,该传感器应该安装在哪里才可以看到地面上的黑线,如果小车要跨着黑线走的话,两个传感器之间的距离怎么确定?
总结:
巡线传感器一左一右安装在小车底盘上,因为小车是跨线走,所以两个传感器之间的距离大于黑线宽度。
观察下图,提问:
小车沿黑线直走,此时左右两个巡线传感器检测到黑线吗?
小车向右偏时,左右两个巡线传感器输出电平分别是什么?
小车应该怎么运动以继续走直线?
小车向左偏时,左右两个巡线传感器输出电平分别是什么?
小车应该怎么运动以继续走直线?
图17.2
3.制作巡线小车
(1)任务描述
小车能沿着黑线直走,如果左传感器检测到黑线,小车偏右,就要左拐。
如果小车右传感器检测到黑线,小车偏左,就要右拐。
(2)搭建硬件
将两个巡线传感器一左一右安装在小车底盘上(本课将左右两个巡线传感器分别接在8号、9号数字管脚)。
(图17.1所示)。
(3)编写程序
参考程序(仅供参考,根据实际调整数据):
(4)编译上传
程序编写完成,单击
,再单击
,当提示上传成功后,拔掉USB数据线,接上锂电池,就可以观察脱机工作下,小车能沿着黑线直走,如果有歪曲,也能及时调整,始终保持沿着黑线走。
(5)测试
比一比:
拿出你的小车与其他同学的小车赛跑吧,看谁既能成功沿黑线前进,又能先到达终点。
想一想:
怎么调整左右电机数值,使小车既能沿黑线行进,又能走的快。
评价表格如下:
表17.1评价表格
左电机数值
右电机数值
走直线时间
是否一直沿着黑线运动
A组
B组
C组
D组
3.拓展探究
(1)尝试:
让小车巡“S”型路线前进。
小提示:
小车走“S”型时,应该如果要转弯,应该转大弯,也就是说左右电机数值差要大,我们可以自己改变参数,调试程序。
(2)小车沿黑线走“S”型分析
观察“S”形图,小组讨论,回答问题:
图17.5
1“S”形图中,小车需要左拐吗?
右拐呢?
2左右两个巡线传感器M1、M2都没有检测到黑线,此时小车是什么状态,应该怎么样运动?
3左边巡线传感器检测到黑线,右传感没有检测到黑线,小车应该如何运动?
4左边巡线传感器没有检测到黑线,右传感器检测到黑线,小车应该如何运动?
(3)参考程序(仅供参考,根据实际调整数据):
4.课堂总结
通过这节课的学习,我们了解巡线传感器以及巡线传感器的使用方法,利用两个巡线传感器,掌握制作了简单的巡直线小车,在巡线小车的测试中同时也感受到了学习Arduino机器人的乐趣。
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