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湘电子版（2019）八年级下册第11节 智能照明——板载传感器与外接传感器多媒体教学课件ppt
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这是一份湘电子版（2019）八年级下册第11节 智能照明——板载传感器与外接传感器多媒体教学课件ppt，共19页。PPT课件主要包含了新课导入，工作规划，需求分析，练习与思考等内容，欢迎下载使用。
使用micr:bit开发板、Rbtbit和makecde编程器制作智能照明项目。
（1）整理传统照明的不便之处，完成智能照明系统的功能设计和电子元器件选型；（2）使用顺序图和程序流程图的形式完成照明系统的设计；（3）根据顺序图的设计，进行智能照明系统相关元器件的连接；（4)根据流程图编写程序，实现智能照明相关功能；（5）小组内成员进行交流，同时借鉴其他小组的创意对系统功能进行改进和优化。
二、需求分析、功能设计与电子元器件选型
小组成员进行讨论，寻找家庭照明存在的不便之处，进行记录和总结。讨论改善方案或解决方法，完成下表。
二、为智能门铃编写按键引发的触发程序
2. 功能设计和电子元器件选型
根据上表中家庭照明系统中存在的问题和解决方案，对智能照明系统进行功能设计和电子元器件选型。一个问题的解决可能需要设计多个功能，也可能将多个问题的共性内容通过一个功能来解决。请你将具体的功能设计记录在下表中。
智能照明系统是否自动开启照明，可以使用自然环境的光照强度、房间中是否有人作为触发条件。当光照强度大于某个阈值时，说明室内光线充足，不会开启照明，房间内无人时，同样照明不会开启；当光照强度低于某个阈值,并且房间内有人时，照明将会自动开启，同时随着自然光照强度的持续降低，照明灯的亮度会逐渐增加。
三、绘制顺序图和程序流程图
这就涉及多个传感部件和控制部件，部件之间的交互较为复杂，如果不进行规划设计就直接编写程序，容易遗漏关键要素造成功能不能实现。为了更好地梳理照明系统的交互关系，我们需要将交互活动绘制成顺序图，从图形中观察不同部件间的信息交互。请根据下图中的内容，填写完善系统交互顺序图。
梳理清楚各模块的交互关系后，开始进行程序设计。先梳理程序的执行思路和过程，将程序面临不同情况的过程绘制成流程图。从交互顺序图中能发现，程序会有多种状态的判断，同时在照明系统开启后还需要继续监测各状态的变化，这些判断和检测会用到程序的顺序、分支、循环三种结构。请参考下图，根据实际情况，完成智能照明程序流程图的绘制。
四、实现不同电子元器件的连接
顺序图能够清晰地呈现智能照明系统各部件向的交互关系，可以根据顺序图的内容完成相应部件之间的连接。制作智能照明系统时，可以使用micr:bit板载光照传感器获取室内光线强度，使用 Rbtbit板载 LED灯代替照明灯具，外接人体红外检测传感器检测房间内是否有人。连接过程中，micr:bit插在Rbtbit插槽中即完成连接，需要关注外接传感器如何与micr:bit开发板进行连接。micr:bit开发板的 PO、P1、P2等数据口均可以外接传感器，Rbtbit将这些数据口扩展出来更便于线路的连接，Rbtbit 板上的IO数据口分布如图所示。
实现智能门铃的功能时使用了Rbtbit板载蜂鸣器，Rbtbit的蜂鸣器与PO口连接，如果需要使用 PO口的IO口读写功能，需要把蜂鸣器跳帽拔下来，这时蜂鸣器就不起作用了。为了保留智能门铃的功能，我们不再使用 PO口。外接的人体红外传感器选用HC-SR505 mini版本，传感器有三个针脚（VCC、GND、DATA)。连线时传感器的VCC针脚接P1口的红色针脚，GND 针脚接P1口的黑色针脚，DATA 针脚接P1口的黄色针脚。传感器的 DATA 数据为高，低电平两种状态，代表两种结果：高电平为检测到有活动人体，低电平为没有检测到活动人体。
五、编写程序实现智能照明相关功能
完成各元器件连接后，根据程序流程图完成程序编写，要完成光照阈值条件测量和人体条件判定两部分内容。程序编写时需要使用makecde的“循环方块”“逻辑方块”“变量方块”“引脚方块”和“输入方块”。makecde默认状态中，没有Rbtbit板载 LED 灯编程的方块，需要进行扩展实现 LED 灯编程控制，具体步骤为：（1）单击“高级”选项，选择底部的“扩展”选项；（2）在右侧出现的搜索框内，输入“rbtbit”进行搜索；（3）选择搜索框下方搜索出来的扩展包，并进行安装；（4）扩展包安装成功后，程序方块区会扩展出新增的程序方块。
1.构建程序循环检测的逻辑关系——循环结构方块选择
在 makecde 中，能够完成循环结构的方块共有五个，如图所示。（见课件）蓝色的“无限循环方块”为 micr:bit 开发板基本运转的一种情况。其他四种循环结构的方块各有不同，需要设置循环的条件。从图中选择一个循环方块完成程序流程图中的循环结构。
2.获得外接传感器的数据
为了获得通过IO引脚连接外接传感器测量的数值，需要使用“引脚方块”和“变量方块”。创建变量用于存储引脚传递来的数值，变量为程序中使用引脚数据提供了便利。使用“引脚方块”获取传感器的数值，可以读取引脚传递的模拟值或者数字值，如图所示。外接的HC-SR55 mini传感器数据口仅有高、低电平两种值，因此编程时选择数字读取引脚值即可。
3.板载光线传感器与LED灯道
除了实现人体检测功能，还需要完成光线传感器与LED灯的程序编写，在“输入方块”“Rbtbit方块”“Nepixel方块”中找到相应指令，根据流程图的逻辑完成编写。参考图所示获取“板载光照传感器”数值（见课件），点亮“板载LED 全彩灯”并调节亮度的程序示例，完成“智能照明”的程序编写。其中A键为显示光照传感器数值，B 键为设置 LED 亮度并打开 LED灯，A+B键为关闭 LED。
编写程序时，注意思考把“人体红外检测”和“光照检测”相关程序添加到哪个位置，二者的先后逻辑关系是怎样的，以及如何根据光照的数值变化调节 LED 灯的亮度。
六、小组交流、优化方案
小组间互相介绍并体验彼此的智能照明作品，发现同伴作品的亮点，为对方提出意见和改进建议。针对同伴提出的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。同时尝试给自己的作品添加更多的创意，如怎样获得室外环境的光照强度等。
（1）展示你在智能照明项目中编写的应用程序，说说你的亮点在哪里。（2）说说你在设计循环条件和判定条件时，运用了哪些方块指令。（3）你是否考虑增加判定条件的复杂度来提升该项目的功能？请简要叙述你的设计思路和实现方法。（4）智能照明系统使用的板载传感器精度有限，同时作品也没有控制外部照明灯具的功能。如何扩展电子元器件，如外接传感器、LED灯等，让环境检测更加精确？
使用micr:bit开发板、Rbtbit和makecde编程器制作智能照明项目。
（1）整理传统照明的不便之处，完成智能照明系统的功能设计和电子元器件选型；（2）使用顺序图和程序流程图的形式完成照明系统的设计；（3）根据顺序图的设计，进行智能照明系统相关元器件的连接；（4)根据流程图编写程序，实现智能照明相关功能；（5）小组内成员进行交流，同时借鉴其他小组的创意对系统功能进行改进和优化。
二、需求分析、功能设计与电子元器件选型
小组成员进行讨论，寻找家庭照明存在的不便之处，进行记录和总结。讨论改善方案或解决方法，完成下表。
二、为智能门铃编写按键引发的触发程序
2. 功能设计和电子元器件选型
根据上表中家庭照明系统中存在的问题和解决方案，对智能照明系统进行功能设计和电子元器件选型。一个问题的解决可能需要设计多个功能，也可能将多个问题的共性内容通过一个功能来解决。请你将具体的功能设计记录在下表中。
智能照明系统是否自动开启照明，可以使用自然环境的光照强度、房间中是否有人作为触发条件。当光照强度大于某个阈值时，说明室内光线充足，不会开启照明，房间内无人时，同样照明不会开启；当光照强度低于某个阈值,并且房间内有人时，照明将会自动开启，同时随着自然光照强度的持续降低，照明灯的亮度会逐渐增加。
三、绘制顺序图和程序流程图
这就涉及多个传感部件和控制部件，部件之间的交互较为复杂，如果不进行规划设计就直接编写程序，容易遗漏关键要素造成功能不能实现。为了更好地梳理照明系统的交互关系，我们需要将交互活动绘制成顺序图，从图形中观察不同部件间的信息交互。请根据下图中的内容，填写完善系统交互顺序图。
梳理清楚各模块的交互关系后，开始进行程序设计。先梳理程序的执行思路和过程，将程序面临不同情况的过程绘制成流程图。从交互顺序图中能发现，程序会有多种状态的判断，同时在照明系统开启后还需要继续监测各状态的变化，这些判断和检测会用到程序的顺序、分支、循环三种结构。请参考下图，根据实际情况，完成智能照明程序流程图的绘制。
四、实现不同电子元器件的连接
顺序图能够清晰地呈现智能照明系统各部件向的交互关系，可以根据顺序图的内容完成相应部件之间的连接。制作智能照明系统时，可以使用micr:bit板载光照传感器获取室内光线强度，使用 Rbtbit板载 LED灯代替照明灯具，外接人体红外检测传感器检测房间内是否有人。连接过程中，micr:bit插在Rbtbit插槽中即完成连接，需要关注外接传感器如何与micr:bit开发板进行连接。micr:bit开发板的 PO、P1、P2等数据口均可以外接传感器，Rbtbit将这些数据口扩展出来更便于线路的连接，Rbtbit 板上的IO数据口分布如图所示。
实现智能门铃的功能时使用了Rbtbit板载蜂鸣器，Rbtbit的蜂鸣器与PO口连接，如果需要使用 PO口的IO口读写功能，需要把蜂鸣器跳帽拔下来，这时蜂鸣器就不起作用了。为了保留智能门铃的功能，我们不再使用 PO口。外接的人体红外传感器选用HC-SR505 mini版本，传感器有三个针脚（VCC、GND、DATA)。连线时传感器的VCC针脚接P1口的红色针脚，GND 针脚接P1口的黑色针脚，DATA 针脚接P1口的黄色针脚。传感器的 DATA 数据为高，低电平两种状态，代表两种结果：高电平为检测到有活动人体，低电平为没有检测到活动人体。
五、编写程序实现智能照明相关功能
完成各元器件连接后，根据程序流程图完成程序编写，要完成光照阈值条件测量和人体条件判定两部分内容。程序编写时需要使用makecde的“循环方块”“逻辑方块”“变量方块”“引脚方块”和“输入方块”。makecde默认状态中，没有Rbtbit板载 LED 灯编程的方块，需要进行扩展实现 LED 灯编程控制，具体步骤为：（1）单击“高级”选项，选择底部的“扩展”选项；（2）在右侧出现的搜索框内，输入“rbtbit”进行搜索；（3）选择搜索框下方搜索出来的扩展包，并进行安装；（4）扩展包安装成功后，程序方块区会扩展出新增的程序方块。
1.构建程序循环检测的逻辑关系——循环结构方块选择
在 makecde 中，能够完成循环结构的方块共有五个，如图所示。（见课件）蓝色的“无限循环方块”为 micr:bit 开发板基本运转的一种情况。其他四种循环结构的方块各有不同，需要设置循环的条件。从图中选择一个循环方块完成程序流程图中的循环结构。
2.获得外接传感器的数据
为了获得通过IO引脚连接外接传感器测量的数值，需要使用“引脚方块”和“变量方块”。创建变量用于存储引脚传递来的数值，变量为程序中使用引脚数据提供了便利。使用“引脚方块”获取传感器的数值，可以读取引脚传递的模拟值或者数字值，如图所示。外接的HC-SR55 mini传感器数据口仅有高、低电平两种值，因此编程时选择数字读取引脚值即可。
3.板载光线传感器与LED灯道
除了实现人体检测功能，还需要完成光线传感器与LED灯的程序编写，在“输入方块”“Rbtbit方块”“Nepixel方块”中找到相应指令，根据流程图的逻辑完成编写。参考图所示获取“板载光照传感器”数值（见课件），点亮“板载LED 全彩灯”并调节亮度的程序示例，完成“智能照明”的程序编写。其中A键为显示光照传感器数值，B 键为设置 LED 亮度并打开 LED灯，A+B键为关闭 LED。
编写程序时，注意思考把“人体红外检测”和“光照检测”相关程序添加到哪个位置，二者的先后逻辑关系是怎样的，以及如何根据光照的数值变化调节 LED 灯的亮度。
六、小组交流、优化方案
小组间互相介绍并体验彼此的智能照明作品，发现同伴作品的亮点，为对方提出意见和改进建议。针对同伴提出的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。同时尝试给自己的作品添加更多的创意，如怎样获得室外环境的光照强度等。
（1）展示你在智能照明项目中编写的应用程序，说说你的亮点在哪里。（2）说说你在设计循环条件和判定条件时，运用了哪些方块指令。（3）你是否考虑增加判定条件的复杂度来提升该项目的功能？请简要叙述你的设计思路和实现方法。（4）智能照明系统使用的板载传感器精度有限，同时作品也没有控制外部照明灯具的功能。如何扩展电子元器件，如外接传感器、LED灯等，让环境检测更加精确？
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