初中信息技术湘电子版（2019）八年级下册第13节 智能马桶 (二)——传感器、控制器与执行器课文内容课件ppt

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前面我们学习了制作智能马桶，实现了自动打开马桶盖与马桶圈，是不是还可以有其他功能？比如：自动清洗、具有按摩效果和促进血液循环等功能。我们是不是可以增加一些个性化的功能呢？这节课我们来试一试。

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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

使用者久坐马桶不利于健康，试着给智能马桶添加久坐提醒功能, 完善智能马桶项目。

我的问题

(1) 常见马桶的使用不便之处有哪些？

(2)智能马桶根据什么条件判断是否需要执行马桶盖打开与关闭?

(3)智能马桶如何实现久坐提醒功能？

活动建议

智能家居是基于物联网的智能应用，系统结构通常包含三部分：用于感知 环境的传感器、用于判断逻辑的控制器、用于执行命令的执行器，如同人类的感知器官、大脑、手脚。

传感器包括按钮传感器、人体红外传感器、光线传感 器等；micro:bit主控板就是控制器；执行器包含LED灯、舵机等。

活动建议

完善的智能马桶作品，也可以从这三个方面进行考虑，并具体实现。

首先，从需求分析入手，设计规划整体项目；其次，从实际出发选择器件；最后，依据设计，不断调整、完善项目。

活动过程

一、工作规划

为了实现智能马桶的各种功能，可参考如下工作过程:

1.智能马桶的功能设计与电子元器件选型；

2. 使用顺序图和程序流程图进行智能马桶系统设计；

3. 使用乐高零件与其他电子元器件完成马桶结构的搭建；

4. 根据顺序图和程序流程图完成智能马桶的程序设计；

5. 调试程序，判断程序的合理性；

6. 分享作品，发现不足，进行修改调整和高级创作。

二、需求分析、功能设计与电子元器件选型

1.需求分析

卫生间的马桶是否有用户使用不方便等问题？如何解决这些问题呢？请把 这些问题和解决办法记录在下表中。

传统马桶问题记录表

2.功能设计和电子元器件选型

根据传统马桶问题记录表整理的问题和解决方法，我们选择两个问题作为智能马桶的功 能进行设计。设计时既要考虑功能实施的效果，也要考虑实现功能的电子元器件选型。

问题一：使用马桶时，弯腰抬起马桶盖或马桶圈，对于老年人或残疾人很不方便。

问题二：使用马桶时，久坐对身体不好。

回想实现智能门铃和智能照明时的设计方法，根据问题设计功能的细节, 根据功能实现进行电子元器件选型。

针对智能马桶的这两个问题，进行设计方 案的构思，将设计方案填写在下表中。

功能设计表

三、绘制顺序图和程序流程图，完成系统设计

智能照明活动中的顺序图呈现了系统各部分之间的相互关系，能够帮助我 们以清晰的思路进行系统搭建。

在智能马桶的设计中，我们继续按传感器、控 制器、执行器三类电子元器件的关系完成顺序图的绘制，要体现出解决功能设计表中两个问题的系统模块间的信息交互。

请你使用纸和笔，将下图的顺序图绘制完善。

智能马桶交互顺序图

清系统不同模块的信息交互关系后，开始进行程序设计。

根据如图所示的三种结构流程图示例，自主完成对马桶翻盖和久坐提醒程序的流程图绘制。

顺序结构示例

分支结构示例

分支结构示例

四、智能马桶的结构设计

为了更好地呈现智能马桶作品，需要设计一个类似马桶的结构，用于展示 智能马桶具备的诸多功能。

为了便于结构搭建，选择使用乐高零件，并安装与乐高插口兼容的micro:bit geek舵机。

智能马桶包含以下部分：马桶基座、马桶盖、马桶圈、分别驱动马桶盖和马桶圈的两个micro:bit geek舵机和马桶水箱。

使用乐高零件和micro:bit geek舵机完成结构搭建，如图所示。

由于 Robotbit扩展板上有乐高插孔，可以在水箱上预留插接Robotbit扩展板的位置, 将扩展板安装在水箱上。

如果还有其他电子元器件需要安装，如红外避障传感器，也需要预留插接位置。

红外避障传感器

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类，按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。

红外避障传感器工作原理

利用物体的反射性质，在一定范圉内，如果没何障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。

如果右障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调完成躲避障碍物动作。

安装了Robotbit扩展板和两个红外避障传感器的智能马桶结构如图所示。

安装两个红外避障传感器

安装Robotbit与micro:bit

想一想

智能马桶结构设计中使用了两个舵机，分别连接马桶盖和马桶圈，如图所示，你能明白这两个舵机的用途吗？

议一议

图使用了两个红外避障传感器，你能明白这两个传感器的用途吗？把你理解的用途填写在下表中。

试一试

两个舵机和两个红外避障传感器如何与Robotbit扩展板进行连接呢？参考如图所示的连接方法，你能成功连接它们吗？

五、编写程序实现智能马桶相关功能

完成智能马桶的结构设计后，就可以根据流程图开始程序的编写。

编程中要关注两部分内容：一个是红外避障传感器状态变化与舵机的控制；另一个是马桶使用计时与久坐提醒。

1.红外避障传感器状态变化与舵机控制的程序编写

红外避障传感器与前面使用的人体红外传感器很相似。

你是否能够根据之 前的学习经验，测出使用手遮挡红外避障传感器和无遮挡两种状态时，对应连接引脚反馈的数据吗？

将你试验的数据记录在下表中。

红外避障传感器试验表

将红外避障传感器的值存入相应变量，根据变量值的变化，编写程序控制舵机转动，实现马桶盖和马桶圈开合的控制。

2.计时与久坐提醒功能的程序编写

micro:bit自身并没有计时器的功能，但每当micro:bit开机运行时，芯片能 够反馈一个运行时间，与之对应的makecode编程方块如图所示，为“运行时间(毫秒)”。

每当micro:bit开机运行或开发板重启时，运行时间从0开始计数，直至开发板断电或重启。

如何调用运行“时间方块”实现计时功能呢？

请参考图中的程序示例实现计时，当按下micro:bit开发板A按键时开始计时，按下B按键时反馈一个计时的时间。

需要注意的是，这个时间的单位为毫秒，不要忘记换算。

将计时时间的值存入相应变量，判断变量值是否超过系统设置的久坐提醒 时间，如果超过就控制蜂鸣器发声实现久坐提醒功能。

试一试

结合这些方法完成智能马桶作品全部程序的编写。

说一说

你在编程环节遇到了什么问题？采用了什么解决办法？

六、调试程序，提出修改方案

针对智能马桶的硬件结构和功能模块对程序进行调试，不断优化智能马桶的功能。

调试中程序是否满足如下要求：

(1) 遮挡红外避障传感器A,马桶盖是否能够自动打开？ □是 □否

(2) 遮挡红外避障传感器B,马桶盖和马桶圈是否同时打开？ □是□否

(3) 马桶盖打开时，遮挡红外避障传感器B,马桶圈是否能够自动打开？□是□否

(4) 计时超时后，是否能够进行久坐提醒？ □是□否

(5) 智能马桶程序能否稳定运行？ □是□否

七、班内分享、优化方案

各小组进行智能马桶作品分享，发现同学作品的亮点，为对方提岀改进建 议，并在下表中做好记录。

试一试

针对同学提出的改进建议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功能。

课堂练习

(1) 如何为智能马桶设计更多的智能化方案？如实现自动清洗功能。

(2) 有同学说我们设计的智能马桶相当于一个家用机器人，你认可他的说 法吗？为什么？

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。

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。

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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。

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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，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

锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。

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通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务

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锻炼学生的语言组织能力和表达的能力。

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、工作规划

二、需求分析、功能设计与电子元器件选型

1.需求分析

2.功能设计和电子元器件选型

三、绘制顺序图和程序流程图，完成系统设计

四、智能马桶的结构设计

五、编写程序实现智能马桶相关功能

1.红外避障传感器状态变化与舵机控制的程序编写

2.计时与久坐提醒功能的程序编写

六、调试程序，提出修改方案

七、班内分享、优化方案