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初中信息技术川教版（2019）九年级下册第3节 安防机器人的制作实践课堂教学课件ppt
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这是一份初中信息技术川教版（2019）九年级下册第3节 安防机器人的制作实践课堂教学课件ppt，共35页。PPT课件主要包含了任务二等内容，欢迎下载使用。
1、确立搭建要求
根据现有条件确定机器人小车的设计要求，如：
（1）由于电机功率所限，小车自重不宜过重。（2）小车车架要预留传感器等功能单元的安装位置。（3）要保证小车运行过程中各零部件不脱落、不相互干扰。
按设计要求，结合技术选型，完成城市安防机器人小车的设计，包括确定机械结构、电机固定、传动方式、传感器以及Arduin控制器和电机驱动模块等的安装位置，并完成搭建，如图1-3-1所示。
请根据实情，设计并搭建机器人小车。
接线也称排线、布线，是用不同颜色的导线（杜邦线）按要求将各传感器、电机、电源等功能单元与控制器相连。
（1）接入传感系统
参照表1-3-1传感器与控制器端口的对应关系，完成传感器的接线，如图13-2所示。
参照表1-3-2驱动模块与控制器端口的对应关系，完成电机驱动及电机的接线，如图1-3-3所示。
1、红外循迹传感器工作调试
通过“串口监视器〞调试红外循迹传感器的感应距离。
（1）选择“ ”模块中的“打印（自动换行）〞 等子模块。（2）选择“ ”，模块中的数字输人“ ”子模块，选择好管脚，其程序示例如图1-3-4所示。
将Arduin控制器与电脑用USB线连接，检查控制器型号和对应的串口号，上传调试程序。
将机器人小车放在规划有黑线的场地上，通过“串口监视器”的数据调整红外循迹传感器与场地地面的距离，如图1-3-5所示。
请完成自己的机器人小车红外循迹模块的调试，并观察红外循迹传感器检测到黑线时，返回 （“1”或“0”）。
改变“ ”的文本模块中空格的多少，观察串口监视窗口的显示。
通过“串口监视器〞观察超声波传感器的检测距离数据是否正常，其程序和检测数据示例如图1-3-6所示。
机器人小车通过1298N电机驱动模块驱动控制两个直流电机，由于直流电机存在顺时针或逆时针转动的可能，因此在编写程序前，应调试好左右电机的转动方向，可以通过编程来调整电机的转动方向，以保证机器人小车的直行、转弯、停止等动作能顺利完成，其基础程序示例如图1-3-7所示。
根据表1-3-3中所列电机调试程序与机器人小车的运动方向的对应关系，完成其他程序的分析。
1、绘制流程图
为了理清编程思路，可以采用先总后分的编程模式，先思考总体方案，再分子项目解决方案。图1-3-9是城市安防机器人小车 “定线不定向”巡逻工作流程图。
机器人小车在沿直线或弧线运动过程中，可能会偏离黑线，如图1-3-10所示是三种不同情形的分析。
根据分析，设计机器人小车循迹工作流程图，如图1-3-11所示。
先声明一个标志变量，并賦予其一定的初始值，用于标志小车“脱线”偏转状态。当小车发生偏转时，标志变量在初始值基础上增加或减少一定值，从而完成小车“脱线” 前偏转状态的“记录”，据此，完善图1-3-13的流程图。
机器人小车行驶会遇到“ ”形、“ ”形或“ ”形路口，如图1-3-14所示。
小车经过不同类型路口时，多个红外循迹传感器可能会检测到相同的值。例如，如图1-3-15所示，在情况I中，右、中传感器同时检测到黑线时，可能是“ ” 形路口，或是“ ”形路口；而在情况2中，左、中、右传感器均检测到黑线时。可能是“ ”形路口，或是“ ”形路口。因此，要对遇到不同路口时得到同一检测值的情况加以判断。
如果小车继续直行（如图1-3-16），就能判断路口的类型。据此，“ ”形路口与“ ”形路口为例设计了如图1-3-17所示的工作流程图。
请设计机器人小车遇到如图1-3-18所示的任一类型路口时的判断流程图。
（1）设计并声明相关变量
程序的编写会用到变量，需要在用之前进行声明，如图1-3-19所示。
拖动 “执行模块〞中电机控制模块，通过选择左右电机控制管脚号及运转速度，编写小车不同运动模式（直行、右转、左转、快速右转、快速左转、停止）的子程序，如图1-3-20所示。
请根据图1-3-20程序示例，完成机器人小车左转、快速左转、后退等行驶状态的子模块函数的编写。
当超声波传感器检测到障碍物与小车的距离小于等于30en时，小车停止，LED开始间隔0.5s闪烁，其程序示例如图1-3-21所示。
【直行】当只有中间红外循迹传感器检测到黑线时，小车直行，其程序示例如图1-3-22所示。
【快速右转】当小车向左脱线，需要小车快速右转回到黑线上时，其程序示例如图1-3-24所示。
【右转】当小车向左偏离时，右侧红外循迹传感器会检测到黑线，小车需要右转。但为了预防小车向左偏离过快而三组红外循迹传感器均未检测到黑线的情況发生，这时，设定“脱线变量〞递增。同理，若小车向右脱离黑线，“脱线变量”递减，其程序示例如图1-3-23所示。
请根据流程图完成小车向右偏离、向右脱线的逻辑判断程序的编写。
【“ ”形或“ ”形路口的判断】 当中间红外循迹传感器与右侧红外循迹传感器同时检测到黑线时，可视为小车遇到了 “ ”形路口或“ ”形路口，其判断语句示例如图1-3-25所示。
结合如图1-3-17所示的流程图，当机器人小车行驶至“ ”形或“ ”形路口时的控制程序编写如1-3-26所示。
【“ ”形或“ ”形路口的判断】当三个红外循迹传感器均检测到黑线时，可能是遇到“ ”形路口，也可能是遇到 “ ”形路口，需要小车再向前直行0.1s，然后再次判断，其程序示例如图1-3-27所示。
当只有中间红外循迹传感器检测到黑线时，则判断为“ ”形路口。此时，小车后退0.1s，并生成了个随机数，以确定小车的运动方向，其程序示例如图1-3-28所示。
当三个红外循迹传感器都没有检测到黑线时，则判断为“ ”形路口。此时，小车后退0.1s，并生成2个随机数，以确定小车是向左还是向右转，其程序示例如图1-3-29所示。
根据设计，将各功能子程序模块整合，实现机器人小车“定线不定向”巡逻的功能。
检查各条命令是否完整，函数、变量等命名是否符合要求，通过“编译”检查是否成功。
通过USB数据线将Arduin控制器连接电脑，选择对应的板卡和串口端口上传控制程序。
通过校准红外循迹传感器检测距离和左右电机速度参数，完成机器人小车的调校。
记录机器人小车的运动情况，完成程序中各参数的调整，以实现城市安防机器人小车“定线不定向”巡逻的主要功能。
1、确立搭建要求
根据现有条件确定机器人小车的设计要求，如：
（1）由于电机功率所限，小车自重不宜过重。（2）小车车架要预留传感器等功能单元的安装位置。（3）要保证小车运行过程中各零部件不脱落、不相互干扰。
按设计要求，结合技术选型，完成城市安防机器人小车的设计，包括确定机械结构、电机固定、传动方式、传感器以及Arduin控制器和电机驱动模块等的安装位置，并完成搭建，如图1-3-1所示。
请根据实情，设计并搭建机器人小车。
接线也称排线、布线，是用不同颜色的导线（杜邦线）按要求将各传感器、电机、电源等功能单元与控制器相连。
（1）接入传感系统
参照表1-3-1传感器与控制器端口的对应关系，完成传感器的接线，如图13-2所示。
参照表1-3-2驱动模块与控制器端口的对应关系，完成电机驱动及电机的接线，如图1-3-3所示。
1、红外循迹传感器工作调试
通过“串口监视器〞调试红外循迹传感器的感应距离。
（1）选择“ ”模块中的“打印（自动换行）〞 等子模块。（2）选择“ ”，模块中的数字输人“ ”子模块，选择好管脚，其程序示例如图1-3-4所示。
将Arduin控制器与电脑用USB线连接，检查控制器型号和对应的串口号，上传调试程序。
将机器人小车放在规划有黑线的场地上，通过“串口监视器”的数据调整红外循迹传感器与场地地面的距离，如图1-3-5所示。
请完成自己的机器人小车红外循迹模块的调试，并观察红外循迹传感器检测到黑线时，返回 （“1”或“0”）。
改变“ ”的文本模块中空格的多少，观察串口监视窗口的显示。
通过“串口监视器〞观察超声波传感器的检测距离数据是否正常，其程序和检测数据示例如图1-3-6所示。
机器人小车通过1298N电机驱动模块驱动控制两个直流电机，由于直流电机存在顺时针或逆时针转动的可能，因此在编写程序前，应调试好左右电机的转动方向，可以通过编程来调整电机的转动方向，以保证机器人小车的直行、转弯、停止等动作能顺利完成，其基础程序示例如图1-3-7所示。
根据表1-3-3中所列电机调试程序与机器人小车的运动方向的对应关系，完成其他程序的分析。
1、绘制流程图
为了理清编程思路，可以采用先总后分的编程模式，先思考总体方案，再分子项目解决方案。图1-3-9是城市安防机器人小车 “定线不定向”巡逻工作流程图。
机器人小车在沿直线或弧线运动过程中，可能会偏离黑线，如图1-3-10所示是三种不同情形的分析。
根据分析，设计机器人小车循迹工作流程图，如图1-3-11所示。
先声明一个标志变量，并賦予其一定的初始值，用于标志小车“脱线”偏转状态。当小车发生偏转时，标志变量在初始值基础上增加或减少一定值，从而完成小车“脱线” 前偏转状态的“记录”，据此，完善图1-3-13的流程图。
机器人小车行驶会遇到“ ”形、“ ”形或“ ”形路口，如图1-3-14所示。
小车经过不同类型路口时，多个红外循迹传感器可能会检测到相同的值。例如，如图1-3-15所示，在情况I中，右、中传感器同时检测到黑线时，可能是“ ” 形路口，或是“ ”形路口；而在情况2中，左、中、右传感器均检测到黑线时。可能是“ ”形路口，或是“ ”形路口。因此，要对遇到不同路口时得到同一检测值的情况加以判断。
如果小车继续直行（如图1-3-16），就能判断路口的类型。据此，“ ”形路口与“ ”形路口为例设计了如图1-3-17所示的工作流程图。
请设计机器人小车遇到如图1-3-18所示的任一类型路口时的判断流程图。
（1）设计并声明相关变量
程序的编写会用到变量，需要在用之前进行声明，如图1-3-19所示。
拖动 “执行模块〞中电机控制模块，通过选择左右电机控制管脚号及运转速度，编写小车不同运动模式（直行、右转、左转、快速右转、快速左转、停止）的子程序，如图1-3-20所示。
请根据图1-3-20程序示例，完成机器人小车左转、快速左转、后退等行驶状态的子模块函数的编写。
当超声波传感器检测到障碍物与小车的距离小于等于30en时，小车停止，LED开始间隔0.5s闪烁，其程序示例如图1-3-21所示。
【直行】当只有中间红外循迹传感器检测到黑线时，小车直行，其程序示例如图1-3-22所示。
【快速右转】当小车向左脱线，需要小车快速右转回到黑线上时，其程序示例如图1-3-24所示。
【右转】当小车向左偏离时，右侧红外循迹传感器会检测到黑线，小车需要右转。但为了预防小车向左偏离过快而三组红外循迹传感器均未检测到黑线的情況发生，这时，设定“脱线变量〞递增。同理，若小车向右脱离黑线，“脱线变量”递减，其程序示例如图1-3-23所示。
请根据流程图完成小车向右偏离、向右脱线的逻辑判断程序的编写。
【“ ”形或“ ”形路口的判断】 当中间红外循迹传感器与右侧红外循迹传感器同时检测到黑线时，可视为小车遇到了 “ ”形路口或“ ”形路口，其判断语句示例如图1-3-25所示。
结合如图1-3-17所示的流程图，当机器人小车行驶至“ ”形或“ ”形路口时的控制程序编写如1-3-26所示。
【“ ”形或“ ”形路口的判断】当三个红外循迹传感器均检测到黑线时，可能是遇到“ ”形路口，也可能是遇到 “ ”形路口，需要小车再向前直行0.1s，然后再次判断，其程序示例如图1-3-27所示。
当只有中间红外循迹传感器检测到黑线时，则判断为“ ”形路口。此时，小车后退0.1s，并生成了个随机数，以确定小车的运动方向，其程序示例如图1-3-28所示。
当三个红外循迹传感器都没有检测到黑线时，则判断为“ ”形路口。此时，小车后退0.1s，并生成2个随机数，以确定小车是向左还是向右转，其程序示例如图1-3-29所示。
根据设计，将各功能子程序模块整合，实现机器人小车“定线不定向”巡逻的功能。
检查各条命令是否完整，函数、变量等命名是否符合要求，通过“编译”检查是否成功。
通过USB数据线将Arduin控制器连接电脑，选择对应的板卡和串口端口上传控制程序。
通过校准红外循迹传感器检测距离和左右电机速度参数，完成机器人小车的调校。
记录机器人小车的运动情况，完成程序中各参数的调整，以实现城市安防机器人小车“定线不定向”巡逻的主要功能。
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