基于Arduino的机器人校本课程教学

1、基于Arduino机器人校本课程教学首都师范大学 律原第1页一、中、小学生认知特点皮亚杰认知发展阶段论感知运算阶段（0-2岁）前运算阶段（2-7岁）详细运算阶段（7-11岁）形式运算阶段（11-16岁）第2页一、机器人教学分段1-2年级：机器人搭建，以物理结构为主。适用器材：乐高wedo2.0第3页一、机器人教学分段3-4年级：传感器简单使用，图形化编程界面适用器材：乐高EV3，Arduino系列第4页一、机器人教学分段图型化编程界面第5页一、机器人教学分段图型化编程界面第6页一、机器人教学分段五年级以上程序与图形化结合Arduino IDE第7页二、机器人教学内容机器人相关历史机器人结构机器

2、人惯用传感器机器人编程初步利用机器人完成初步综合任务第8页三、机器人课程对学生益处综合利用学生各种知识提升学生逻辑思维能力培养学生良好习惯培养学生协作精神第9页四、机器人课程讲解关键点需要有整体规划（目标、课时、器材）小步走、勤巩固注意软件和硬件结合组织教学与控制课堂能力第10页机器人相关准备知识第11页机器人起源 19 捷克斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在他科幻小说罗萨姆机器人万能企业中，依据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。第12页机器人定义 联合国家标准准化组织给机器人下定义： “一个可编程和多功效，用来搬运材料、

3、零件、工具机器；或是为了执行不一样任务而含有可改变和可编程动作专门系统。”（美国机器人协会） 机器人是一个自动化机器，这种机器具备一些与人或生物相同智能能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一个含有高度灵活性自动化机器。第13页机器人定义一个机器装置含有一定形态与智能按照人要求完成一些工作第14页机器人组成机器人执行机构驱动装置检测装置控制系统第15页机器人组成第16页机器人技术发展史 英格伯格和德沃尔制造工业机器人是第一代机器人，属于示教再现型，即人手把着机械手，把应该完成任务做一遍，或者人用“示教控制盒”发出指令，让机器人机械手臂运动，一步步完成它应该完成各个动作。 20世纪70年代，第二

4、代机器人开始有了较大发展，第二代则具备了感觉能力，进入了对外界环境实用阶段，并开始普及。第17页机器人技术发展史 第二代是有感觉机器人：它们对外界环境有一定感知能力，并含有听觉、视觉、触觉等功效。机器人工作时，依据感觉器官（传感器）取得信息，灵活调整自己工作状态，确保在适应环境情况下完成工作。如：有触觉机械手可轻松自如地抓取鸡蛋，含有嗅觉机器人能分辨出不一样饮料和酒类。第18页机器人技术发展史 第三代机器人是智能机器人，它不但含有感觉能力，而且还含有独立判断和行动能力，并含有记忆、推理和决议能力，因而能够完成愈加复杂动作。中央电脑控制手臂和行走装置，使机器人手完成作业，脚完成移动，机器人能够用

5、自然语言与人对话。 智能机器人“智能”特征就在于它含有与外部世界对象、环境和人相适应、相协调工作机能。从控制方式看，智能机器人不一样于工业机器人“示教、再现”，不一样于遥控机器人“主从操纵”，而是以一个“认知适应”方式自律地进行操作。 智能机器人在发生故障时，经过自我诊疗装置能自我诊疗出故障部位，并能自我修复。今天，智能机器人应用范围大大地扩展了，除工农业生产外，机器人应用到各行各业，机器人已具备了人类特点。机器人向着智能化、拟人化方向发展道路，是没有止境。 第19页7000米载人深海潜水机器蛟龙号第20页第21页第22页四、机器人课程讲解关键点需要有整体规划（目标、课时、器材）小步走、勤巩固

6、注意软件和硬件结合组织教学与控制课堂能力第23页Arduino概述第24页机器人 机器人是一个含有高度灵活性自动化机器，而且其具备一些与人或生物相同智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力。电影中各种机器人形象第25页生活中各种智能机器人第26页机器人组成部分 头主控制器眼睛、耳朵等传感器手脚-驱动和执行器第27页 Arduino是什么 Arduino是一个基于开放源码软硬件平台，含有使用类似Java、C语言开发环境，再加上价格低廉，Arduino风靡全球各地，吸引了许多电子兴趣者开发使用。第28页 Arduino基本特征 1跨平台2经济性3可扩展性4开源性5可移植性第29页常见Ar

7、duino控制板LilyPadMicroUNOMega2560第30页Iduino-1型控制板第31页一、Arduino IDE下载和安装（米思奇）二、USB驱动安装（官板，驱动自动安装）三、正确选择板卡型号（2560）和串口（除了COM1以外那个COM口）四、运行米思奇或Arduino IDE Arduino机器人操作步骤第32页二、Arduino IDE下载和安装 Arduino IDE是Arduino编程环境，可在Arduino官网（http:/www.arduino.cc）下载，现下载后不用安装解压后能够直接使用。 文本式编程环境和积木式编程环境。第33页二、USB驱动安装 第34页二

8、、USB驱动安装 我们选择“浏览计算机以查找驱动程序软件”第35页二、USB驱动安装 找到电脑中Arduino驱动文件夹“drivers”所在位置第36页二、USB驱动安装 第37页二、USB驱动安装 第38页 三、正确选择板卡型号和串口 四、运行Arduino IDE 第39页课堂总结 1.认识了机器人 2.了解了Iduino-1控制器 3. 学会了设置软件和驱动程序 4. 上传程序 第40页布置作业1、了解Arduino机器人能够制作哪些机器人项目。2、自学米思奇编程环境。第41页闪烁LED第42页LED LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一个能够将电能转化为

9、可见光固态半导体器件。第43页LED发光模块它将LED二极管焊在可爱PCB板上，引出了三根针脚。蓝色、红色、绿色等。第44页LED与Arduino连接红线：VCC （红色针脚）黑线：GND（黑色针脚）绿色： D（绿色针脚）提醒：数字口0和1用于通信，不能接。第45页模拟交通灯 红灯亮A秒之后灭掉，绿灯亮B秒之后灭掉，黄灯亮C秒之后灭掉，以这类推。第46页课堂总结1. 认识和掌握了LED发光模块使用 。 2.熟悉了ArduBlock编程环境 。3 .能够制作闪烁LED。第47页布置作业1 完善交通灯。2 了解流水灯并实现。第48页按钮控制LED第49页什么是按钮？ 按钮，也称为按键，是一个惯用控

10、制电器元件，惯用来接通或断开“控制电路（其中电流很小），从而到达控制电动机或其它电气设备运行目标一个开关。第50页按钮按下放开第51页按钮与Arduino控制器连接按钮与LED发光模块一样，也有三个针脚，接Arduino控制器数字口。黑线接GND，红线接VCC，绿线接D。第52页怎样把按钮状态传递给Arduino呢？按钮状态读取：此模块可读取数字口电平高低按下高电平1true放开低电平0false第53页初步尝试按钮控制LED依据按钮两种状态，设置最简单一个按钮控制LED，即按下开，放开关。第54页深入探究按钮控制LED1）走廊里灯，亮了之后过一会自动关闭2）中国地质大学学生创造了投币式台灯，

11、当硬币投入台灯下储蓄罐中时，台灯便可开始照明，半小时后，灯自动熄灭。第55页深入探究按钮控制LED这些例子有一个共同点：灯打开之后，延时自动关语言描述：假如按下按钮，LED开，延时一段时间，LED自动关闭。第56页深入探究按钮控制LED 那么怎样判断按钮是否按下?需要选择结构真（1）第57页课堂总结1.认识和掌握了按钮使用。2.掌握了数字口输入。3.能够正确使用选择结构。 第58页布置作业 1）思索按钮控制LED还有哪些情况？2）思索还能够经过哪些方式控制LED亮灭？第59页聪明按钮第60页1）按钮按下LED亮，放开LED灭2）按钮按下LED亮，延时一段时间LED灭上节回顾第61页聪明按钮按钮

12、按下LED亮，按钮再按下LED灭。第62页按钮控制LED灯怎样依据按钮按下次数决定灯是亮还是灭呢？ 【提醒】首先判断按钮是否按下，假如按下改变LED状态，这时我们需要用到变量，作为按钮状态与LED状态桥梁。第63页变量 变量：指在程序中用来代表数据字符，这些字符值是能够改变，其中变量有各种类型，如数字变量、模拟变量、字符串变量、字符变量等等。 数字变量值为0或者1（高电平或者低电平），而模拟变量值为任意整数。 第64页数字变量 总结：所以我们能够用数字变量和模拟变量来统计按钮按下次数，变量值决定LED亮或灭，这节课我们先来学习数字变量。按钮状态数字变量LED按下HIHG（1）亮再按下LOW（0

13、）灭第65页变量 怎样依据按钮按下状态，改变数字变量值呢？ 非运算符。 非运算符：就是取与表示式相反值。假如变量值为0，则非k为1；假如为1，则非k为0。第66页变量 问题：按钮按下LED不稳定。 解释： 抖动。【按钮抖动会造成一次按键被误读为屡次按键，为了使系统对按钮一次闭合仅作一次处理，必须对按钮进行去抖动处理。】 处理：延时消抖。第67页课堂总结 1.深入掌握了按钮使用 2.掌握了变量和非运算符。 3.了解了按钮抖动和消抖方法。 第68页布置作业1.按钮控制LED还有哪些情况？2.能否用按钮控制LED亮度呢？第69页1）按钮按下LED亮，放开LED灭2）按钮按下LED亮，延时一段时间LE

14、D灭上节回顾第70页聪明按钮按钮按下LED亮，按钮再按下LED灭。第71页按钮控制LED灯怎样依据按钮按下次数决定灯是亮还是灭呢？ 【提醒】首先判断按钮是否按下，假如按下改变LED状态，这时我们需要用到变量，作为按钮状态与LED状态桥梁。第72页变量 变量：指在程序中用来代表数据字符，这些字符值是能够改变，其中变量有各种类型，如数字变量、模拟变量、字符串变量、字符变量等等。 数字变量值为0或者1（高电平或者低电平），而模拟变量值为任意整数。 第73页数字变量 总结：所以我们能够用数字变量和模拟变量来统计按钮按下次数，变量值决定LED亮或灭，这节课我们先来学习数字变量。按钮状态数字变量LED按下

15、HIHG（1）亮再按下LOW（0）灭第74页变量 怎样依据按钮按下状态，改变数字变量值呢？ 非运算符。 非运算符：就是取与表示式相反值。假如变量值为0，则非k为1；假如为1，则非k为0。第75页变量 问题：按钮按下LED不稳定。 解释： 抖动。【按钮抖动会造成一次按键被误读为屡次按键，为了使系统对按钮一次闭合仅作一次处理，必须对按钮进行去抖动处理。】 处理：延时消抖。第76页课堂总结 1.深入掌握了按钮使用 2.掌握了变量和非运算符。 3.了解了按钮抖动和消抖方法。 第77页布置作业1.按钮控制LED还有哪些情况？2.能否用按钮控制LED亮度呢？第78页呼吸灯 灯光在微电脑控制之下完成由亮到暗

16、逐步改变，感觉像是在呼吸。 实例：手机假如有未处理短信或者电话，呼吸灯就会由暗到亮改变，像呼吸一样那么有节奏，起到一个通知提醒作用。第79页PWM LED模块要接数字口，数字口输出是高低电平，也就是灯亮或灭，那么怎样来控制LED亮度呢？ PWM脉冲宽度调制，是利用微处理器数字输出来对模拟电路进行控制一个非常有效技术，能够将数字信号转换成模拟信号。PWM值范围为0255。第80页Arduino与PWM Arduino控制器上面有6个针脚支持PWM：3，5，6，9，10，11。 提醒：不一样板卡支持PWM针脚号可能不一样； LED必须是能够调整亮度。第81页模拟口输出02553，5，6，9，10，11怎样控制灯光亮度呢？这时我们需要用到：第82页基础任务初步控制LED