川教版(2019版)九年级信息技术下册课件第二单元第2节《安全消防机器人》

中物理第二单元探索未来城市中的机器人川教版（2019）信息技术（九年级下册）第2节安全消防机器人1课堂导入1课堂导入机器人可以替代或辅助人类在特殊岗位从事危险度高、工艺复杂的活动。如在极端环境、自然灾害、火灾、危化品爆炸、核泄漏等安全事件中，机器人可以进入危险环境，凭借远程通信、定位、防爆、防水、防病毒以及人工智能等功能，实现安全作业，最大限度地保障人员及财产安全。思考：请说说在城市生活中，存在哪些安全问题，面对这些问题，你有解决的思路吗?学习目标11.理解火焰传感器的工作原理并掌握其使用方法。2.学会一种避障算法，实现避障功能。3.能设计、搭建一个消防机器人模型，并编写程序实现功能。2目录一、项目分析，方案确定二、系统搭建，功能实现三、程序调试，实验优化项目分析，方案确定一一、项目分析，方案确定项目分析，方案确定一1.需求分析如果我们也想尝试制作一个城市“消防员”——消防机器人，用来替代消防员执行消防任务，我们就有了制作需求。项目分析，方案确定一2.技术选型我们要制作消防机器人，可以使用火焰传感器检测火源是否存在，使用超声波测距模块检测障碍物的距离。火焰传感器是利用火焰发出特定波长的红外线（波长760~1100nm)来检测光源的传感器。它把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号输入到控制器里，控制器根据信号的变化做出相应的程序处理。项目分析，方案确定一3.功能分析根据器材的基本特性，可以把消防机器人模型分成控制器、检测装置、运动装置和灭火装置四个部分。消防机器人控制器检测装置运动装置灭火装置项目分析，方案确定一4.问题建模为了模拟消防机器人检测火源和灭火的过程，建立问题模型：在一定空间里寻找火源，并用风扇吹灭火源。项目分析，方案确定一5.方案确定作品功能：机器人在一定空间内探测火源，若发现火源，则启动灭火装置灭火。材料清单：Arduino控制器、火焰传感器、超声波测距模块(HC-SR04)、直流电机驱动模块1(L298N)、直流电机驱动模块2(E9110)、直流电机（带风扇）、USB数据线。实现过程：先搭建消防机器人的结构，将控制器与运动装置、检测装置、灭火装置正确连接；分步骤检测各装置正常运行后编写程序，实现灭火功能；并在实际环境中不断运行实验和优化参数。项目分析，方案确定一运行流程见下图：开始直行遇到障碍物？检测是否为火源？火源是否熄灭？避开障碍物启动灭火装置否是是是否否系统搭建，功能实现二二、系统搭建，功能实现系统搭建，功能实现二1.结构搭建根据设计方案，搭建消防机器人的基础结构，并安装好火焰传感器、超声波测距模块、电机驱动模块等。灭火风扇和L9110电机驱动模块L298N电机驱动模块Arduino控制器超声波测距模块电池盒机器人驱动轮火焰传感器系统搭建，功能实现二2.系统接线基于消防机器人的基本结构，设计电路连接图将Arduino控制器与运动装置、检测装置、灭火装置连接好，并记录好器件针脚对应表。系统搭建，功能实现二连接端口对应表模块名称模块端口Arduino控制器端口火焰传感器VCC5VGNDGNDDO8超声波测距模块VCC5VGNDGNDEcho3Trig2灭火风扇电机驱动模块(L9110)VCC5VGNDGNDIB110IA19左右轮电机驱动模块(L298N)IN17IN26IN35IN44系统搭建，功能实现二3.程序编写在设计较复杂的程序时，程序员往往会将一个复杂的程序按照功能划分为若干个小的程序模块。每个小的程序模块实现一个确定的功能，并在这些模块之间建立必要的联系。通过模块的互相协作完成整个功能，这种程序设计的方式称为模块化的程序设计。现在我们需要将消防机器人的功能进行细化，使用模块化的方式逐一地实现消防机器人的功能。（1）消防机器人避障功能问题模型中，消防机器人在一个封闭的空间内运动，消防机器人行进的动作分为直行、后退、左转、右转和停止。现在我们应用模块化的编程思想，先来编写子模块函数。系统搭建，功能实现二直行函数后退函数左转函数右转函数停止函数不同电机的速度参数要根据不同情况分别进行调试、确定系统搭建，功能实现二超声波测距模块用于检测障碍物与消防机器人的距离，在调试时可以使用串口打印功能测试超声波测距模块的运行情况。下图为串口输出超声波测距距离程序示例：系统搭建，功能实现二任务一：请设计实验，检测超声波测距模块的灵敏度，以及它在不同场景和障碍物存在的情况下测量距离的精度情况。在能正确检测障碍物的距离后，我们就要开始着手设计机器人小车的避障功能，先设计出避障算法。我们先来看一种简单的避障算法的流程图以及避障程序示例：系统搭建，功能实现二开始直行、障碍物检测后退__1__秒钟左转弯障碍物距离>_20_cm？是否系统搭建，功能实现二小提示：障碍物距离参数和后退、左转的时间参数需要根据电机和环境情况反复调试与优化。系统搭建，功能实现二任务二：你认为上面的避障算法有需要改进的地方吗？请根据设计的算法画出相应的流程图，并编写程序上传到消防机器人以验证算法的正确性与避障效率。(2）消防机器人灭火功能灭火动作由风扇吹灭火焰来模拟，可以将灭火动作设计为启动电机带动风扇灭火和停止风扇灭火两个函数。系统搭建，功能实现二火源用火焰传感器检测：火焰传感器DO针脚输出为数字信号，信号为“0”时表示检测到火焰，为“1”时表示未检测到火焰。那么火源的检测及灭火动作的程序如下：上图中的程序使用了循环语句和条件语句，当检测到火源时（8号管脚读入的数值为“0”时）则循环执行“outFire”函数，直到没有检测到火源时（8号管脚读入的数值为“1”时）则执行“stopOutFire”函数。系统搭建，功能实现二(3）程序整合在前面程序模块设计和实验调试之后，将消防机器人按原先设计的算法流程图进行整合。程序调试，实验优化三三、程序调试，实验优化程序调试，实验优化三将程序上传至Arduino控制器，并将消防机器人放在实际模拟场景中，记录实验结果，实现消防机器人的主要功能。任务三：通