1小时学会Aduino第一讲创意机器人入门课件

16四月20241小时学会Aduino第一讲创意机器人入门基于Arduino单片机的

创意机器人培训辅导技术支持:中山市大谷科技有限公司

/QQ32506476Tel88811951材料供应:/授课人：中山纪念中学冯庆学情调查A、是学校机器人方面的教练B、是信息技术、通用技术或科技教师C、接触过机器人D、从未接触过机器人和编程2012年6月，在广东省首届创意机器人比赛的成功举办表明这种机器人初具影响，中山教师应该关注。 Arduino这种开源积木式单片机也值得广大科技教师学习。

关注新赛事——创意机器人比赛比赛规则分析大赛分为“龙舟争霸赛（非智能型）”和“龙舟挑战赛（智能型）”两种赛事，“龙舟争霸赛”比拼的是速度和结构设计创意；“龙舟挑战赛”比拼的是速度和机器人编程避障。大赛以小组为单位报名，每一组2-4名学生，比赛过程中，主办方只为参赛队提供马达、木板、齿轮等简单的材料，参赛队需在此基础上充分发挥创新能力、团队协作能力、专业知识和动手能力制作作品。1、知识目标：认识创意机器人（开源机器人）了解Arduino2、能力目标通过亲身操作，使教师能用atmega8单片机搭建一些简单的电路设计，掌握单片机连接电脑，与电脑进行通讯的能力，驾驭基本C语言，实现简单数据端口的设置，模拟端口的读取，PWM脉冲输出控制。将机器人机械部分和电路部分整合起来实现简单功能。3、情感目标 感受Arduino积木式电路的思想，喜欢上这种从教底层来制作机器人的活动，并在教学中展开尝试。 相互交流/建立联络二、教学目的教学重点：基于Arduino的积木式电路搭建，电路与计算机的连接与通讯，程序的编写调试教学难点：用原件搭建电路电路和程序的调试三、重难点分析听课教师是科技类教师，普遍具备较好的计算机基础，有一定的程序设计能力。一部分教师有较丰富的机器人辅导经验，接受很快。另一部分教师可能未曾接触过机器人，接受起来会慢一点。要求教师具备电子基本知识，但有些老师很久不用，可能淡忘。处理办法：分组，老带新；从我校带来助教。四、学情分析1、操作、体验为主2、创设情境，任务驱动，多种任务，自主选择3、图片、视频体验优秀作品4、创设小论坛，讨论心得经验，促共同提高5、建立联络方式，促进学术圈形成五、教学策略一、什么是（开源型）创意机器人二、创意机器人的开展三、创意机器人的常见机械结构四、Arduino积木式单片机的基础知识五、练习，自主完成任务六、总结，形成联络教学内容及程序一、什么是（开源型）创意机器人10’讲解、展示二、创意机器人的开展可否涵盖：技术与设计I、II必修机器人制作选修模块电子控制选修模块10’讨论三、创意机器人的常见机械结构10’幻灯实物展示Atmega8芯片的结构Atmega8芯片的功能Arduino最小系统的搭建（12’）用USB连接计算机，写入闪灯程序（20’）各种Arduino板及结构（20’）一些常见的单片机外围电路输入：电阻、光、热、超声等输出：晶体管、场效应，双向电机驱动，继电器四、Arduino积木式单片机讲解、部分练习成功小组的作品展示教师代表谈感言资料共享与交流联络小结：互动交流赛况及作品什么是创意机器人开源机器人（OpenSourceRobot）是一种应用于科学研究和教学的资源开放型机器人。其主要特点体现在机器人硬件或软件的开放性。由于硬件和软件资源的对外开发，极大地方便了机器人技术开发人员的技术交流及二次开发。相信随着开源机器人的逐步普及，机器人技术的发展将会被推到新的高潮。国外开展情况一篇博客反应的美国高中机器人比赛我儿子学校的这个机器人俱乐部，是他们学校众多俱乐部里的一个。自愿参加（但一般要求在9年级是就要加入，不能半路加入）（美国高中阶段是9年级到12年级）。只有一名老师义务指导他们的活动。每年全美（包括加拿大）高中生机器人俱乐部都举行比赛。由全美俱乐部每年这个时期统一发布一个机器人比赛内容和规则（每年都不一样），统一购置并发放一批器件材料（价值4千美元，参赛队自筹购买）。发布比赛规则后，要在6周时间里将机器人建造好，先开始在学校所在州里进行选拔赛，选上以后，再参加地区赛，最后进入全美赛。这个活动，全部是自筹资金。4千美元的指定材料，使大家的起点一致。但实际建个机器人，至少还要需要另外几千美元。去年儿子所在俱乐部最后用了1万2千美元，都是一家叫BOSCH的公司赞助的。这次比赛是今年赛季的热身赛（KICKOFF），用的是去年的机器人和比赛规则。因为每年的规则都不一样，机器人的行为，动作，功能也就不一样。譬如去年的机器人，机器人自控比赛，在15秒内，机器人成能自动按赛场跑道，根据赛场情况控制一定的行动，跑出的距离越远越好（一个和羽毛球场大小差不多的比赛场地，竖向分成双向跑道，六个机器人一起跑，所以要防止能规避碰撞，能自动根据情况选择合适的拐弯，掉头等）。然后是两分钟的遥控机器人比赛，机器人能将高处的球打下来（1分），能将球捡起，并抛过场地里横杆（2分），将球放在横栏上（6分）。还有一些细节，犯规等要求。“FIRST”科学兴趣系统分得很详细，按照孩子的年龄分为不同组，最小的6-9岁组，果果已经可以参加。但是这个年龄段的科技项目主要以LEGO为平台，还没有上升到机器人的层面。中级组也是类似，可能难度更大些。高级组的大孩子才会动手自己设计组装机器人，就是我们今天看到的这种比赛。

将小车开到杆顶日本中学生举行机器人搭建“金字塔”比赛

参加当天比赛的中学生要在30分钟内操作自己制造的机器人，推广开源机器人的意义1、当前国内机器人出现了一些问题。2、开源机器人优势：有助于学生亲身参与，从最底层获得硬件制作的经验，培养空间思维、创新意识；廉价质优，容易普及，适合在教学中使用；软硬件结合，可以更加直接地接触到电子电路，了解元器件运行原理，对电学学习带来帮助；有助于科技创新活动开展。不用半导体零件的机器人面具机器人：疯狂的小鸟探索在通用技术中的应用1、可以整合《电子控制》和《机器人制作》选修模块。2、有助于激发学生学习兴趣。3、我制定的学习路线：①虚拟机器人的程序设计②实体机器人的基本结构及搭建③学习arduino单片机，用单片机控制机器人4、探索阶段，期待同行的支持及提出批评和建议。适合中学生的开源机器人构成基本部件：结构部件较为随意，可以使用舵机、马达、齿轮、皮带、履带、链条等各种零部件。也可以使用其他套装机器人的结构材料，甚至废物利用的材料。控制部分以AVR为主流的单片机进行控制(Arduino板)，编程简单，可以用C语言编程，学习周期短（华南理工大学还开发了图形积木式编程环境）。开源的好处：网上资源很多，方便学习，扩展性好。机器人创意设计的几个关键因素一、设计者的灵感、创新思维 灵感来源于认知的积累。二、基本知识 1、机器人躯干----机械设计 2、机器人动力----电气系统 3、机器人感知----传感系统 4、机器人能源----供电系统 5、机器人灵魂----控制系统机器人大赛中机器人的设计流程

方案中常常涉及的问题

1、电机的选择。负载估算方法：有效力的估算、无效力的估算、惯性力的计算。2、材料、构件与轻量化设计。材料与型材、金属材料和非金属材料。3、传感器与控制系统控制对象、测量对象、选择传感器、控制方法与控制系统。

创意机器人的常见机械结构机器人的机械部分机械原理1、连续运动间断运动 槽轮2、快速（慢速）慢速（快速） 变速3、转动（直线运动）直线运动（转动） 齿轮齿条4、正向运动反向运动 换向器5、转动往复（活塞式） 曲柄滑块6、水平运动垂直运动 凸轮7、转换转动方向 斜齿轮8、其他分享：

你对创意类机器人辅导有什么心得？积木式的单片机系统ArduinoArduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的arduino板）和软件（arduinoIDE)1、使用低价格的微处理控制器(ATMEGA8或ATmega168等)。2、开放源代码的电路图设计3、可依据官方提供的Eagle格式PCB和SCH电路图，简化Arduino模组，完成独立运作的微处理控制。可简单地与传感器，各式各样的电子元件连接(EX：红外线,超音波,热敏电阻,光敏电阻,伺服马达,…等刷写bootloader之后，可以通过串口或者USBtoRs232线更新固件。程序开发IDE下载地址：http://arduino./files/arduino-1.0.1-windows.zip

Atmega8芯片的结构Atmega8芯片的功能Arduino最小系统的搭建（12’）用USB连接计算机，写入闪灯程序（20’）一些常见的单片机外围电路输入：电阻、光敏、热敏、超声、压感，磁敏等输出：晶体管、场效应，双向电机驱动，继电器Arduino积木式单片机讲解、部分练习积木式Atmega8单片机入门直列式封装的Atmega8ATQFPTopViewA5A4A3A2A1A0每个端口都是特殊的寄存器。单片机就是通过操作这些特殊寄存器来实现数据的输入输出和对外控制的。本单片机还内置了AD数模转换输入6个端口，3个PWM波形输出口任务1：$

在面包板上搭建最小Arduino系统任务目的：了解硬件构成1、在“任务1.doc”文档中用绘图方式完成虚拟搭建。

按照最小系统原理图，在面包板上连接元件（Word中完成）贴片封装形式MiniDriver板功能结构图Arduino开发平台简介（3’）ISP线与BootLoader的刷写（挽救法）（2’）ArduinoC语言基本结构和语法介绍（7’）单片机与计算机通讯（程序分析和调试）（8’）数字输入输出端口的控制（程序演示）（3’）模拟量的读入、PMW脉冲的输出（5’）五、分组完成任务（30’）任务A：红外感应的霓虹灯任务B：智能调光台灯任务CD：接力小车、循线小车四、Arduino积木式单片机（程序）讲解、练习任务2：

用USB线调试程序1、安装CP210x驱动程序，配置Arduino端口，设置电路板类型2、写入测试程序任务目的：掌握最基本程序调试方法安装USB串口驱动程序ISP线与BootLoader的刷写（挽救法）ArduinoC语言基本结构和语法介绍单片机与计算机通讯数字输入输出端口的控制模拟量的读入、PMW脉冲的输出Arduino程序开发讲解、练习ArduinoC语法介绍常量：HIGH|LOW表示数字IO口癿电平，HIGH表示高电平（1），LOW表示低电平（0）。INPUT|OUTPUT表示数字IO口癿方向，INPUT表示辒入（高阻态），OUTPUT表示辒出（AVR能提供5V电压40mA电流）。true|falsetrue表示真（1），false表示假（0）。

更多语法介绍在帮助文件或电子元件\单片机\Arduino_电子积木基础套装中文教程.pdf文件中常用功能函数数字I/O

pinMode(pin,mode)数字IO口辒入辒出模式定义凼数，pin表示为0～13，mode表示为INPUT戒OUTPUT。

digitalWrite(pin,value)数字IO口辒出电平定义凼数，pin表示为0～13，value表示为HIGH戒LOW。比如定义HIGH可以驱动LED。

intdigitalRead(pin)数字IO口读辒入电平凼数，pin表示为0～13，value表示为HIGH戒LOW。比如可以读数字传感器。模拟I/O

intanalogRead(pin)模拟IO口读凼数，pin表示为0～5（Atmega8中用A0~A5）。比如可以读模拟传感器（10位AD，0～5V表示为0～1023）。

analogWrite(pin,value)-PWM数字IO口PWM辒出凼数，Arduino数字IO口标注了PWM癿IO口可使用该凼数，pin表示9,10,11，value表示为0～255。比如可用于电机PWM调速戒音乐播放。时间函数

delay(ms)延时凼数（单位ms）。delayMicroseconds(us)延时凼数（单位us）。Arduino程序的常见结构inttimer=1000;constintLedPin=13;//设置一些全局变量和或常量//执行硬件启动或复位后，就会先执行setup()过程，通常在此编写设置代码voidsetup()

{Serial.begin(9600);//启动串口通讯pinMode(LedPin,OUTPUT);//设置端口类型（输入或输出）Serial.println("welcome!");}//执行一次setup()过程后，就进入loop()过程，并无限循环voidloop()

{digitalWrite(LedPin,HIGH);delay(timer);digitalWrite(LedPin,LOW);delay(timer);}语法：Serial.print(val)

Serial.print(val,format)

Serial.println(val)Serial.print(78,BIN)gives“1001110“二进制Serial.print(78,OCT)gives“116“八进制Serial.print(78,DEC)gives“78“十进制Serial.print(78,HEX)gives“4E“十六进制Serial.println(1.23456,0)gives“1”小数点后保留几位Serial.println(1.23456,2)gives"1.23"Serial.println(1.23456,4)gives"1.2346"任务3：

编写程序，伴随LED闪烁向计算机发出“HelloArduino!（后跟计数）”1、修改Blink例子，具备上述功能2、按Ctrl+M打开串口观察窗，观察结果。任务目的：串口通讯可以帮助我们了解传感器的参数，还能进行调试、远程通讯、遥控……外围电路及实际程序开发 根据教程内容，选择一个适合的任务完成。$

任务A、B难度★★★

任务C难度★★★☆

任务D难度★★★★☆

自选任务请参看文件：

自选任务.ppt光说不练，假把式。又说又练，真把式！！龙舟机器人的参考电路上拉电阻断开按下LED基本电路电阻LED电源（正/负）流水LED霓虹灯按钮控制LED亮灭

输入输出高低电平intlight=LOW;//=0intLedPin=13;intKeyPin=14;voidsetup(){pinMode(LedPin,OUTPUT);pinMode(KeyPin,INPUT);}voidloop(){if(digitalRead(KeyPin)==0)light=!light;digitalWrite(LedPin,light);delay(100);}彩色LED红/绿/蓝三原色根据公共端的不同有共阳/共阴两种Arduino中的模拟输出analogWrite(pin,value)pin为Arduino上的PWM引脚9,10,11

value取值0-255PWM实现模拟信号的数字化方法Arduino控制LED淡入淡出效果

PWM可变方波输出你会认管脚吗？大的倒三角为负极，如果塑封帽上有平口的一边也是负极你知道怎么检查红外发射管是否工作吗？模拟输入通常基于分压原理电位器电子积木300度旋转角度传感器Arduino中的模拟输入intanalogRead(pin)pin:模拟输入引脚A0,A1,A2,A3,A4,A5返回值:0-1024(10位精度)例子:可变电阻调节LED亮度通过读取电位器的值来控制LED灯的亮度功能：调节电位器RPot，使输入模拟量的变化来改变LED闪烁的频率intledPin=13;//设定控制LED的数字IO脚intRPotPin=5;//设定模拟输入IO脚intval=0;//定义一个变量voidsetup(){pinMode(ledPin,OUTPUT);//设定数字IO口的模式，OUTPUT为输出}voidloop(){val=analogRead(RPotPin);//读模拟IO口上的数据digitalWrite(ledPin,HIGH);//设定PIN13脚为HIGH=4Vdelay(value);//延时时间为模拟输入的值digitalWrite(ledPin,LOW);//设定PIN13脚为LOWdelay(value);//延时时间为模拟输入的值}其他积木式外围传感器300度旋转角度传感器多圈旋转角度传感器60行程滑动电位器推子游戏杆控制杆JoyStickSharp红外距离传感器30cm,80cm,150cm,5.5m三轴加速度传感器FlexiForce压力传感器1lb,25lb,100lbFSR系列压力传感器压力1-10kG尺寸和外形不同直流电机将电能转换为机械能的一种装置两个电源接头在适当的电压下给予足够的电流时将连续旋转，旋转方向由电流方向决定普通直流电机转速高力矩小，适用于对力矩要求小的场合直流减速电机直流减速电机（齿轮减速电机）是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱可以提供较低的转速和较大的力矩，不同的减速比可以提供不同的转速和力矩常见的外围电路用三极管或者MOS管驱动电机H桥式驱动电路4个三极管控制一个直流电机只让对角线上的一对三极管导通否则会短路，烧坏三极管能同时控制速度和方向从左到右信号依次为