資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修2
機器人設計與制作
第三章　機器人的控制器
第 三 節 一體化控制器
教學設計
教學背景
黨的二十大明確指出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢”。
機器人是20世紀人類的偉大發明，今天，它不僅能夠代替人類登陸火星和潛入幾千米以下的深海，還可以不知疲倦地工作在各種生產線上，并服務于我們的日常生活。
關于機器人，我國科學家認為機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。國際標準化組織認為工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機。
教學目標：
知識與技能目標:
1.了解機器人一體化控制器的硬件結構。
2.掌握機器人一體化控制器的一種編程方法。
教學內容分析:
機器人是一種能夠按照預先設計程序而自動執行工作的機械裝置。當前機器人已經大規模地走進工業生產、軍事、政府管理、商業應用等領域，它們可以幫助或代替人類完成不同的工作，在各個方面影響著人類的生活。通過本章的學習，讓我們來初步了解和認識機器人吧。
控制器是機器人的大腦，它負責收集機器人周圍環境及其工作對象的各種有用信息，在程序控制下進行分析判斷并做出反應，控制相應執行機構完成相應動作。一般機器人的控制器都是由計算機系統組成，而簡易機器人的控制器則主要由稱為單片機的微型計算機系統組成。
學情分析:
生活在科技迅猛發展的21世紀，同學們有必要了解一些機器人的知識，因為未來的機器人將對我們的生活和工作產生巨大的影響。
　　自己動手制作機器人是讓同學們了解機器人的最好手段。同學們一起進入機器人設計與制作的精彩世界吧。
教學重難點:
了解機器人一體化控制器的硬件結構。
掌握機器人一體化控制器的一種編程方法。
教學策略:
本節課教學主要由教師通過實物和多媒體手段設置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中發展學生核心素養、培養實踐能力、提升創新意識、開闊認知視野；將自主學習、合作學習、探究學習等多種學習方式滲透進學生的學習和教師的教學當中；不斷嘗試現代教育技術和方法的運用。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
教學過程:
情景倒入:
老師：本節課我們學習《通用技術》選擇性必修2第三章　機器人的控制器第 三 節 一體化控制器。
情景
課堂上，張老師拿出一架小車機器人，放在地上并按了一下運行按鈕，機器人就可以在課室的地上到處走動，但又不會碰撞到任何物品，非常有趣。原來機器人上面安裝著一款一體化的控制器，它是如何控制機器人走動的呢？
一、認識一體化控制器硬件
觀察
觀察老師提供的機器人控制器實物（圖3-15）（參見教材P41）。
圖3-15是一款機器人控制器的示意圖，在它內部裝有高性能的32位微控制器芯片，主頻72MHz，內存儲器容量8MB，內置音量采集和電壓檢測模塊等。控制器外部有一個分辨率為320×240的彩色觸摸屏和3個按鍵作為人機對話的界面，控制器提供8路傳感器接口，每路接口可連接不同類型的傳感器，同時，控制器還提供帶驅動輸出及過載保護并支持編碼輸入的電機接口。
該控制器支持USB、WIFI和HID等多種下載模式，方便程序的下載。
控制器工作電源電壓為6~9V，可接外置直流穩壓電源或內置6節AA電池。
二、編寫控制器程序
實踐
結合圖3-15（參見教材P41）的圖示，認識機器人控制器硬件。把我們搭建好的一臺輪式機器人，通過硬件接線和編程，讓它動起。
方法指導
1．硬件接線與初步調試
（1）把輪式機器人底部用于控制車輪運動的左右兩個電機分別用接線接到控制器的M1、M2端口，如圖3-16（參見教材P42）所示。
（2）按下控制器中央的Power鍵，打開控制器電源，點擊調試欄內的“電機”模塊，如圖3-17（參見教材P43）所示。
（3）進入“電機”調試模塊后，電機會自動轉動，此時觀察電機轉動的方向，通過按下對應端口的速度變向按鈕，把電機調節成能使機器人往前走的轉向，如圖3-18（參見教材P43）所示。
2．編寫程序
（1）圖形化編程。在計算機上打開機器人編程軟件進入圖形化編程界面進行編程。
①拉出兩個電機圖標，端口分別設置為M1和M2，電機速度值設為50。
②拉出一個等待時間圖標，時間設置為1s。
③拉出兩個電機圖標，端口分別設置為M1和M2，電機速度值設為0，如圖3-19所示。
④編譯已編寫好的程序并正確通過后，下載到控制器。
⑤在控制器中選擇該程序并按下運行按鈕，小車向前運行1s后停下。
圖3-1（參見教材P43）9 小車前進1s后停下程序
（2）編寫代碼方式進行編程。在計算機上打開機器人編程軟件進入代碼編程界面進行編程。
①拉出代碼編程圖標Codeeditor。
②打開圖標，在“全局區”輸入以下代碼：
#include“HardwareInfo.c”
#include“JMLib.c”
#include
#include
③在“代碼區”輸入以下代碼：
SetMotor(_M1_, 50); /*設置M1電機速度為50*/
SetMotor(_M2_, 50); /*設置M2電機速度為50*/
圖3-17 點擊“電機”模塊 圖3-18 “電機”測試
SetWaitForTime(1); /*設置等待時間為1秒*/
SetMotor(_M1_, 0); /*設置M1電機速度為0*/
SetMotor(_M1_, 0); /*設置M2電機速度為0*/
④“全局區”“代碼區”代碼如圖3-20（參見教材P44）所示。
3．下載運行步驟
（1）編寫完程序后，按下鍵盤上的F10鍵或者點擊軟件工具欄上的“下載”按鈕，等待程序下載，如圖3-21（參見教材P44）所示。
（2）把控制器與電腦通過USB下載線連接，如圖3-22（參見教材P45）所示。
（3）打開控制器，點擊“磁盤下載”按鈕，等待下載，如圖3-23（參見教材P45）、圖3-24（參見教材P45）所示。
（4）當下載完畢時，屏幕上會顯示：“數據下載完畢！”，如圖3-25（參見教材P46）所示。
（5）輕按控制器電源鍵，返回首頁界面，點擊運行，即可運行程序。
討論
1．要讓小車走得更快一點，應該如何修改程序？請你動手試試。
2．通過修改程序能使小車實現轉彎功能嗎？請你動手試試。
綜合實踐活動
1．上網或到圖書館查閱一種型號單片機的有關資料，指出它有多大的內部存儲空間， 有多少條外部引腳？其中有多少條是I/O引腳？
2．在第一節制作控制8個發光二極管閃爍的作品中，我們發現閃爍的速度太慢。你能使它變快嗎？請動手試一試。
3．你有辦法讓8個發光二極管分左右各4個閃爍嗎？請動手試一試。
4．參照亮點流動流水燈的程序，請設計一個暗點流動的程序，并進行調試運行。
5．你還能想到其他的顯示方式嗎？請將你的想法與同學交流并合作寫出程序流程圖（或寫出程序并進行運行調試）。
6．根據學校條件，試用某種圖形化語言編寫控制機器人按正方形行走（順時針方向） 的程序。
7．上網搜索目前適合機器人的一體化控制器都有哪些？它們都有哪些結構特點？
學習評價
評價內容 評價方式
自評 互評 師評
了解微控制器的基本結構及應用特點
掌握微控制器的使用方法及最小應用系統的設計方法
了解Arduino控制器平臺的硬件結構。掌握Arduino控制器平臺的基本編程方法
了解機器人一體化控制器的硬件結構。掌握機器人一體化控制器的一種編程方法
說明：A—優秀，B—良好，C—合格，D—待改進
通過本章的學習，你的核心素養得到了哪些發展？
板書設計
第 三 節 一體化控制器
一、認識一體化控制器硬件
二、編寫Arduino程序
1．編寫代碼方式
2．圖形化界面方式
教學反思
通用技術
選擇性必修2
電子控制技術
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：李 榕
本冊副主編：鄭永駒 鐘清華
編 寫 人 編：
張百睿 李 榕 鄭永駒 鐘清華　周 嘉 龔澤祥 胡智豪
廣東教育出版社
廣東科技出版社

展開更多......

收起↑