資源簡介

(共43張PPT)
活動2
設計并制作簡易
防碰撞行車系統
（黔科版）六年級
01
教學目標
02
課堂導入
03
學習目標
04
分析與設計
05
準備與制作
06
運行測試
08
拓展延伸
09
課堂小結
10
板書設計
07
單元小結
01
教學目標
1、信息意識：能夠認識到在行車系統中，信息（如距離、速度）的重要性，并理解如何通過傳感器獲取這些信息。
2、計算思維：能夠將復雜的防碰撞問題分解為可管理的子問題，如距離測量、速度計算、決策制定等。
3、數字化學習與創新：能夠思考如何改進現有的行車安全系統，添加新的傳感器或改進算法來提高系統的準確性和效率。
4、信息社會責任：能夠理解安全性、法律倫理問題以及對未來工作市場的潛在影響。
隨著人們生活質量的提高，家庭用車數量不斷增加。車輛雖然帶來了出行的舒適和便利，但也使交通安全事故不斷增多，尤其是車輛與行人、建筑物障礙物碰撞所引發的安全事故。如果在車輛上安裝一套防碰撞行車控制裝置根據車輛與行人或障礙物之間的距離來控制車速，就可以有效避免碰撞事故的發生，如圖3-2-1所示。本活動讓我們通過動手制作一個簡易的防碰撞行車系統，來深入探究控制系統中的反饋原理。
02
課堂導入
圖3-2-1
02
課堂導入
你將學到
★防碰撞小車的原理是什么
★如何設計并制作一個簡易的防碰撞行車系統
1.分析與設計
2.準備與制作
活動向導
3.運行測試
知識拓展
02
課堂導入
03
分析與設計
本系統通過超聲波傳感器探測車輛與前方行人或障礙物的距離，并將探測結果反饋給輸入環節。隨后，系統將反饋回來的距離與預設的安全停車距離進行比較，如果小車與障礙物之間的距離大于安全距離，系統會控制車輛正常行駛;如果小車與障礙物的距離小于安全距離，系統會控制車輛減速行駛;如果小車與障礙物的距離已接近預警的危險距離，系統會控制車輛停止行駛。
03
分析與設計
超聲波傳感器是一種將超聲波信號轉換成其他信號(主要是電信號)的傳感器。其原理來源于蝙蝠發出超聲波進行定位。超聲波傳感器廣泛應用于工業、國防、生物醫學等領域。
小貼士
03
分析與設計
請完成防碰撞小車的控制系統框圖(圖3-2-2)。
做一做
圖3-2-2
預設安全距離
超聲波傳感器
電機驅動器
小車本身
點擊轉速
車輛位置
傳感器
05
分析與設計
知識拓展
防碰撞小車的原理是什么
一、傳感器技術：防碰撞小車通常配備有多種傳感器，如雷達、激光雷達（LiDAR）、攝像頭等，這些傳感器負責收集車輛周圍環境的信息。
雷達通過發射電磁波并接收反射信號來測量與前方物體的距離和速度。
激光雷達則通過發射激光束并接收其反射信號來獲取高精度的距離信息。
攝像頭提供豐富的圖像信息，有助于識別行人、交通標志等道路特征。
二、數據處理：收集到的傳感器數據會被傳輸到數據處理單元，通常是車輛的中央控制系統。
06
準備與制作
(1)準備硬件器材
本實驗可以使用電子開發板作為控制器，需要準備超聲波傳感器、減速電機和小車運動套件等器材。另外，由于電子開發板上的接口有限，需要配備與之相匹配的拓展板，用來連接超聲波傳感器、小車上的減速電機等輸入輸出設備。
同時，簡易防碰撞行車系統制作完成以后，需要外接電源進行測試，因此，還需要準備移動電源。
06
準備與制作
減速電機是電機與減速器的集合體，主要為設備提供動力驅動。
小貼士
06
準備與制作
數字化學習
上網查閱相關資料，學習超聲波傳感器、減速電機、拓展板的使用方法。
一、了解原理：超聲波傳感器通過發射和接收超聲波來測量物體的距離。它由一個超聲波發射器和一個接收器組成，當發射器發出的超聲波遇到障礙物時會被反射回來，接收器接收到反射波后，根據聲波的傳播時間來計算距離。
二、連接電路：將超聲波傳感器的引腳連接到Arduino或其他微控制器上。通常，超聲波傳感器有三個引腳：VCC、GND和信號引腳。VCC接電源正極，GND接地，信號引腳接到微控制器的數字輸入引腳上。
06
準備與制作
想一想
超聲波傳感器可以用紅外傳感器替代嗎 為什么
一、不可以
工作原理：超聲波傳感器：利用超聲波在介質中傳播時反射或衍射產生的信號進行測量。紅外傳感器：通過紅外線的反射、吸收或發射等方式進行測量。
環境適應性：超聲波傳感器：可以在黑暗環境中工作，對光線變化不敏感。紅外傳感器：可能受到溫度變化、陽光直射等環境因素的影響，從而影響其準確性。
06
準備與制作
分析本實驗需要的各種器材的功能和數量，填寫表3-2-1。
做一做
器材名稱 功能 數量
Arduino主控板
1
作為系統的核心控制器，處理傳感器數據
超聲波傳感器
2
用于測量與前方障礙物的距離
紅外避障傳感器
4
近距離障礙物檢測，防止車輛與其發生碰撞
直流電機
2
驅動車輛前進、后退或轉向
電機驅動模塊
1
提供電機驅動能力，控制直流電機的速度
電源模塊
1
為整個系統提供穩定的電源供應
面包板
1
用于搭建電路原型，便于連接各種電子元件
跳線
若干
用于連接各個電子元件之間的電氣連接
杜邦線
若干
用于連接與其他電子元件之間的信號傳輸
06
準備與制作
(2)連接硬件器材搭建防碰撞小車
一方面，本實驗中涉及的電子開發板、超聲波傳感器、小車運動套件都需要連接到拓展板上;另一方面，這些器材都要安裝在小車上。為了保證測試過程中小車運行安全平穩，小車及車上的器材安裝要牢固不脫落，各種連接線也要結實不松動。作品樣例如圖 3-2-3 所示。
圖 3-2-3
06
準備與制作
組裝過程中，需要使用專業的工具。組裝時，要遵守操作規范，注意安全防護。
小貼士
06
準備與制作
以小組為單位設計簡易防碰撞小車。將主控板、擴展板、超聲波傳感器和減速電機固定在小車適當的位置上，并將車輪安裝到減速電機上。比一比，看誰的小車更牢固、更美觀、更實用。
做一做
06
準備與制作
(3)編寫程序
在本實驗中，除了電子開發板以外,還需要用到超聲波傳感器、拓展板(含電機驅動模塊)等器材。在啟動編程軟件后，首先要在開發環境中選擇對應的器材類型，如圖 3-2-4所示。
圖 3-2-4
06
準備與制作
06
準備與制作
06
準備與制作
超聲波傳感器有很多類型，不同類型的超聲波傳感器在程序編寫時，功能圖塊略有不同。
小貼士
06
準備與制作
設備類型設置完成后，圖形化編程環境會自動添加相應的程序功能圖塊。利用超聲波傳感器的功能圖塊能夠獲取超聲波傳感器測量到的與障礙物之間的距離值;利用擴展板中的電機功能圖塊能夠控制電機工作，如圖3-2-5所示。
圖 3-2-5
06
準備與制作
想一想
如何能知道小車與障礙物之間的真實距離值與超聲波傳感器的測量值是相符的
一、初始化Arduino的各個引腳，設置超聲波傳感器的Trig和Echo引腳為輸出和輸入模式。
二、編寫函數來發送超聲波脈沖并接收回波信號，計算超聲波從發射到返回的時間差。
三、根據時間差和聲速（通常在空氣中約為340m/s）計算障礙物的距離。
使用L298N電機驅動模塊控制直流電機的運動，使小車前進或后退。
06
準備與制作
1、在本實驗中，小車的行駛狀態和小車與障礙物的距離密切相關填寫表 3-2-2，預估小車在不同的行駛狀態下與障礙物距離的關系。
做一做
正常行駛 減速行駛 停止行駛
小車與障礙物的距離
大于200cm
小于100cm
小于50cm
06
準備與制作
2、圖3-2-6 是簡易防碰撞行車系統的算法流程圖(局部)，請將其補充完整，并完成編程。
做一做
06
準備與制作
上一題答案如下：
1、 2、 3、
4、 5、 6、
7、 8、 9、
10、 11、
做一做
200cm
100cm
M1
200
正常行駛
L>S1
輸出電機M1以速度100轉動
減速行駛
電機M1停止
小車停止
程序結束
05
準備與制作
知識拓展
如何設計并制作一個簡易的防碰撞行車系統
一、測試與調試
將小車放置在平坦的地面上，啟動程序并觀察小車的行為。
調整超聲波傳感器的位置和角度，確保其能夠準確測量前方障礙物的距離。
如果發現測量值與實際距離不符，可以檢查超聲波傳感器的安裝位置、方向以及程序中的參數設置是否正確。
根據需要調整L298N電機驅動模塊的控制邏輯，以優化小車的避障性能
06
運行測試
簡易防碰撞行車系統搭建完成后,上傳代碼至電子開發板,運行測試該系統。
06
運行測試
做一做
用電池組或充電寶給防碰撞行車系統供電，將小車放在前方有障礙物的環境中進行測試，檢驗你的小車能否根據與前方障礙物的距離改變運行狀態，以及是否發生了碰撞。
小車與障礙物的距離 小車的運行狀態
測試結論：
200cm
正常行走
150cm
正常行走
80cm
減速行走
20cm
停止行走
小車在不同距離有不同速度不會發生碰撞
06
運行測試
挑戰時刻
針對你的簡易防碰撞行車系統，提出一個優化改進方案，實現以下功能:
1、使其能夠計算并顯示小車的行駛速度!
2、使小車能夠根據其與障礙物的距離發出提醒音、警告音及相應的燈光提醒等。
器材準備
算法設計
程序實現
小車、電源、顯示器、警示燈、傳感器、小喇叭
當距離大于200cm,正常行駛，綠燈無聲音。
當距離小于200cm大于100cm,橙燈小聲音。
當距離小于50cm,紅燈大小聲音。
07
單元小結
07
單元小結
說一說
通過本單元的學習，你有哪些收獲
不僅掌握了控制系統的基本概念和描述方法，還學會了如何使用開環控制系統和閉環控制系統。更重要的是，我在學習過程中鍛煉了自己的邏輯思維能力，提升了溝通與協作能力，并對計算機科學產生了濃厚的興趣。我相信，這些知識和技能將對我未來的學習和職業發展產生積極的影響。我期待在未來的學習中，能夠深入學習更多關于控制系統的知識，掌握更多實用的技能。
07
單元小結
評一評
評價項目 自我評價 小組評價
了解開環控制系統的含義和特點
了解閉環控制系統的含義
能和小組成員一起合作完成防碰撞小車的設計與制作
能體會反饋的意義和作用，并將其應用于設計和優化
07
單元小結
評一評
教師評語
在《控制系統》這一單元的學習中表現出色。他不僅掌握了這一單元的核心概念和技術，還展示了出色的實踐能力和創新思維。
07
拓展延伸
1、紅外傳感器的原理
07
拓展延伸
2、傳感器在日常生活中造成了哪些影響？
(1)健康監測：智能手環和手表等設備內置的傳感器能夠實時監測用戶的心率、血壓、睡眠質量等健康指標，幫助用戶更好地了解自己的身體狀況，并及時采取相應的健康管理措施。
（2）家居自動化：智能家居系統中的溫度傳感器、濕度傳感器、光線傳感器等能夠自動調節室內環境，提高居住舒適度，同時節約能源。例如，智能空調可以根據室內溫度自動調節制冷或制熱模式。
（3）安全監控：攝像頭和運動傳感器等安防設備可以實時監控家庭或公共場所的安全狀況，一旦檢測到異常情況，立即發出警報或通知相關人員。
07
拓展延伸
3、生活中傳感器給我們帶來哪些優勢？
(1)提高效率：傳感器可以自動收集和處理數據，減少人工干預的需求，從而提高工作效率。例如，在工業生產線上安裝傳感器可以實現自動化生產流程控制。
（2）增強安全性：傳感器能夠實時監測環境中的變化，并在必要時發出警報或采取緊急措施。例如，煙霧探測器可以在火災初期就發現火源并發出警報，避免更大的損失。
（3）改善生活質量：智能家居系統中的傳感器可以根據用戶的習慣和偏好自動調節室內環境（如溫度、濕度），提高居住舒適度。
07
拓展延伸
4、我們如何更好地學習傳感器？
(1） 基礎知識：首先需要了解傳感器的基本概念和工作原理。包括傳感器的定義、分類以及它們是如何將物理量轉換為電信號的過程。可以通過閱讀教材、在線課程或參加相關的培訓課程來學習這些基礎知識。
（2）實踐操作：理論聯系實際是非常重要的。可以嘗試自己動手制作一些簡單的傳感器電路，比如溫度傳感器、光敏傳感器等。通過實際操作來加深對理論知識的理解。
（3）項目實踐：參與一些實際的項目或者比賽是一個很好的學習方式。可以選擇一些開源硬件平臺（如Arduino、Raspberry Pi等）來進行項目開發。
08
課堂小結
《設計并制作簡易防碰撞行車系統》課程小結： 不僅讓我們了解了自動駕駛和智能交通系統的基本原理，還讓我們親身體驗了動手制作的樂趣。通過這節課的學習，我們對智能交通系統產生了濃厚的興趣。未來，我們希望能夠繼續深入學習相關知識，并嘗試參與更多的實踐活動。我們相信，隨著技術的不斷進步，自動駕駛汽車將會越來越普及，而我們作為新時代的年輕人，應該積極擁抱變化，努力學習新知識，為推動科技進步貢獻自己的力量。
09
板書設計
設計并制作簡易防碰撞行車系統
一、分析與設計
二、準備與制作
三、運行測試
課后作業
1、在父母陪同在網上查找簡易無線防撞車制作的硬件、網購回來之后在父母的陪同下建議制作。
https：//www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展開更多......

收起↑