資源簡介

(共42張PPT)
第7單元 第3課
（湘科2024版）六年級
下
自動巡線守交規(guī)
1
核心素養(yǎng)目標
3
活動目標
5
練習提升
7
拓展延伸
2
新知導入
4
新知講解
6
開拓視野
活動日志
8
01
核心素養(yǎng)目標
信息意識
計算思維
數(shù)字化學習與創(chuàng)新
信息社會責任
討論自動駕駛安全冗余設計的意義，思考車路協(xié)同對交通效率的影響，辯證看待技術替代人工駕駛的倫理問題。
使用圖形化編程實現(xiàn)巡線邏輯，通過實驗調(diào)試轉彎參數(shù)，利用傳感器數(shù)據(jù)診斷跑偏原因，設計多場景測試優(yōu)化算法。
能用雙傳感器狀態(tài)判斷偏離方向，分解巡線問題為“檢測-判斷-調(diào)整”邏輯步驟，通過條件語句實現(xiàn)閉環(huán)控制與動態(tài)糾偏。
理解灰度傳感器通過反射光強度識別黑線與白地，關注多傳感器協(xié)同工作對自動駕駛的必要性，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動決策的思維。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數(shù)字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
在生活實際中，汽車要在正確的道路上行駛才能保證安全。道路除了有直線部分以外，還有曲線部分。駕駛員通過觀察路面狀況、周邊場景和交通標志，能將汽車保持在道路中間行駛。汽車在無人操控的情況下，也要能實現(xiàn)這一功能。
02
新知導入
小車是如何知道要沿著黑線行駛的呢？
小車通過底部的灰度巡線傳感器來檢測道路顏色，當傳感器識別到黑線時，就會向控制中心發(fā)送信號，從而引導小車沿著黑線行駛。
02
新知導入
思考
自動巡線技術有哪些實際應用？
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數(shù)字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
自動巡線技術在工業(yè)自動化、智能家居、自動駕駛等領域都有廣泛應用，如物料搬運機器人、掃地機器人、自動駕駛等。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數(shù)字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
想象一下，小車通過內(nèi)置的灰度巡線傳感器，能夠智能識別道路，自動沿著黑線軌跡行駛，這就是自動巡線技術的神奇之處。
灰度巡線傳感器，作為小車的“智慧之眼”，通過感知道路顏色變化，引導小車沿著黑線安全、穩(wěn)定地前行。
02
新知導入
03
活動目標
了解自動巡線的基本原理。
體驗編程模擬控制自動巡線的過程。
04
新知講解
一、分析自動巡線的基本原理
在生活中，汽車要保持在路中間行駛，都是通過以下方法來實現(xiàn)的：
（1）觀察前方道路；
（2）根據(jù)道路兩側的交通標志線，判斷中間位置；
（3）如果發(fā)現(xiàn)自己偏離中間位置，就調(diào)整前行的方向，回到中間位置繼續(xù)前進。
為了保證交通安全，道路一般都有清晰的標識。
自動巡線的原理
開動腦筋
小組討論：汽車如何自動感知道路“中間”并保持沿著車道中間行駛呢？
04
新知講解
自動駕駛汽車上的“眼睛”如攝像頭、顏色傳感器等，可以辨別車道線。根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，計算出道路的“中心線”，并指揮汽車沿著“中心線”行駛。
開動腦筋
具體來說，當汽車向左或向右偏離了“中心線”時，就指揮車向相反的方向轉一定角度，回到“中心線”上，讓汽車盡量保持沿著道路中間行駛。這種控制汽車沿著某條“線”行駛的方法，叫作巡線行駛。
04
新知講解
04
新知講解
二、模擬控制自動巡線的過程
在小車模型的基礎上，增加“灰度巡線傳感器”作為輸入設備，通過運算控制小車的行駛狀態(tài)，讓小車自動沿道路中間行駛，實現(xiàn)自動巡線功能如下圖所示。
自動巡線的過程
信息鏈接
灰度巡線傳感器上安裝有一個發(fā)光二極管和一個光敏電阻，發(fā)光二極管發(fā)出光線遇到檢測面后反射至光敏電阻。在此過程中，不同顏色的檢測面對光線的反射程度不同，淺色的檢測面反射較多光線，而深色的檢測面反射較少光線。光敏電阻檢測反射光線的強度，并將其轉換為信號傳遞給控制中心，從而判斷當前檢測面的顏色。
04
新知講解
①如何用兩個灰度傳感器區(qū)分黑線與白地？②當左/右傳感器檢測到黑線時，小車該往哪邊轉彎？③程序需要循環(huán)判斷還是單次執(zhí)行？④怎樣讓小車轉彎幅度不晃悠？⑤遇到十字交叉線怎么辦？⑥如果小車跑偏，可能是什么原因？結合實驗數(shù)據(jù)和小車模型，像偵探一樣一步步解決問題！
開動腦筋
根據(jù)前面的知識，小組討論：如何結合“巡線行駛”的方法與灰度巡線傳感器的原理，控制小車沿著黑線行駛呢？
04
新知講解
①如何用兩個灰度傳感器區(qū)分黑線與白地？
②當左/右傳感器檢測到黑線時，小車該往哪邊轉彎？
③程序需要循環(huán)判斷還是單次執(zhí)行？
④怎樣讓小車轉彎幅度不晃悠？
⑤遇到十字交叉線怎么辦？
⑥如果小車跑偏，可能是什么原因？結合實驗數(shù)據(jù)和小車模型，像偵探一樣一步步解決問題！
04
新知講解
如果小車上裝有P1和P2兩個灰度巡線傳感器，實現(xiàn)“巡線功能”的方法見下表。
小車行駛狀態(tài) 感知過程(輸入) 判斷過程 (控制) 執(zhí)行過程 (輸出)
P1: 感應黑色 P2: 感應黑色 車沿中間行駛 直行
P1: 感應白色 P2: 感應黑色 車向左偏移軌道 向右轉
P1: 感應黑色 P2: 感應白色 車向右偏移軌道 向左轉
04
新知講解
小車在行駛過程中一直執(zhí)行“巡線功能”，就可以保持沿著黑線軌道行駛。
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗目的：理解控制自動巡線的基本原理。
04
新知講解
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗設計：小組合作，完善自動駕駛模擬小車模型，編寫程序，控制小車在模擬道路上，沿著黑線行駛。
04
新知講解
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗準備：搭建好的小車模型、灰度巡線傳感器、巡線圖等。
04
新知講解
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗過程：（1）搭建自動巡線小車模型。在小車模型上正確安裝好灰度巡線傳感器用連接線與主控板連接。
04
新知講解
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗過程：（2）檢測黑白線。打開串口監(jiān)視器將灰度巡線傳感器分別放在巡線圖的黑線與白色處，反復測試，完成下表，為后面的程序編寫做準備。
04
新知講解
檢測顏色 灰度巡線傳感器返回值
黑色 5
白色 6
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗過程：（3）編寫程序。
04
新知講解
探究實踐
理解控制自動巡線的基本原理
實驗過程：（4）運行程序，根據(jù)小車巡線的實際情況，修改完善程序。
04
新知講解
05
練習提升
1.在“自動巡線”小車中，能“識別黑線”的傳感器是灰度巡線傳感器。
05
練習提升
2.以下關于“巡線的原理”說法正確的是（ C ）
A.“巡線”巡的只能是黑線
B.灰度巡線傳感器能直接識別顏色，并返回具體的顏色名稱給主控板
C.灰度巡線傳感器檢測的是不同顏色對紅外線的反射強度差別
D.只要可以識別到黑色，小車就可以巡線行駛
05
練習提升
3.思考并討論，“巡線行駛”會受哪些因素影響。
巡線行駛主要受傳感器靈敏度、環(huán)境光線、小車硬件、程序算法和線路設計影響。比如傳感器不夠靈敏或安裝太高可能檢測不準，強光或反光會干擾數(shù)據(jù)，輪子打滑或電機反應慢導致控制不穩(wěn)，程序參數(shù)沒調(diào)好會讓小車“搖頭晃腦”，而線太細、彎太急或有污漬也會讓小車迷路。簡單來說，得讓傳感器準、環(huán)境穩(wěn)、小車靈活、程序聰明、線路清楚才行！
07
拓展延伸
現(xiàn)實中的自動駕駛技術探秘
感知系統(tǒng)的“超級眼睛”：
自動駕駛汽車通過激光雷達、攝像頭和毫米波雷達，像人類感官一樣實時捕捉道路信息。
AI大腦的決策奧秘：
車載計算機用人工智能算法分析數(shù)據(jù)，瞬間判斷加速、轉向或剎車動作。
07
拓展延伸
現(xiàn)實中的自動駕駛技術探秘
高精度地圖導航：
比普通地圖精確到厘米級，車輛能提前“記住”彎道、紅綠燈位置和障礙物分布。
安全冗余設計：
關鍵系統(tǒng)（如剎車、供電）均配備雙備份，確保單一故障不會引發(fā)事故。
07
拓展延伸
現(xiàn)實中的自動駕駛技術探秘
真實路測與虛擬仿真：
數(shù)百萬公里虛擬測試+真實道路試跑，不斷優(yōu)化應對暴雨、擁堵等復雜場景的能力。
未來交通的“車路協(xié)同”：
車輛與紅綠燈、其他汽車聯(lián)網(wǎng)通信，形成全局智慧交通網(wǎng)絡，提升通行效率。
08
單元回顧與評價
單元回顧
08
單元回顧與評價
評價交流
1.同學之間相互交流，分享各自的收獲
這次自動巡線課程真是讓我大開眼界。我學會了灰度巡線傳感器如何幫助小車“看見”道路，并沿著黑線前進。真的很有趣，也讓我對科技充滿了興趣！
08
單元回顧與評價
評價交流
2.評一評，畫一畫。(最高為5顆★)
評價內(nèi)容 自我評價
理解自動行駛和停車的基本控制原理
學會編程模擬實現(xiàn)自動行駛與停車
理解小車避障的基本過程和基本控制原理
學會編程模擬實現(xiàn)自動控制避障
理解自動巡線的基本控制原理
學會編程模擬實現(xiàn)自動巡線
08
單元回顧與評價
評價交流
2.評一評，畫一畫。(最高為5顆★)
學習表現(xiàn) 自我評價 同學評價 教師評價
積極參與探究活動和小組合作
能充分利用數(shù)字工具開展學習
能提出有創(chuàng)意的想法和觀點
主動分享和展示學習成果
09
活動日志
活動日志 班級：XX 姓名：XX 活動名稱 自動巡線守交規(guī)
活動環(huán)節(jié) 1口分析自動巡線的基本原理 2口模擬控制自動巡線的過程（在對應環(huán)節(jié)畫V）
活動完成內(nèi)容 完善自動駕駛模擬小車模型，控制小車沿著黑線行駛，
活動完成度 口口口口口口口口口(100%)
活動小結 問題與反思：語法錯誤、編輯錯誤。
改進的方法：加強對自動巡線基本原理的理解。
09
板書設計
自動巡線守交規(guī)
1.進行新知引入
2.了解自動巡線的基本原理
3.體驗編程模擬控制自動巡線的過程
4.完成課堂練習
5.進行知識拓展
10
課后作業(yè)
01
請編寫一個程序，實現(xiàn)自動巡線的過程。
10
課后作業(yè)
02
小組分享對控制自動巡線的基本原理的理解。
10
課后作業(yè)
1、灰度巡線傳感器檢測黑線的原理是？ （ ）
A. 測量表面溫度差異 B. 識別黑線形狀輪廓 C. 通過反射光強度判斷顏色深淺 D. 感知黑線材質(zhì)硬度
2、當小車左傳感器檢測到黑線時，正確的調(diào)整方向是？ （ ）
A. 繼續(xù)直行無需轉向 B. 向左輕微轉向 C. 向右大幅度轉彎 D. 立即停車
3、自動駕駛汽車中“安全冗余設計”的主要作用是？ （ ）
A. 提高車輛行駛速度 B. 降低制造成本 C. 增強車輛外觀設計 D. 防止單一故障導致事故
4、以下哪項是巡線程序必須包含的結構？ （ ）
A. 循環(huán)結構持續(xù)檢測 B. 僅執(zhí)行一次判斷 C. 隨機生成轉向指令 D. 完全依賴人工遙控
5、車路協(xié)同系統(tǒng)對交通效率的提升體現(xiàn)在？ （ ）
A. 減少車輛輪胎磨損 B. 增加紅綠燈數(shù)量 C. 車輛與道路設施聯(lián)網(wǎng)通信 D. 完全取消人類駕駛員
C
C
B
D
A
10
課后作業(yè)
6、請描述自動巡線小車沿黑線行駛的基本過程，需說明傳感器與程序如何配合工作。
7、灰度傳感器在黑色表面檢測時反射光更多。 （ ）
8、巡線小車程序需要單次執(zhí)行以避免重復操作。 （ ）
9、十字交叉線會導致巡線小車誤判，需特殊處理。 （ ）
自動巡線小車通過底部兩個灰度傳感器實時檢測地面反射光強度。當左傳感器檢測到黑線時，說明車身偏右，程序控制左輪減速或右輪加速，使小車向左轉向；反之則向右調(diào)整。程序通過循環(huán)結構持續(xù)判斷傳感器數(shù)據(jù)，動態(tài)修正行駛方向，形成“檢測-判斷-調(diào)整”的閉環(huán)控制，最終保持沿黑線行駛。
錯
錯
對
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