2.2 安全消防机器人（课件）-九年级信息技术下册同步精品课堂（川教2019版）

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 学易同步精品课堂 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 1 1. 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 ~1100 nm )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 VCC 5V GND GND DO 8 超声波测距模块 VCC 5V GND GND Echo 3 Trig 2 灭火风扇电机驱动模块 (L9110) VCC 5V GND GND IB1 10 IA1 9 左右轮电机驱动模块 (L298N ) IN1 7 IN2 6 IN3 5 IN4 4 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