第三单元第13节 智能马桶（二） 传感器、控制器与执行器 课件 　2023—2024学年湘电子版八年级信息技术下册

第13节 智能马桶（二）—— 传感器、控制器与执行器 学习任务 实现智能马桶的马桶盖和马桶圈的单独控制 实现智能马桶的久坐提醒功能 一、工作规划 为了实现智能马桶的各种功能，请同学们参考如下工作过程，在组内分好工。 （1）智能马桶的功能设计与电子元器件选型； （2）使用顺序图和程序流程图进行智能马桶系统设计； （3）使用乐高零件与其他电子元器件完成马桶结构的搭建； （4）根据顺序图和程序流程图完成智能马桶的程序设计； （5）调试程序，判断程序的合理性； （6）分享作品，发现不足，进行修改调整和高级创作。 1.需求分析 二、需求分析、功能设计与电子元器件选型 针对健康问题，普通马桶还有哪些用户使用不方便等问题？如何解决这些问题呢？请把这些问题和解决办法记录在下表中，并进行分享。 2.功能设计和电子元器件选型 二、需求分析、功能设计与电子元器件选型 我们选择两个问题作为智能马桶的功能进行设计。设计时既要考虑功能实施的效果，也要考虑实现功能的电子元器件选型。 问题一：使用马桶时，弯腰抬起马桶盖或马桶圈，对于老年人或残疾人很不方便。 问题二：使用马桶时，久坐对身体不好。 请同学们回想实现智能门铃和智能照明时的设计方法，根据问题设计功能的细节，根据功能实现进行电子元器件选型。针对智能马桶的这两个问题，进行设计方案的构思，将设计方案填写在下表中。 二、需求分析、功能设计与电子元器件选型 智能照明活动中的顺序图呈现了系统各部分之间的相互关系，能够帮助我们以清晰的思路进行系统搭建。在智能马桶的设计中，我们继续按传感器、控制器、执行器三类电子元器件的关系完成顺序图的绘制，要体现出解决刚才填写的表中两个问题的系统模块间的信息交互。请使用纸和笔，将顺序图绘制完善。 三、绘制顺序图和程序流程图，完成系统设计 智能马桶控制器 执行器：舵机 执行器：蜂鸣器 智能马桶控制器 智能马桶控制器 三、绘制顺序图和程序流程图，完成系统设计 理清系统不同模块的信息交互关系后，开始进行程序设计。根据结构流程图示例，自主完成对马桶翻盖和久坐提醒程序的流程图绘制。 四、智能马桶的结构设计 为了更好地呈现智能马桶作品，需要设计一个类似马桶的结构，用于展示智能马桶具备的诸多功能。为了便于结构搭建，我们选择使用乐高零件，并安装与乐高插口兼容的 micro:bit geek 舵机。 智能马桶包含以下部分：马桶基座、马桶盖、马桶圈、分别驱动马桶盖和马桶圈的两个micro:bit geek舵机和马桶水箱。 使用乐高零件和micro:bit geek舵机完成结构搭建。由于Robotbit扩展板上有乐高插孔，可以在水箱上预留插接Robotbit扩展板的位置，将扩展板安装在水箱上。 如果还有其他电子元器件需要安装，如红外避障传感器，也需要预留插接位置。 四、智能马桶的结构设计 安装了Robotbit扩展板和两个红外避障传感器的智能马桶结构如图所示。 四、智能马桶的结构设计 请同学们想一想，智能马桶结构设计中使用了两个舵机，分别连接马桶盖和马桶圈，你能明白这两个舵机的用途吗？你能明白两个红外避障传感器的用途吗？把你理解的用途填写在下表中。 四、智能马桶的结构设计 两个舵机和两个红外避障传感器如何与Robotbit扩展板进行连接呢？参考下图，看是否能成功将它们连接。 五、编写程序实现智能马桶相关功能 1.红外避障传感器状态变化与舵机控制的程序编写 红外避障传感器与前面使用的人体红外传感器很相似。你能根据之前的学习经验，测出使用手遮挡红外避障传感器和无遮挡两种状态时，对应连接引脚反馈的数据吗？将你试验的数据记录在下表中。 将红外避障传感器的值存入相应变量，根据变量值的变化，编写程序控制舵机转动，实现马桶盖和马桶圈开合的控制。 五、编写程序实现智能马桶相关功能 2.计时与久坐提醒功能的程序编写 micro:bit自身并没有计时器的功能，但每当micro:bit开机运行时，芯片能够反馈一个运行时间，与之对应的 makecode 编程方块如图所示，为“运行时间（毫秒）”。每当 micro:bit 开机运行或开发板重启时，运行时间从0开始计数，直至开发板断电或重启。 五、编写程序实现智能马桶相关功能 2.计时与久坐提醒功能的程序编写 如何调用运行“时间方块”实现计时功能呢？请参考下图中的程序示例实现计时，当按下micro:bit开发板A按键时开始计时，按下B 按键时反馈一个计时的时间。需要注意的是，这个时间的单位为毫秒，不要忘记换算。 将计时时间的值存入相应变量，判断变量值是否超过系统设置的久坐提醒时间，如果超过就控制蜂鸣器发声实现久坐提醒功能。 六、调试程序，提出修改方案 针对智能马桶的硬件结构和功能模块对程序进行调试，不断优化智能马桶的功能。调试中程序是否满足如下要求： （1）遮挡红外避障传感器 A，马桶盖是否能够自动打开？ （2）遮挡红外避障传感器 B，马桶盖和马桶圈是否同时打开？ （3）马桶盖打开时，遮挡红外避障传感器 B，马桶圈是否能够自动打开？ （4）计时超时后，是否能够进行久坐提醒? （5）智能马桶程序能否稳定运行？ 七、班内分享、优化方案 各小组进行智能马桶作品分享，发现同学作品的亮点，为对方提出改进建议，并在下表中做好记录。 练习与思考 （1）你在编程环节遇到了什么问题？采用了什么解决办法？ （2）如何为智能马桶设计更多的智能化方案？如实现自动清洗功能。 （3）有同学说我们设计的智能马桶相当于一个家用机器人，你认可他的说法吗？为什么？ $$