第三单元 第12节 智能马桶（一） 外接舵机的使用课件 2023—2024学年湘电子版八年级信息技术下册

第12节 智能马桶（一）—— 外接舵机的使用 学习任务 了解三种常见电动机的应用场景 编写程序使用舵机完成智能马桶作品 新课导入 一、合理选择电动机，实现马桶翻盖动作 电子元器件名称： TT 马达 电动机特点与应用场景： 电机特点：直流减速电机，将直流电能转换成机械能。 额定电压：4.5V～6V。 空载转速：90±10rpm。 负载电流：190mA(最大为 250 mA)。 最大扭矩：0.8kg·cm。 应用场景：需要控制速度的场景、需要较大扭矩的场景，如小风扇、智能小车等。 接线针脚： 两根线，即红、黑线。没有正负极，红黑线接反只会影响电机正反转。需要芯片单独驱动。 一、合理选择电动机，实现马桶翻盖动作 电子元器件名称： 28BYJ-48 步进机 电动机特点与应用场景： 电机特点：额定电压为 5V ~ 12V；减速比为 1：64。步进电机每步的精度在3%～5%，而且不会将一步的误差积累到下一步，有较好的位置精度和运动的重复性；具有优秀的起停和反转响应；可靠性较高。外径 28min 的减速型电机，与 TT 马达不同，步进电机减速比达到了 1：64，经过减速型设计，转动速度很慢；当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。 应用场景：需要很大精度，可以慢速转动，需要控制角度或者旋转圈数的场景，典型的应用场景包括空调挡板、绘图仪、智能窗帘等。 接线针脚： 五根线，即红、橙、黄、粉、蓝线。红色接电源正极，橙黄为一组，粉蓝为一组，通常接驱动芯片 A+A-B+B-。需要芯片单独驱动。 一、合理选择电动机，实现马桶翻盖动作 电子元器件名称： 9g 舵机 电动机特点与应用场景： 电机特点：又称伺服马达，舵机主要是由 外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置 检测器构成，使用一个反馈系统来控制电 机的位置；一般舵机只能旋转 180°，也 有一些能转更大角度，甚至360°，能够 维持在固定角度。 应用场景：需要控制角度并且需要角度维 持的场景，典型的应用包含智能小车前置 可转动探测器、机器人的关节。 接线针脚： 三根线，即棕、红、黄线。棕色接地，红色接电源正极,黄色接数据信号。需要芯片单独驱动。 一、合理选择电动机，实现马桶翻盖动作 舵机主要应用于有角度控制要求的场景，由于马桶盖活动的角度范围为0～100°，需要依靠电动机控制角度打开马桶盖，同时使马桶盖能停止在一定的角度上，因此适合选择舵机作为控制马桶的电动机。 我们使用9g舵机连接Robotbit扩展板实现马桶盖开关动作。Robotbit扩展板上内置了 9g舵机的驱动芯片。舵机与Robotbit扩展板连线方式如图所示。 二、编程实现舵机的控制 通过对makecode进行扩展增加了Robotbit方块后，可以使用Robotbit方块的舵机编程方块完成舵机驱动程序编写。参考下图所示能机间歇性转动程序示例，舵机从0°到 90°为一个转动周期，进行间歇性转动，间歇周期为1秒。思考为什么两次舵机驱动之间需要加一个延迟时间，以及如何确定舵机的 0°位置。 二、编程实现舵机的控制 我们在上节课的“智能照明”作品中使用过人体红外传感器判断是否有人在室内，在智能马桶中同样可以使用人体红外传感器判断是否有人要使用马桶。当人体红外传感器感应到人体时，控制舵机打开马桶盖；当无人时，控制舵机关闭马桶盖。 为了更好地梳理程序执行过程，可以绘制程序流程图，在图形画面中呈现程序执行的各个环节。根据下图的内容，请使用纸和笔将流程图绘制完整，再根据流程图完成程序编写。 三、根据传感器数据驱动舵机转动的程序编写 有人体活动 是 否 三、绘制顺序图和程序流程图 梳理清楚各模块的交互关系后，开始进行程序设计。先梳理程序的执行思路和过程，将程序面临不同情况的过程绘制成流程图。从交互顺序图中能发现，程序会有多种状态的判断，同时在照明系统开启后还需要继续监测各状态的变化，这些判断和检测会用到程序的顺序、分支、循环三种结构。请参考下图，根据实际情况，完成智能照明程序流程图的绘制。 四、调试程序，提出修改方案 针对micro:bit连接的电子元器件和流程图的逻辑对程序进行调试，观察智能马桶作品的实际效果，通过调试不断完善作品。调试中程序是否满足如下要求： （1）当有人活动时，舵机控制的马桶盖能否准确抬起？ （2）舵机抬起或落下时，能否准确控制旋转角度？ 五、小组交流、优化方案 小组间互相介绍并体验使用舵机完成的智能马桶作品，发现作品的亮点，为对方提出意见和改进建议。针对改进意见重新对程序结构进行梳理和修正,完成程序的优化。同时尝试使用舵机实现更多的创意功能。 练习与思考 （1）展示你在智能马桶中编写的应用程序，说说你的亮点在哪里。 （2）展示你对舵机使用的创意思路，看看舵机还能用在其他哪些地方。 （3）实现动作的电子元器件除了舵机外，还有其他电机。思考一下，这些实现动作的电子元器件如何与作品进行结合？对于我们即将完成的智能马桶，还有哪些功能能够实现智能控制？ $$