高中信息技术教科版（2019）必修二 2.6小型信息系统的组建 课件

小型信息系统的组建 1 天问号任务火星车：祝融号 嫦娥号任务月球车：玉兔号 无人驾驶 探测车 地面指令 自主避障 自主导航 勘探任务 同学们这是祝融号火星车，这是玉兔号月球车，他们都是无人驾驶的探测小车，他们能接受地面的指令，还能实现自主避障、自主导航，并完成一定的勘探任务。 2 1 信息系统的概念 信息系统是一系列相互关联的对数据和信息进行收集（输入）、操作、存储（处理）与传播（输出），并提供反馈机制以实现其目标的元素或组成部分的集合。 今天我们要通过这台无人驾驶探测车来感受信息系统的组建。 信息系统是一系列相关联的，对数据和信息进行收集、操作、存储、传输并提供反馈机制，以实现其目标的元素或组成部分的集合。 3 1 信息系统的概念 信息系统是一系列相互关联的对数据和信息进行收集（输入）、操作、存储（处理）与传播（输出），并提供反馈机制以实现其目标的元素或组成部分的集合。 首先通过这段视频一起来感受无人驾驶探测车的功能。（数18秒） 4 1 信息系统的概念 信息系统是一系列相互关联的对数据和信息进行收集（输入）、操作、存储（处理）与传播（输出），并提供反馈机制以实现其目标的元素或组成部分的集合。 实验二： 组建超声波 自主避障系统 实验一： 组建红外传感 控制系统 我们将通过组建红外传感控制系统和超声波自主避障系统来实现探测车系统的相关功能。 5 2 无人驾驶探测车的构成 传感器 动力系统 连接电路 智能主机 这台无人驾驶探测车主要由传感器、智能主机、动力系统和连接电路组成。 传感器 动力系统 连接电路 智能主机 传感器是一种检测装置，相当于人的感觉器官，能感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出。 敏感元件 被测量 转换元件 变换电路 电信号 辅助电源 信息获取 信息转换 超声波传感器 红外线传感器 巡线传感器 传感器是一种检测装置，相当于人的感觉器官，能感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出。 被测量物通过敏感元件接收信息到转换元件按照一定的规律转换为电信号。 这些是常见的传感器。 传感器是信息系统中信息获取与信息转换的重要手段。 传感器 动力系统 连接电路 智能主机 智能主机 动力系统 连接电路 传感器 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。 LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET, CONSECTETUR ADIPISICING ELIT, SED DO EIUSMOD TEMPOR INCIDIDUNT UT LABORE ET DOLORE MAGNA ALIQUA. UT ENIM AD MINIM VENIAM Arduino电路板 硬件 1 Arduino IDE 软件 2 Arduino 智能主机 实验中我们是用开源硬件（Arduino）来控制、管理传感信号，并进行判断、处理完成信息系统的相关功能。 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。 Arduino包含硬件：电路板和软件Arduino IDE。 动力系统 连接电路 传感器 LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET, CONSECTETUR ADIPISICING ELIT, SED DO EIUSMOD TEMPOR INCIDIDUNT UT LABORE ET DOLORE MAGNA ALIQUA. UT ENIM AD MINIM VENIAM Arduino电路板 硬件 1 Arduino IDE 软件 2 Arduino Arduino UNO 智能主机 Arduino电路板有很多种，我们使用的是Arduino UNO。 同学们请观察一下这块电路板，板上有很多的接口，常用的有数字端口0-13，模拟端口A0-A5,通过这些端口接收来自传感器等输入信号 电路板基于单片机可进行程序的编译、数据的存储和处理。电路板可以提供3V/5V电压输出。 动力系统 连接电路 传感器 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。 LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET, CONSECTETUR ADIPISICING ELIT, SED DO EIUSMOD TEMPOR INCIDIDUNT UT LABORE ET DOLORE MAGNA ALIQUA. UT ENIM AD MINIM VENIAM Arduino电路板 硬件 1 Arduino IDE 软件 2 Arduino 智能主机 软件部分 动力系统 连接电路 传感器 LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET, CONSECTETUR ADIPISICING ELIT, SED DO EIUSMOD TEMPOR INCIDIDUNT UT LABORE ET DOLORE MAGNA ALIQUA. UT ENIM AD MINIM VENIAM Arduino电路板 硬件 1 Arduino IDE 软件 2 Arduino Arduino IDE 使用的是C++编程语言。 程序上传时注意选择相应的Arduino板卡和串口端口。 智能主机 通过C++编程语言进行程序编译。 注意：程序上传时要选择对应的Arduino板卡（这里我们选择UNO板）和对应的串口端口。 传感器 动力系统 连接电路 智能主机 动力系统 动力系统 智能主机 连接电路 传感器 右侧前后轮动力组 左侧前后轮动力组 这是探测车的动力系统，分别由四个电机控制轮胎的转动，我们组装成这样的底座结构。 右侧前后轮为一组动力系统， 左侧前后轮为一组动力系统， 通过程序参数设置实现探测车的前进、后退、转弯等功能。 传感器 动力系统 连接电路 智能主机 连接电路 连接电路 智能主机 动力系统 传感器 扩展驱动板 连接电路一般我们可以通过面包板、排线将电路板与相关设备进行连接。 本次实验中我们是通过扩展驱动板实现设备的连接，板上已经集成了一定的电路及功能。 这是扩展板的正面和背面。 智能主机 动力系统 传感器 连接电路 在实验中我们可以将Arduino电路板的针孔与扩展板背面的卡槽对应连接。 通过多种排线连接传感器等设备。 通过扩展驱动板连接各类设备，相对于新手来说，组装更加方便。 3 体验组建无人驾驶探测车实验 实验一 实验二 组建红外传感 控制系统 组建超声波 自主避障系统 今天我们通过探测车模型来完成实验一和实验二，体验信息系统的组建。 实验一组建红外传感控制系统 实验一 组建红外传感控制系统 实验目的 小车动力底座（含供电电源）、Arduino电路板、扩展驱动板、 红外线遥控器、排线若干 实验设备 1.通过动手组建红外线传感系统，体验和理解信息系统的工作过程。 2.通过调试红外线传感系统，理解红外线传感器的组成和工作原理。 3.通过开源硬件Arduino组建的系统，体验信息的采集、判断等处理过程。 我们将通过动手组建、调试红外传感控制系统，体验和理解信息系统的工作过程，感受红外线传感器工作原理，体验Arduino编译的程序对信息采集、判断等的处理过程。 实验中我们将用到小车动力底座、智能主机、扩展驱动板、红外遥控器等设备。 设备组装好后，我们一起来感受探测车红外传感控制系统的功能。(停顿10秒) 红外传感控制系统工作原理 要实现红外传感控制系统的功能，首先我们要了解红外线传感器工作原理及相关程序的设置。 实验步骤 1.认识设备。 2.组装部件。 3.连接线路。 4.编译并上传控制程序。 5.调试运行。 根据学习任务单要求，完成设备的组装，并打开IR.ino程序，体验程序各部分的作用，将程序上传至Arduino电路板，用红外遥控器控制探测车，测试探测车是否能按照要求运行？ 实验一 组建红外传感控制系统 请同学们参考实验步骤，根据学习任务单要求，完成设备的组装，并打开IR.ino程序，体验程序各部分的作用，将程序上传至Arduino电路板。最后，用红外遥控器控制探测车，测试探测车是否能按照要求运行？ 同学们在测试过程中有没有遇到控制不了小车的问题？ 短距离传输 长距离传输 自主 运行 无线信号的 传输易受距离环境等影响。 同学们在测试过程中有没有遇到控制不了小车的问题？ 红外线、wifi、蓝牙属于短距离信号传输，火星车、月球车通过卫星信号的实现长距离信号传输。但是，无线信号的传输容易受到距离、环境等影响，影响我们对探测车的控制。我们要让探测车更加智能，实现自主运行 实验一 实验二 组建红外传感 控制系统 组建超声波 自主避障系统 3 体验组建无人驾驶探测车实验 下面我们要通过实验二超声波自主避障系统，实现小车的自主运行。 实验二 组建超声波自主避障系统 实验目的 小车动力底座（含供电电源）、Arduino电路板、扩展驱动板、超声波传感器、排线若干 实验设备 1.通过动手组建超声波自主避障系统，体验和理解信息系统的工作过程。 2.通过组建并测试超声波自主避障系统，理解超声波传感器的组成和工作原理。 3.通过开源硬件Arduino代码的优化，体验信息的采集、判断、调试、优化等处理过程。 我们将通过超声波自主避障系统的组建和调试，体验和理解信息系统的功能的工作过程，理解超声波传感器的工作原理，并通过开源硬件Arduino程序代码的不断优化，感受探测车避障功能的优化过程。 在上个实验的基础上，我们增加超声波传感器。 我们一起来感受探测车的自主避障功能。（停顿8秒） 超声波传感器工作原理 超声波传感器如何测得与障碍物之间的距离，并实现避障呢？我们一起来了解一下超声波传感器的工作原理。 超声波传感器测距 避障：遇到障碍物右转 距离小于25cm 代码组一 代码组二 代码组三 刚刚我们了解了超声波传感器的测距原理。有了与障碍物之间的距离distance，当测得距离小于25CM时，探测车躲避障碍物右转，实现自主避障。 这里老师给大家提供三组测距后的避障程序。 实验步骤 1.添加超声波传感器。 2.固定零部件。 3.连接线路。 4.编译并上传控制程序。 请同学们打开avoid.ino程序并分别将 代码组一、二、三依次代入末尾void loop()函数中，体验不同代码组实现的超声波自主避障功能，观察小车运行情况，画一画小车在指定地图下的运行轨迹，你发现了什么？ 请同学们按照学习任务单中实验二，组装好探测车超声波模块，并分别将代码组一、二、三依次代入程序末尾void loop()函数中，体验不同代码组实现的超声波自主避障功能，观察小车运行情况，画一画小车在指定地图下的运行轨迹，你发现了什么？ 代码组一 盲区 我们来看代码组一的运行情况（停6秒）：遇到障碍物右转，再次遇到障碍物继续右转后，探测车原路返回，运行有盲区。 代码组二 这是代码组二的运行情况（停7秒） 代码组二：进行了优化。 遇到障碍物右转，若再次遇到障碍物，180度转弯，解决了盲区问题。 代码区域我们增加了分支结构优化了程序。 代码组三 仔细观察代码组三（停7秒） 前方无障碍物全速前进，发现有障碍物减速判断处理。代码组三进一步优化了小车的自主运行效果。 1.体验并学会小型信息系统的组建； 2.理解信息系统的工作过程； 3.掌握红外线传感器超声波测距传感器的应用； 4.体验利用智能主机Arduino控制小型信息系统的过程，感受程序优化对信息系统的作用。 评价指标 （权重） 评价等级及分值 自评 得分 互评 得分 师评 得分 综合 得分 优秀（10-9分） 良好（8-6分） 需努力（5-0分） 实验设计（20%） 能提出新颖的实验方案，给人启发 有一定的创新 缺乏创新 合作交流（20%） 能主动探究，互帮互助，开展对话交流 分工明确,积极合作 不积极主动 任务完成（40%） 出色完成任务 基本完成 任务完成度低 成果展示（20%） 表达生动、展示熟练 观点明确、展示完整 观点不明确、 展示不完整 综合评价 本节课我们体验并学会了小型信息系统的组建；理解了信息系统的工作过程；掌握了红外线传感器和超声波传感器的应用；体验利用智能主机Arduino控制小型信息系统的过程，感受了程序的优化对信息系统的作用。课后，请同学们填写好实验评价表，为你在本节课的表现评评分。 祝融号火星车在2021年5月15日着陆火星，2021年9月曾因为日凌休眠了一个多月，在2021年10月22日苏醒，2022年5月18日祝融号火星车因为温度以及沙尘暴的来袭，再次进入休眠阶段，按照计划会在2022年12月份前后苏醒，目前仍是失联状态。 通信？环境？信息系统本身问题？ 信息系统 需优化、持续改进 祝融号火星车自主完成了继定的勘探任务，但因为日凌、温度、沙尘暴进入过休眠阶段，目前处于失联状态。是通信问题？环境影响？还是信息系统本身问题？还有待验证。 但信息系统的优化和持续改进是保障信息系统性能和可用性的重要环节，希望同学们通过本节课的体验，多思考、多实践，不断完善身边的各类信息系统。 今天的课程就到这里，感谢大家的观看。 感谢聆听！ $$