《9-10岁美式少儿工程课教案：未来汽车.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《9-10岁美式少儿工程课教案：未来汽车.docx（22页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、912未来汽车课程I知识与技能明确模型小车的组成结构与运动原理；认识超声波测距传感器和巡线传感器，并理 解它们的工作原理；学习用数学逻辑对传感器检测的数据进行有效处理；学习如何通过编程控制电机转 动的方法；过程与方法熟悉工程工程流程提问阶段：批判性思维能力构思阶段：创造力、批判性思维能力计划阶段：系统性思考能力实施阶段：系统性思考能力、合作能力优化阶段：批判性思维能力工程总结：交流沟通能力情感态度价值观学生能从自己的角度分析造成交通事故的原因，积极设想可以减少交通事故的方案并 进行设计探究； 学生能提高自己的平安意识。新建I翻开 保存 另存为 导出库I导入库 管理库编修上传Arduino/Ge
2、nuino UnoCOM8 串口监视器电一上传成功!翻开串口监视器新建 翻开 保存 另存为导出库导入库管理库编译上传Arduino/Genuino Uno上传成功!手动移动循迹传感器的位置，使其检测局部分别对准黑色区域和白色区域的时候，串 口监视器中会得到不同的两个数字，请将这个数字记在表格下表中。图 C0M8XSend10 00 010 00 0101 01 10 0| E Auto scrollBaud Rate 9600 , DrawClear通过串口监视器读数我们得到以下结论循迹传感器输出值黑色区域0白色区域1循迹传感器在黑色区域时，输出值为0 ,在白色区域时，输出值为lo所以，循迹传
3、感器可以完成循迹的任务。利用两个循迹传感器，如何让小车完成循迹工作？ 左侧黑右侧黑，小车应该直行左侧白右侧黑，小车应该 右转左侧黑右侧白，小车应该 左转左侧白右侧白，小车应该 直行9 .电机驱动差速转弯问：电机怎么才能转动起来呢？答：给电机连接电源，电机就会转动。问：如何改变电机的转动方向呢？答：将电源的正负极进行调换，电机的转动方向就会发生变化。问：生活中的家用汽车转向原理是这样的方向盘控制前车轮左右摆动。你知道咱 们这个两个轮子的小车怎么才能转弯么？可以让小朋友们观察小车的运动，发现两侧的轮子的转动速度是不相同的。在学生用书上做记录，并描述轮子转动反方向和小车整体运动方向的关系。右转总结：
4、二轮小车转弯是靠差速转弯（即两个车轮转速和方向的不一致导致车辆整体转 向）法实现的。可是我们无法在小车运动的过程中，人为的改变电机和电源正负极的连接方式，如何 才能控制小车的运动方向呢？电棚区动!主控芯片 逻辑电压 逻辑电流 存储温度 工作模式 驱动电生 驱动电流 峰值功率 模块尺牙双H桥电机驱动模块L298N5V0-36mA-20七至+135七H桥驱动（双路）5-35V2A（MAX 单桥）25W44*44mm电机驱动，就是接收控制板的信号，控制电机的转动方向和转动速度!电机驱动控制电机方向检查电机驱动模块和开发板、电机之间的接线是否正确。电棚区动模块12V通过开关连接到电池盒的正极GND电池
5、盒的负极+DC公头的负极5VDC公头的正极同1Arduino 的 D4IN2Arduino 的 D5IN3Arduino 的 D6IN4Arduino 的 D7OUT1左侧电机1OUT2左侧电机2OUT3右侧电机1OUT4右侧电机2分别编写如下程序并上传到开发板，翻开电源开关，观察小车两个轮子的转动方向。结论：通过程序驱动L298N ,可以实现小车不同的运动方向。电机驱动控制转速那么如何调整电机的转速呢？模拟输出管脚二设为彳曲赋值为模拟输出管脚#模拟输出管脚#数字输出管脚#赋值为设为11数值越大，正转转速越小数字输出管脚二 m设为 fEQ模拟输出管蝴i赋值为iBffil数字谕出管脚#设为彳曲数
6、值越大，倒转转速越大 此处涉及的知识为PWM波调速，难度不是现在教给学生的。可以得到结论即可，之后 的课程会有对这个的深入解释！脉宽调制的意思就是说在一个固定周期的方波（高电平时间与低电平时间和是固定的, 高低电平的时间是可以变化的），其脉冲宽度是可调的，8位PWM波形是指，输出 波形的分辨率，即输出方波的周期固定的等分成256份，脉宽（高电平时间）是可以 在0-255之内变化的，即占空比为0-100%之间变化。如我们通常说的方波，其脉宽 就是128/256=0.5,也就是占空比是50%。如占空比是40%的脉冲，其脉宽时间应当 是 256*0.4=640-255为分辨率的取值，一个字节可以表示
7、的数值范围。10 .编写循迹程序我们完成了小车运动和循迹传感器的知识储藏，现在我们一起试着编写一下循迹小车 的程序吧！首先分析以下几种位置情况的小车运动情况应该是什么样子的吧。循迹传感器和黑线的相对位置有以上四种情况，我们的程序应该怎么写呢？ ？例如程序见参考。工工超声波测距模块超声波测距的原理联系生活中定位测距的方法，引入用尺子实际测量的方案。问下两地之间的距离一般 怎么估算，比方骑自行车骑多快，用了多少时间，这种速度X时间的方式计算距离。引入：大家可能看到过夏天的夜晚有许多蝙蝠在庭院里来回飞翔，它们为什么在没有 光亮的情况下飞翔而不会迷失方向呢？原因就是蝙蝠能发出210万赫兹的超声波，这好
8、比是一座活动的“雷达站。蝙蝠 正是利用这种雷达判断飞行前方是昆虫，或是障碍物的。最后得出结论，理解速度、时间、距离之间的关系。距离=速度x时间。声音在空气中传播速度大约是340米/秒。工作原理：发射超声波/接收超声波到墙面的距离：S ,声音的速度：V ,发射与接收的时间间隔：t,三者关系：S =V X t/2超声波测距模块 探究：编写超声波测距程序，用超声波测距传感器测量周围物体高度，并记录。使用电压：DC5V ;静态电流：小于2mA ;感应角度：不大于15度 接线方式端口 ： VCC （电源）、trig （控制端）、echo （接收端）、GND （地）。超声波传感器与Arduino的接线支H
9、u支HuHc-SROS超声波测距模块ArduinoVCCVCCTrigD3EchoD2GndGND完成接线之后，翻开软件进行编程。选择超声波测距的代码块一-AOTS.，ZM5一-AOTS.，ZM5理模块输入髓出控制 数学 文本数组逻辑串口通信存储代码Copyright北如大里目彳超声波测距（cm） Trig#.DS18B20 管脚#GPS初始化RX#满足条件获取温度获取温度GPS获取到数据执行GPS解析数据成功执行 6如果T gps有效Sena执行Serial打印（自动换行）GPS获取跖 （我打印（自动换行）GPS获取哂日皿，执仃器显示器以太网8变量k函数Factory选择串口打印程序薄模块二
10、输入葡出代码波特率C 9600 |Serial原始输出数学 T文本 ：数组 逻辑扁存储Serial增加延时程序二输入崎出初始化T文本 ;数组 逻辑 串口停止程序完成完整程序延时毫秒：r io。Heh （目印毯）” 01?ECU3后尹洒红由!1颗里舞簿柜（叫）1K*翻开串口监视器，记录测量的距离值测量方法：将传感器对着自己想要测量距离的位置，尽量选择平整的面作为参照物, 串口读数就是要测量的距离。桌子的高度自己的身高自己所站的位置到一面墙的距离工2.避障小车程序通过超声波测距程序检测前面距离障碍物的距离，当距离小于设定值的时候，小车停 止运动。此时用到的新的程序块是逻辑中的比拟大小。程序参考:如
11、果【；超声波测距(cm) Trig#Echo#执行数字漏出首脚O)设:口 19模拟漏出管脚#赋值为g模拟愉出管脚#赋值为 w数字输出管脚# al设为中网1 可如果超声波测距(cm) Trig# JWEcho#执行数字愉出管脚#设为jgia模拟福出管脚#赋值为fcgm模拟,锚出管脚#赋值为1(0数字辐出管脚# SB设为基于此，你是不是可以做一个自动跟随的小车呢？拓展：让同学们把小车设定为不同的速度，排成一排，看小车的运动情况如何，让速 度慢的在前面，速度快的在后面，会发现前面小车匀速运动，后面的小车时而运动时 而停止。13.程序优化如果否那么程序的使用，可以简化程序。简化结果如下列图所示()：材
12、料准备学生耗材序号名称人均数量1Arduino主控板12电机驱动13循迹传感器模块24超声波测距模块15开关16减速电机27轮子2818650电池2918650电池盒11020cm母对母杜邦线2011小车外壳1套12螺钉螺母1套工具序号工具人均数量1十字螺丝刀1把2一字螺丝刀1把3电烙铁1把4热熔胶枪1把5黑色绝缘胶带1卷6剥线钳1把Trig# fcP Echo#否那么数字输出管脚#模拟输出管脚#模拟输出管脚#数字输出管脚#, 果超声波那么距(cm)执行数字输出管脚# *国 倒端出管脚# 模拟输出管脚#曜 数字输出管脚#为直直 设四阈设为设为14 ,提供以演讲的形式对工程进行总结，演讲内容要包
13、括以下几点：自我介绍,本工程的是要解决什么问题？你是分哪几个步骤开展工程的？通过本工程你 学到了到了什么？在工程制作中你遇到了哪些问题，是如何解决的？完成这个工程后 你有什么感觉？每个工程结束之后，都会有工程的总结报告，学生从提问开始回顾、梳理整个工程流 程，一开始有的孩子可能表达不是很流畅、有的孩子会怯场和紧张，这个时候老师要 做示范和鼓励学生按照上述的逻辑表达。这个环节一方面是锻炼孩子的表达沟通能力, 另一方面，也是让孩子再从整体上把握工程流程。搭建步骤(需要截图下来) 材料明细电机接线定万向轮安装电棚区动模块安装电机和轮子安装传感器循迹传感器接线超声波测距模块接线微信反响家长们好，今天是
14、未来汽车的第四次课也是最后一节课，本次课主要在之前的基 础功能上进行功能的优化。这节课主要是在距离检测的基础上加无人驾驶功能。 最终实现了多辆车之间协调行驶防止追尾的功能。通过整个四次课的学习，成功顺利 的完成了最初设想的方案。程序参考 附件：b-demo.Zip上课流程L课程引入大家好。我们又开始一个新的工程的，大家还记得我们的工程教室里面要遵循哪些规那么 么？此处是老师们的开场白，请老师根据自己的实际情况进行设计；同时强调一下上课的 规那么。2.提问随着汽车保有量的增加，追尾也逐渐成为驾驶员朋友们见过或者遇到过最多的一种交 通事故，它是指由于驾驶员精力不集中、车距太近、刹车失灵等因素使得后
15、车车头与 前车车尾相撞的行为。追尾会影响到后面车辆的通行，扰乱交通秩序，尤其在高速行 驶的情况下还会严重影响到自己和他人的生命平安。如果你是一个创造家，你能想到什么更好的方法？问题一提完，孩子们的第一反响肯定是举手要回答下列问题，这个时候示意孩子们把手放 下，让他们思考，我们真正要解决什么问题。一句话概括你要解决的问题：怎么样能防止追尾事故？对于这个问题，也还是要先引导学生对问题进行提问，找到真正要解决的问题。之 所以要在提问环节下功夫，就是因为弄清楚问题的核心所在是工程是否能顺利进展的 关键和前提，一旦找错了问题，弄错了用户的需求，那后面做得再好，工程也是失败 的。这也就要求学生，拿到问题之
16、后不要急着想方法来解决，而是要先分析问题本身, 而这种习惯或者思路，是在传统教育环境中成长起来的孩子所欠缺的。这就是在培养 孩子的批判性思维能力。培养这种能力，就是要让学生在大量信息中迅速抓到问题的 关键。删繁就简。3.构思头脑风暴通过海报、白板画气泡图，围绕如何解决汽车追尾来头脑风暴，想解决方法。引导学 生想到的方法数量越多，种类越多，越新奇越好。先让学生不讲话，单独思考2分钟, 然后再逐一表达自己的想法，教师记录在气泡图中。如果学生想到的方案中，没有自动控制两车平安距离的方案，要做适当的引导，让这 个方案出现在气泡图中。其它可能的方案会有两类： 个体车辆改造：能飞天，软材质，加距离检测，能
17、穿越、提高刹车效率、自动躲避等 改变外界环境：拓宽车道、所有车辆由一台电脑调度 让学生在学生用书上记录好头脑风暴的结果。4 ,构思-确定方案头脑风暴之后，让学生在发散出的各种方案中，综合难度、价格等因素找到一个最适 合的方案。有时候，学生会根据自己的理解给出其它的答案。对于各种各样的答案，要充分肯定, 鼓励学生独立思考。这个时候，可以加入额外的限制条件，将最优答案限定在预设的 思路上。理想方案：被人驾驶的小车，一旦检测到前方车辆离自己车辆太近，那么发出警报并减 速甚至刹车来到达保持和前车平安距离的目的。确定方案之后，让学生在选定的方案上打对勾或者做其他标记。5.小车准备这一过程主要是将各个零散
18、的机械元件组装成一个小车模型。要完成搭建小车的任务 可参考学生用书的图纸，需要注意这一过程需要用到螺丝刀，提前介绍螺丝刀使用方 法，提示平安使用规范。其实，确切的说组装小车属于后续的实施环节，但因为学生一般年龄偏小，自控能力 不强，而且动手实践环节容易导致学生注意力分散，所以一开始就直接满足学生的好 奇心，带着学生完成小车的搭建任务。搭建步骤参考步骤图。模块间接线参考电棚区动模块电棚区动模块Ard ui no开发板通过开关连接到电池盒的正极电池盒的负极，杜邦线接Arduin 。的GND排针的任意一个超声波测距模块接线参考5V杜邦线接Arduino的5V排针的 任意一个IN1Arduino 的
19、D4IN2Arduino 的 D5IN3Arduino 的 D6IN4Arduino 的 D70UT1左侧电机10UT2左侧电机20UT3右侧电机10UT4右侧电机2超声波测距模块Arduino开发板VCCVCCEnchArduino 的 D2TrigArduino 的 D3GNDGND循迹传感器模块接线参考循迹传感器模块Arduino开发板VCCVCC左侧循迹的SArduino 的 D9GNDGND右侧循迹的sArduino 的 D106.测试需要老师在学生完成组装之后，将例如程序循迹例如程序上传到小车上，在地上 粘贴一条黑胶带，让小车依次循迹。测试考前须知：防止黑胶带小角度的拐弯，因为传感
20、器的安装距离会产生一定影响。在光线比拟明亮的地方进行测试。问题解决方案:车轮倒转,调换D4-D5或者D6-D7的接线 循迹拐弯方向相反，调换两个循迹传感器的接线接口。附件：循迹例如程序.Zip.编程软件编程软件-米思齐第一个程序编写我们的第一个程序，Hello , World !编写程序也 Mixly 0.996- X上传成功!新建翻开保存另存为导出库导入库管理分上传Arduino/Genuino UnoCOM8 串口监视器O 一一选择开发板型号和端口上传程序等待上传完成翻开串口监视器不断的在输出Hello,Lixiaowei!保存和新建程序附件：demoOO-hello.zip点亮LED灯.
21、循迹传感器我们的小车是如何找到黑线并且沿着黑线前进的呢？TCRT5000循迹传感器我们使用的传感器叫做循迹传感器，它能区分颜色的深浅。下列图循迹和实物循迹传感 器功能相同蓝色为红外发射二极管。原理介绍：传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射 回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出 端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外 线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二 极管被点亮。探究传感器OUT 口数据我们的传感器需要连接电源才能使用，那如何给传感器接通电源呢？循迹传感器有三根针脚，分别是OUT、VCC、GND ,对应需要通过母对母的杜邦线连 接在开发板的D10 （可以是其他任意一个数字口）、VCC、GND上。然后翻开我们的编程软件，编写如下程序：选择开发板型号和端口，上传程序，直到程序上传完成。