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1、湘电子版八年级下册第三单元第11节 智能照明一一板载传感器与外接传感器教学设计课题智能照明一一板载传感器与 外接传感器单元第三单元学科信息技术年级八年级学习 目标1、了解板载传感器与外接传感器。2、理解板载传感器与外接传感器的功能和作用；学会利用板载传感器与外接传感器设计智 能照明。重点理解板载传感器与外接传感器的功能和作用；学会利用板载传感器与外接传感器设计智能照 明。难点理解板载传感器与外接传感器的功能和作用；学会利用板载传感器与外接传感器设计智能照 明。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课照明是家居生活的基本需求，但是固定的电 灯开关时常使用不便。随着技术的发展我们可以利 用
2、传感器制作智明照明系统，例如，楼道的声控灯 等。这节课我们一块来利用传感器制作智能照明控 制系统。听老师讲解调动学生学习的 积极性，为以下 的学习打下良好 的基础讲授新课活动任务本节我 们试着开发一个智能照明系统，实现 依据用户需求，自动调整环境照明。智能照明也是 智能家居的核心功能之一。我的问题(1)智能照明系统中如何自动触发开启照明？(2)智能照明系统根据什么规则自动调节亮 度？活动建议首先要了解生活中的照明需求，以及目前家居 照明方案的不便之处，进而对智能照明项目进行功 能设计。智能照明可以解决现有家居照明中的不便之了解本节课的问题带着问题可更好的去解决问题五、编写程序实现智能照明相关功
3、能1 .构建程序循环检测的逻辑关系循环结构方块选择2 .获得外接传感器的数据3 .板载光线传感器与LED灯六、小组交流、优化方案处：用户触发了照明规则条件后，智能照明系统则 自动开启照明，同时根据外部环境条件参数自动调 整照明的亮度。在智能照明项目中，要关注照明系统的需求分 析、功能设计和实现，尝试使用更精确的电子元器 件提升系统的可靠性。设计制作中，要对照明系统 的需求分析和功能设计进行深入思考，同时学会根 据功能设计方案进行电子元器件的选型。活动过程传感器通过教师的讲 解，以小组合 作的方式，开 展探讨交流， 完成任务。通过小组合作，加强学生组内团 结、共同完成任 务传感器是一种检测装置，
4、能感受到被测量的信 息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电 信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传 输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、 网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环 节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉 和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路 和辅助电源四部分组成，如图所示。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有 确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出 的物理量信号转换为电信号；变换电路负责对转换 元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换
5、 电路一般还需要辅助电源供电。主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比 拟：光敏传感器一一视觉严敏传感器听觉气敏传感器一一嗅觉化学传感器一一味觉压敏、温敏、流体传感器触觉一、工作规划为了更顺利地完成智能照明的功能设计和实现，可以参考如下工作过程：(1)整理传统照明的不便之处，完成智能照明通过教师的讲通过小组合作，系统的功能设计和电子元器件选型；解，以小组合加强学生组内团(2)使用顺序图和程序流程图的形式完成照作的方式，开结、共同完成任明系统的设计；(3)根据顺序图的设计，进行智能照明系统相 关元器件的连接；(4)根据流程图编写程序，实现智能照明相关 功能；(5)小组内成员进行交流，同时借
6、鉴其他小组 的创意对系统功能进行改进和优化。二、需求分析、功能设计与电子元器件选型展探讨交流，完成任务。务1.需求分析学生小组间讨锻炼学生的语言小组成员进行讨论，寻找家庭照明存在的不便论，共同完成组织能力和表达之处，进行记录和总结。讨论改善方案或解决方法，完成下表“家庭照明系统”问题记录表2.功能设计和电子元器件选型任务。的能力。根据“家庭照明系统”问题记录表，家庭照明通过教师的讲通过小组合作，系统中存在的问题和解决方案，对智能照明系统进解，以小组合加强学生组内团行功能设计和电子兀器件选型。作的方式，开结、共同完成任一个问题的解决可能需要设计多个功能，也可 能将多个问题的共性内容通过一个功能来
7、解决。请你将具体的功能设计记录在下表中。功能设计表展探讨交流，完成任务。务注意功能设计表中的功能设计与“家庭照明系统” 问题记录表中的解决方案不同。功能设计表中的功能设计强调功能现象和实 现方式；“家庭照明系统”问题记录表中的解决方 案往往是同学们的想法描述，体现了创意的想法， 与具体实现可能会有一定的距离。试一试展示智能照明作品，谈谈你的设计思路。三、绘制顺序图和程序流程图智能照明项目中使用的电子元器件逐渐增多， 程序逻辑也慢慢复杂起来。为了让思路更清晰， 可以使用“顺序图”梳理各功能模块间的逻辑关系， 使用“程序流程图”梳理程序的逻辑结构。智能照明系统是否自动开启照明，可以使用自 然环境的
8、光照强度、房间中是否有人作为触发条 件。当光照强度大于某个阈值时，说明室内光线充 足，不会开启照明，房间内无人时，同样照明不会 开启；当光照强度低于某个阈值，并且房间内有人 时，照明将会自动开启，同时随着自然光照强度的 持续降低，照明灯的亮度会逐渐增加。本项目涉及多个传感部件和控制部件，部件之 间的交互较为复杂，如果不进行规划设计就直接编 写程序，容易遗漏关键要素造成功能不能实现。为了更好地梳理照明系统的交互关系，我们需 要将交互活动绘制成顺序图，从图形中观察不同部 件间的信息交互。请根据图中的内容，填写完善系统交互顺序 图。学生小组间讨 论，共同完成 任务。通过教师的讲 解，以小组合 作的方
9、式，开 展探讨交流， 完成任务。锻炼学生的语言 组织能力和表达 的能力。通过小组合作， 加强学生组内团 结、共同完成任 务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。如图所示根据实际情况，完成智能照明程序流 程图的绘制。顺序结构示例分支结构示例循环结构示例四、实现不同电子元器件的连接顺序图能够清晰地呈现智能照明系统各部件 间的交互关系，可以根据顺序图的内容完成相应部 件之间
10、的连接。制作智能照明系统时，可以使用micro:bit板 载光照传感器获取室内光线强度，使用Robotbit 板载LED灯代替照明灯具，外接人体红外检测传感 器检测房间内是否有人。连接过程中，microrbit插在Robotbit插槽中 即完成连接，需要关注外接 传感器如何与 micro:bit开发板进行连接。micro:bitJF发板的PO、Pl、P2等数据口均可 以外接传感器，Robotbit将这些数据口扩展出来更 便于线路的连接，Robotbit板上的10数据口分布 如图所示。实现智能门铃的功能时使用了 Robotbit板载 蜂鸣器，Robotbit的蜂鸣器与P0 口连接，如果需 要使用
11、P0 口的10 口读写功能，需要把蜂鸣器跳帽通过教师的讲 解，以小组合 作的方式，开 展探讨交流， 完成任务。通过教师的讲解，以小组合通过小组合作， 加强学生组内团 结、共同完成任 务通过小组合作， 加强学生组内团 结、共同完成任拔下来，这时蜂鸣器就不起作用了。作的方式，开务为了保留智能门铃的功能，不再使用P0 口。展探讨交流，外接的人体红外传感器选用HC-SR505mini版 本，样式如图所示，传感器有三个针脚(VCC、GND、 DATA) o连线时传感器的VCC针脚接Pl 口的红色针脚， GND针脚接P1 口的黑色针脚,DATA针脚接P1 口的 黄色针脚。传感器的DATA数据为高、低电平两
12、种状态代表两种结果：高电平为检测到有活动人体， 低电平为没有检测到活动人体。完成任务。想一想学生小组间讨锻炼学生的语言你还有其他人体传感器可以选择吗？如果选论，共同完成组织能力和表达 的能力。用了其他人体感应传感器，可以自行测试连接方式 和数据状态。五、编写程序实现智能照明相关功能完成各元器件连接后，根据程序流程图完成程 序编写，要完成光照阈值条件测量和人体条件判定 两部分内容。程序编写时需要使用makecode的“循环方块”、 “逻辑方块”、“变量方块”、“引脚方块”和 “输入方块”。任务。Makecode默认状态中，没有Robotbit板载LED通过教师的讲通过小组合作，加强学生组内团灯编
13、程的方块,需要进行扩展实现LED灯编程控制，解,以小组合结、共同完成任具体步骤为：作的方式，开务(1).单击“高级”选项，选择底部的“扩展”展探讨交流，选项；(2) .在右侧出现的搜索框内,输入“robotbit” 进行搜索；(3) .选择搜索框下方搜索出来的扩展包，并进 行安装；完成任务。(4) .扩展包安装成功后，程序方块区会扩展出 新增的程序方块。makecode 扩展 Robotbit 的方法1 .构建程序循环检测的逻辑关系循环结构方块选择在makecode中，能够完成循环结构的方块共 有五个，如图所示。makecode “循环方块”蓝色的“无限循环方块”为micro:bit开发板 基
14、本运转的一种情况。其他四种循环结构的方块各有不同，需要设 置循环的条件。想一想从makecode “循环方块”图中选择一个循环 方块完成程序流程图中的循环结构，你选择的是 “无限循环方块、A、B、C、D ”中的 方块。说一说说说你在设计循环条件和判定条件时，运用了 哪些方块指令。2 .获得外接传感器的数据为了获得通过10引脚连接外接传感器测量的 数值，需要使用“引脚方块”和“变量方块”。创建变量用于存储引脚传递来的数值，变量为 程序中使用引脚数据提供了便利。使用“引脚方块”获取传感器的数值，可以读 取引脚传递的模拟值或者数字值，如图所不。makecode “引脚方块”外接的HC-SR505 m
15、ini传感器数据口仅有高、 低电平两种值，因此编程时选择数字读取引脚值即 可。通过教师的讲 解，以小组合 作的方式，开 展探讨交流， 完成任务。学生小组间讨 论，共同完成 任务。通过教师的讲 解，以小组合 作的方式，开 展探讨交流， 完成任务。通过小组合作， 加强学生组内团 结、共同完成任 务锻炼学生的语言 组织能力和表达 的能力。通过小组合作， 加强学生组内团 结、共同完成任 务3.板载光线传感器与LED灯除了实现人体检测功能，还需要完成光线传感 器与LED灯的程序编写，在“输入方块”“Robotbit 方块 Neopixel方块”中找到相应指令，根据 流程 图的逻辑完成编写。参考下图所示获
16、取“板载光照传感器”数值， 点亮“板 载LED全彩灯”并调节亮度的程序示例， 完成“智能照明”的程序编写。光照传感器与LED程序示例其中A键为显示光照传感器数值，B键为设置 LED亮度并打开LED灯，A+B键为关闭LED。议一议学生小组间讨编写程序时，思考把“人体红外检测”和“光论，共同完成锻炼学生的语言 组织能力和表达照检测”相关程序添加到哪个位置，二者的先后逻 辑关系是怎样的，以及如何根据光照的数值变化调 节LED灯的亮度。任务。的能力。六、小组交流、优化方案通过教师的讲小组间互相介绍并体验彼此的智能照明作品，解，以小组合通过小组合作，发现同伴作品的亮点，为对方提出意见和改进建作的方式，开
17、加强学生组内团 结、共同完成任议。展探讨交流，务针对同伴提出的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。完成任务。议一议学生小组间讨锻炼学生的语言尝试给自己的作品添加更多的创意，如怎样获论，共同完成组织能力和表达得室外环境的光照强度等。资料模拟读取与数字读取引脚模拟读取与数字读取是有区别的，究竟使 用哪种读取方式取决 于引脚连接的电子元器件或 你想要获得的数据类型。引脚能读到的数据类型分为模拟数据任务。通过教师的讲的能力。(Analog data)和数字数据(Digital data)。模拟数据也称为模拟量，其取值范围是连续的 变量或者数值。例如，LED灯光明暗度对应着其亮度数值
18、的变 化，这种变化是连续的，因此亮 度属于模拟量。 类似的还有声音、图像、温度、压力等。数字数据也称为数字量，其取值范围是离散的 变量或者数值。通常数字量只有两个值，习惯用0与1表示， 体现的是电子元器件的高 电平与低电平。HC-SR505 mini传感器就是测量数字量的 传感 器，类似的还有“开关元件”，仅有开与关两种状 态值。课堂练习(1)你是否考虑增加判定条件的复杂度来提 升该项目的功能？请简要叙述你的设计思路和实 现方法。(2)智能照明系统使用的板载传感器精度有 限，同时作品也没有控制外部照明灯具的功能。如 何扩展电子元器件，如外接传感器、LED灯等，让 环境检测更加精确？解，以小组合 作的方式，开 展探讨交流， 完成任务。学生小组间讨 论，共同完成 任务，并分组 汇报。通过小组合作， 加强学生组内团 结、共同完成任 务培养学生独立完 成练习的能力。课堂小结总结本节课所学内容学生回答梳理本节课的知 识点，完成学习 目标，培养学生 总结概况能力板书设计一、工作规划二、需求分析、功能设计与电子元器件选型1 .需求分析2 .功能设计和电子元器件选型三、绘制顺序图和程序流程图四、实现不同电子元器件的连接