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粤教版信息技术九年级上第5课制作会巡线走的机器人教学设计
课题
制作会巡线走的机器人
单元
第二单元
学科
信息技术
年级
九年级
学习目标
知识目标：了解灰度传感器的用途；了解底面灰度传感器的使用方法。技能目标：理解机器人巡线走的算法原理及程序；理解制作巡线走机器人；应用灰度传感器设计机器人。情感目标：制作巡线机器人，增强机器人探索的兴趣。
重点
掌握灰度传感器的使用；及巡线算法原理。
难点
掌握灰度传感器的使用；及巡线算法原理。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
视频：《送餐机器人》某餐厅里的送餐机器人，它能往返于厨房和餐台之间，给客人提供端菜服务。它是如何实现巡线走的呢 这节课我们将探索巡线机器人的奥秘。
思考
激发学生学习兴趣并快速进入学习状态
讲授新课
一、项目分析(一)项目要求设计如图所示的机器人，让它沿着地面上的黑带行走。(二)实现思路1.根据项目需求，选择合适的开源硬件，搭建好机器人，连接好灰度传感器与传感器扩展板、直流电机与电机扩展板之间的连线。2.设计巡线算法，编写及调试程序，让机器人沿着黑线走。(三)所需器材本项目所需的器材如下表所示。(四)所需软件编程软件是
EDUArduino2.0，图形编程模块是ArduBlock。二、探究新知(一)灰度传感器灰度传感器可以检测不同颜色的灰度值。各种不同型号的灰度传感器外观有所差异，但功能都一样。本项目中用到的灰度传感器如图所示。灰度传感器各引脚的功能如下表所示。上述灰度传感器的发射和接收头离地面的距离约0.5厘米。传感器上面一般有一个功率调节旋钮，用来调节输出信号的大小。灰度传感器有数字输出和模拟输出两种模式。数字输出的值是0或1，模拟输出的值范围是0～1023。这两种输出模式可根据需要选择，只需要连接传感器的D0或者A0引脚即可因此不能同时连接A0和D0引脚。(二)测量颜色灰度值探究1.把灰度传感器的引脚D0连接到
Arduino传感器扩展板的数字引脚D3，通过串口监视器检测黑色和白色的灰度值。顺时针或逆时针旋转旋钮，观察输出的值及开关指示灯的变化情况，将结果填入下表探究发现，灰度传感器连接在数字引脚，检测黑色输出的值是（
）白色的值是（
）2.把灰度传感器的引脚A0连接
Arduinol的模拟引脚A0，检测黑色和白色的灰度值。顺时针或逆时针旋转调节旋钮，观察输出的值及开关指示灯的变化情况。通过探究发现，灰度传感器连接在模拟引脚，检測黑色的值（
）是白色的值是（
）。黑色的灰度值比白色的灰度值（
）(大/小)。旋转调节接钮，输出的值会（
）(变化/不变化)。三、项目实施(一)硬件安装灰度传感器连接主控板的数字引脚D3，如下表所示。直流电机与电机扩展板接线如下表所示。(二)算法设计机器人采用一个灰度传感器，侦测地面颜色的灰度。把机器人放在靠近黑带的左边，当侦测到不是黑带时，则往右前方走，逐渐靠近黑带;当侦测到是黑带时，则机器人靠左前方走，离开黑带;通过这样的左右摇摆行走方式向前，实现沿着黑线走(如图所示)。该算法流程如图所示:以上是利用一个灰度传感器让机器人巡黑线走的算法。要想让机器人走得更平稳，可以采用两个或者更多的灰度传感器。例如，采用两个灰度传感器的巡黑线算法即机器人在前进过程中，会出现如图所示的3种情况(图中红色圆点代表左右两个灰度传感器)。(1)机器人不偏离黑带时，左、右两个灰度传感器都检测不到黑带，两个传感器跨在黑带的左右两边，机器人就直走。(2)机器人向右走偏时，左灰度传感器检测到黑带，右灰度传感器检测不到黑带，机器人左转车头，调整回来。(3)机器人向左走偏时，右灰度传感器检測到黑带，左灰度传感器检测不到黑带，机器人右转车头，调整回来。通过上述3种情况的不同处理，就能让机器人沿着黑线走下去。(三)编写程序下面是用一个灰度传感器让机器人巡黑线走的程序，如图所示。(四)效果检验将程序上载到
Arduino主板，运行程序，测试机器人沿着黑带走的情况。探究把机器人放在黑带左边作为初始位置，运行机器人，观察它行走的情况，把结果记录在下表中。探究发现，机器人的灰度传感器在黑带的左边，机器人（
）(左偏调整/右偏调整):在黑带的上方、机器人（
）(左偏调整/右偏调整)。实践与创作1、采用两个灰度传感器实现机器人沿着黑线走，测试实际运行效果。课堂检测1.制作沿着黑线走的机器人，识别黑带用的传感器是(
)A.超声波传感器
B.灰度传感器
C.声音传感器
D.光线传感器2.下列关于灰度传感器的说法，正确的是(
)A.灰度传感器只能接在数字端口
B.灰度传感器只能接在模拟蝸口C.灰度传感器既可以接在数字端口，也可以接在模拟口D.灰度传感器接在模拟端口，输出的值只能是0、13.下列情景可以应用灰度传感器的是(
)A.用来检测温度的高低。B.用来检测是否有人C.用来检测是否障碍物D.用来区分白色和黑色的围棋
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，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，通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务培养学生动手操作能力，并且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、共同完成任务培养学生独立完成练习的能力。
课堂小结
分小组总结归纳，教师补充。
各组汇报总结，其他小组成员做补充。
锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
布置作业
1、采用三个灰度传感器实现机器人沿着黑线走，测试实际运行效果。
板书
一、项目分析(一)项目要求(二)实现思路(三)所需器材(四)所需软件二、探究新知(一)灰度传感器(二)测量颜色灰度值三、项目实施(一)硬件安装(二)算法设计(三)编写程序(四)效果检验
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信息技术粤教版
九年级上
第5课
制作会巡线走的机器人
------灰度传感器及其应用
送餐机器人
新知导入
某餐厅里的送餐机器人，它能往返于厨房和餐台之间，给客人提供端菜服务。它是如何实现巡线走的呢 这节课我们将探索巡线机器人的奥秘。
新知讲解
(一)项目要求
设计如图所示的机器人，让它沿着地面上的黑带行走。
一、项目分析
新知讲解
1.根据项目需求，选择合适的开源硬件，搭建好机器人，连接好灰度传感器与传感器扩展板、直流电机与电机扩展板之间的连线。
2.设计巡线算法，编写及调试程序，让机器人沿着黑线走。
(二)实现思路
新知讲解
(三)所需器材
本项目所需的器材如下表所示。
新知讲解
编程软件是
EDUArduino2.0，图形编程模块是ArduBlock。
(四)所需软件
新知讲解
(一)灰度传感器
二、探究新知
灰度传感器可以检测不同颜色的灰度值。各种不同型号的灰度传感器外观有所差异，但功能都一样。
本项目中用到的灰度传感器如图所示。
新知讲解
灰度传感器各引脚的功能如下表所示。
序号
引脚名称
用途
传感器扩展板
1
VCC
+3V～+5V电源
V
2
GND
接地
G
3
DO
数字信号输出
数字引脚
4
AO
模拟信号输出
模拟引脚
上述灰度传感器的发射和接收头离地面的距离约0.5厘米。
新知讲解
传感器上面一般有一个功率调节旋钮，用来调节输出信号的大小。
灰度传感器有数字输出和模拟输出两种模式。
数字输出的值是0或1，模拟输出的值范围是0～1023。
这两种输出模式可根据需要选择，只需要连接传感器的D0或者A0引脚即可
因此不能同时连接A0和D0引脚。
新知讲解
(二)测量颜色灰度值
1.把灰度传感器的引脚D0连接到
Arduino传感器扩展板的数字引脚D3，通过串口监视器检测黑色和白色的灰度值。
顺时针或逆时针旋转旋钮，观察输出的值及开关指示灯的变化情况，将结果填入下表
探究发现，灰度传感器连接在数字引脚，检测黑色输出的值是（
）白色的值是（
）
探究
颜色
输出值
传感器绿色指示灯(亮/灭)
黑色
白色
新知讲解
2.把灰度传感器的引脚A0连接
Arduinol的模拟引脚A0，检测黑色和白色的灰度值。
顺时针或逆时针旋转调节旋钮，观察输出的值及开关指示灯的变化情况。
通过探究发现，灰度传感器连接在模拟引脚，检測黑色的值（
）是白色的值是（
）。黑色的灰度值比白色的灰度值（
）(大/小)。旋转调节接钮，输出的值会（
）(变化/不变化)。
新知讲解
(一)硬件安装
三、项目实施
灰度传感器连接主控板的数字引脚D3，如下表所示。
直流电机与电机扩展板接线如下表所示。
灰度传感器
传感器扩展板
GND
G
VCC
V
DO(数字端口输出)
D3
直流电机
电机扩展板
左电机(M1)
A
右电机(M2)
B
新知讲解
(二)算法设计
机器人采用一个灰度传感器，侦测地面颜色的灰度。
把机器人放在靠近黑带的左边，当侦测到不是黑带时，则往右前方走，逐渐靠近黑带;
当侦测到是黑带时，则机器人靠左前方走，离开黑带;通过这样的左右摇摆行走方式向前，实现沿着黑线走(如图所示)。
新知讲解
该算法流程如图所示:
新知讲解
以上是利用一个灰度传感器让机器人巡黑线走的算法。要想让机器人走得更平稳，可以采用两个或者更多的灰度传感器。
例如，采用两个灰度传感器的巡黑线算法即机器人在前进过程中，会出现如图所示的3种情况(图中红色圆点代表左右两个灰度传感器)。
新知讲解
(1)机器人不偏离黑带时，左、右两个灰度传感器都检测不到黑带，两个传感器跨在黑带的左右两边，机器人就直走。
(2)机器人向右走偏时，左灰度传感器检测到黑带，右灰度传感器检测不到黑带，机器人左转车头，调整回来。
(3)机器人向左走偏时，右灰度传感器检測到黑带，左灰度传感器检测不到黑带，机器人右转车头，调整回来。
通过上述3种情况的不同处理，就能让机器人沿着黑线走下去。
新知讲解
(三)编写程序
下面是用一个灰度传感器让机器人巡黑线走的程序，如图所示。
新知讲解
将程序上载到
Arduino主板，运行程序，测试机器人沿着黑带走的情况。
(四)效果检验
新知讲解
把机器人放在黑带左边作为初始位置，运行机器人，观察它行走的情况，把结果记录在下表中。
探究
探究发现，机器人的灰度传感器在黑带的左边，机器人（
）(左偏调整/右偏调整):在黑带的上方、机器人（
）(左偏调整/右偏调整)。
灰度传感器位置
机器人动作(左偏调整/右偏调整)
在黑带左边
在黑带上方
实践与创作
1、采用两个灰度传感器实现机器人沿着黑线走，测试实际运行效果。
课堂检测
1.制作沿着黑线走的机器人，识别黑带用的传感器是(
)
A.超声波传感器
B.灰度传感器
C.声音传感器
D.光线传感器
2.下列关于灰度传感器的说法，正确的是(
)
A.灰度传感器只能接在数字端口
B.灰度传感器只能接在模拟蝸口C.灰度传感器既可以接在数字端口，也可以接在模拟口
D.灰度传感器接在模拟端口，输出的值只能是0、1
3.下列情景可以应用灰度传感器的是(
)
A.用来检测温度的高低。B.用来检测是否有人
C.用来检测是否障碍物D.用来区分白色和黑色的围棋
B
C
D
课堂小结
总结本节课所学内容
板书设计
一、项目分析
(一)项目要求
(二)实现思路
(三)所需器材
(四)所需软件
二、探究新知
(一)灰度传感器
(二)测量颜色灰度值
三、项目实施
(一)硬件安装
(二)算法设计
(三)编写程序
(四)效果检验
1、采用三个灰度传感器实现机器人沿着黑线走，测试实际运行效果。
作业布置
谢谢
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