第5课 巡线小车一

简易循迹小车装配课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解循迹小车的基本工作原理，掌握相关电子元件的功能和使用方法。

2. 学生能掌握简易循迹小车的装配流程，了解各部件之间的相互关系。

3. 学生能了解编程控制的基本概念，对循迹小车的程序设计有初步的认识。

技能目标：1. 学生能够独立完成简易循迹小车的装配，提高动手实践能力。

2. 学生能够通过编程控制循迹小车，培养解决问题的能力和创新思维。

3. 学生能够运用所学的知识，对循迹小车进行调试和优化，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过参与课程，培养对科学技术的热爱和兴趣，激发创新精神。

2. 学生在团队协作中，学会沟通、交流和合作，培养团队意识。

3. 学生在课程实践中，体验成功与失败，培养面对挑战的积极态度和克服困难的勇气。

课程性质：本课程为实践性课程，注重学生的动手能力和创新能力培养。

学生特点：六年级学生具有一定的认知能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇心，喜欢挑战。

教学要求：教师应关注学生的个体差异，引导他们主动参与课程实践，培养他们的创新意识和团队协作能力。

同时，注重课程目标的分解与落实，确保学生能够达到预期学习成果。

在教学过程中，注重过程评价和总结评价，及时给予学生反馈和指导。

二、教学内容1. 理论知识：- 了解简易循迹小车的原理，包括传感器的工作原理、电机驱动原理等。

- 学习电子元件的基本知识，如电阻、电容、二极管等。

- 掌握编程控制的基本概念，如条件语句、循环语句等。

2. 实践操作：- 装配简易循迹小车，包括电路连接、机械结构的组装。

- 学习使用编程软件，编写控制循迹小车运行的程序。

- 对循迹小车进行调试和优化，提高其运行性能。

3. 教学大纲：- 第一阶段：介绍简易循迹小车的基本原理和电子元件，让学生对课程内容有整体的认识。

- 第二阶段：学习编程控制的基本概念，为后续编程实践打下基础。

- 第三阶段：分组进行简易循迹小车的装配，培养学生的动手实践能力。

第1章绪论1.1课题背景目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。

世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。

移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。

当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。

从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。

智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。

它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。

智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。

智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;(2)摄像机，用来获得道路图像信息;(3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。

智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。

上一层技术是下一层技术的基础。

三个层次具体如下:(1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。

主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。

碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。

【青少年编程】Scratch二级：巡线小车展开全文「青少年编程竞赛交流群」已成立（适合6至18周岁的青少年），公众号后台回复【Scratch】或【Python】，即可进入，如果加入了之前的社群不需要重复加入。

进群之后大家可以参与每周日晚20:00的升级打怪活动以及每个月的青少年编程组队学习活动。

巡线小车编程说明：舞台上有一条加粗的黑线，小车能自动沿着黑线前进。

当小车触碰到黑线时，还能发出声音。

黑线需要自己绘制、小车可使用角色库中的图案。

1. 准备工作（1）删除原小猫角色，导入小车角色，并合理设定小车的大小。

（2）在舞台中央绘制一条加粗的黑线。

（3）在小车的车头部位画一个红色圆形，填充和边框都是同一种颜色，能用该形状检测黑色。

2. 功能实现（1）小车角色初始位置与黑色粗线部分重合，车头处的红色圆形位于黑色粗线边缘（2）当小车触碰到黑线时，还能发出声音。

（3）点击绿旗后，小车角色自动检测颜色，当小车角色前面的红色圆形检测到黑色粗线时，系统播放音效，同时小车向与黑线位置相反方向转向并小幅移动；这时小车角色前面的红色圆形会检测到白色区域，小车又向与白色区域相反的方向转向并小幅移动。

如此循环，小车会沿着黑色粗线与白色舞台背景之间的交界处向前运动，不会离开黑线。

3. 设计思路与实现（1）角色分析o角色：小车（2）背景分析o背景：白色背景带有一条黑色线段（3）所用积木块介绍「a. 运动类」o角色移动指定的步数，正数就是向前，负数就是向后。

o将角色向右旋转指定的角度。

o将角色向左旋转指定的角度。

o将角色移动到舞台中央指定的X/Y坐标位置，默认坐标（x:0, y:0）。

o x的范围（-240, 240）；y的范围（-180, 180）。

o将角色朝向某个指定的方向。

o通常用作控制角色在舞台中的上下左右朝向。

即0朝上，90朝右（默认），180朝下，-90朝左。

「b. 外观类」o将角色的大小调整为指定的值。

o该积木块通常在角色初始化时使用。

课程设计循迹小车一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握循迹小车的基本原理和制作方法，培养学生的动手能力和创新能力。

知识目标包括：了解循迹小车的工作原理、熟悉常见的电子元件及其功能、掌握基本的电路连接和编程技巧。

技能目标包括：能够独立完成循迹小车的组装、调试和编程，培养学生的动手能力和解决问题的能力。

情感态度价值观目标包括：培养学生对科学的兴趣和好奇心，增强学生的团队合作意识和环保意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括循迹小车的原理、组成和制作方法。

首先，介绍循迹小车的工作原理，让学生了解其运行机制。

其次，讲解循迹小车的组成，包括电子元件、电路连接和编程等方面。

最后，教授学生如何动手制作循迹小车，培养学生的实际操作能力。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程采用多种教学方法相结合的方式。

首先，运用讲授法，向学生讲解循迹小车的基本原理和制作方法。

其次，通过讨论法，引导学生进行思考和交流，提高学生的理解能力。

再次，运用案例分析法，分析实际案例，使学生更好地掌握知识。

最后，利用实验法，让学生亲自动手操作，培养学生的实践能力。

四、教学资源为了支持教学内容的实施，我们将选择和准备以下教学资源。

教材：《循迹小车制作教程》，为学生提供基本的学习资料。

参考书：《电子制作入门》、《编程技巧与应用》等，为学生提供更多的学习参考。

多媒体资料：制作PPT和视频教程，为学生提供直观的学习资源。

实验设备：准备循迹小车制作所需的电子元件、工具和设备，为学生提供实践操作的机会。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，我们将采用多种评估方式。

平时表现方面，将根据学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性等给予评分。

作业方面，将根据学生完成作业的质量、创新性和准确性等进行评分。

考试方面，将设置选择题、填空题、简答题和综合分析题等多种题型，全面测试学生对知识的掌握和应用能力。

此外，还将设置实验操作考核，评估学生的动手能力和实验技能。

第5课巡线小车一一、教材与学生情况分析本节课是《Arduino创意机器人》第三章《智能小车》的第五节课。

在前面的学习中，学生通过给小车装上触角，掌握了小车避障与防跌落的知识。

这一节课，尝试给小车装上眼睛，使得小车可以沿着简单的线路前进。

本节课主要用到巡线传感器，重点在于巡线过程的分析。

二、教学目标1.掌握巡线传感器的使用方法。

2.利用两个巡线传感器，制作简单巡线的小车。

3.在巡线小车的测试中，找到学习Arduino机器人的乐趣。

三、教学重难点教学重点：使用两个巡线传感器进行简单巡线教学难点：小车巡线过程的分析四、教学流程1．抛出疑问，引入新课教师：还记得小车走直线“走不直”的问题吗？如果你阅读了视野拓展，一定知道小车需要一双眼睛来看路。

看到教室地面上的那条直线了吗？你可以想办法让小车一直走在这条黑色的直线上吗？前面使用的避障和防跌落可以完成这个功能吗？出示课题《巡线小车一》。

分析：地板是白色，线是黑色的。

小车要看到这条直线，需要装上能分辨黑白的“眼睛”——巡线传感器。

2．教学新课（1）介绍新知识：巡线传感器巡线传感器以稳定的TTL输出信号帮助机器人进行白线或者黑线的跟踪（可以检测白背景中的黑线，也可以检测黑背景的白线），黑色低电平，白色高电平。

（2）小车沿黑线直走分析提问：拿出工具盒里面的巡线传感器，思考，该传感器应该安装在哪里才可以看到地面上的黑线，如果小车要跨着黑线走的话，两个传感器之间的距离怎么确定？总结：巡线传感器一左一右安装在小车底盘上，因为小车是跨线走，所以两个传感器之间的距离大于黑线宽度。

观察下图，提问：1）小车沿黑线直走，此时左右两个巡线传感器检测到黑线吗？2）小车向右偏时，左右两个巡线传感器输出电平分别是什么？小车应该怎么运动以继续走直线？3）小车向左偏时，左右两个巡线传感器输出电平分别是什么？小车应该怎么运动以继续走直线？（3）基础任务：小车沿黑线直走1）任务描述使用两个巡线传感器，让小车沿着黑线直走。

1、小灯延时闪烁实验：小灯延时一秒闪烁一次，指令：delay(xx)。

应用举例：delay(500); // 延迟500ms。

2、呼吸灯实验：使小灯忽明忽暗，延时300ms。

3、串口通信监视实验：（1.按实验一的步骤把开发板连到PC机上；（2.采用杜邦线把红外探头VCC和GND分别连接到开发板的5V和地，OUT端连到开发板的任意一个模拟量输入端口；（3.设置对应的模拟量输入端口为输入模式；（4.读取模拟量端口的值；（5.打开串口并设置波特率；（6.打开串口监视器，拿一物体遮挡在红外探头前方并移动，观察串口监视器中读取的模拟量值是否变化；（7.观察串口监视器界面的运行结果，如不符合预期设计要求，则重复修改及下载程序，直到符合要求为止。

指令：Serial.begin(xx)。

打开串口并设置通信波特率。

应用举例：Serial.begin(9600) ; //打开串口并设置通信波特率为9600。

指令：Serial.println(val)。

在串口监视器中显示变量val的值。

应用举例：Serial.println(val) ; //在串口监视器中显示变量val的值。

4、红外线对管实验：前端红外探头输出是模拟电压，中控板通过电压比较器LM339模拟电压转化为高电平或者低电平两种结果，便于程序进行判断。

以第一路红外探头来说明它的工作原理，IN1-为可调电阻调节的电压输入端，IN+为探头输出的电压，当IN1-大于IN+电压时，对应的OUT1输出电压接近0V，此时，第一路的LED灯亮；当IN1-小于IN+电压时，对应的OUT1输出电压接近5V，第一路的LED灯灭。

调节可调电阻旋钮，可以改变IN-参考电压值。

指令：pinMode(pin, mode)。

将一个引脚配置成输入或者输出模式。

应用举例：pinMode(7, INPUT); // 将引脚7定义为输入接口；pinMode(5, OUTPUT); // 将引脚7定义为输出接口。