Ультразвуковой датчик план урока

Обновлено: 05.07.2024

Автор: Васильева Оксана Михайловна

Населенный пункт: Чувашская Республика, д. Большое Яниково

Цель занятия: Создать действующий перворобот – парктроник.

Задачи: формировать понятия датчик ультразвука, умения и навыки работы с Lego-конструктором и программным обеспечением NXT-2.1, развивать творческие способности учащихся.

ТСО: компьютеры (среда Windows, NXT); наборы Lego-конструктора и микропроцессора NXT.

Результаты обучения: закрепление понятий робот у учащихся.

Задачи занятия: обеспечение усвоения знаний, закрепление этапов проведения моделирования, развитие самостоятельности в мышлении и учебной деятельности, эстетическое воспитание.

Этап

Учитель

Учащиеся (Ответы учащихся)

Сегодня, мы, учитель физики В.О.М. и учитель информатики Г.А.П., проведем мастер – класс по робототехнике. А что именно мы будем делать, вы узнаете позже.

Как вы думаете, что сближает в обществе человека с человеком? Улыбка. Давайте улыбнёмся друг другу и пожелаем успеха.

Мотивация к учебной деятельности (5мин)

Сначала прослушаем два фрагмента аудиозаписи ( прослушивание аудио фрагментов (о животных, умеющих ориентироваться в пространстве с помощью ультразвука – дельфин, летучая мышь).

Ответы учащихся (дельфин, летучая мышь)

Ответы учащихся (эти животные издают ультразвук)

Ответ. Для ориентации в пространстве

Ответ. Да используют. Парктроник на машинах. Гидролокация. УЗИ

Постановка цели и задачи (2 мин)

Итак, мы пришли к формулировке темы занятия. И как она будет называться?

Исходя из выше сказанного, сформулируем цель занятия.

Цель: Создать действующий перворобот – парктроник.

Задачи: формировать понятия датчик ультразвука, умения и навыки работы с Lego-конструктором и программным обеспечением NXT-2.1, развивать творческие способности учащихся. СЛАЙД (Устройство датчика ультразвука, принцип его работы).

Слайд. Парктроник (парковочный радар) – это специальный радар, который измеряет расстояние от автомобиля до других объектов, предупреждает об имеющемся препятствии и помогает припарковаться без последствий.

научиться создавать программы с использованием этого датчика для робота.

Задачи занятия:

развивать логическое мышление,

научить устанавливать причинно-следственные связи, работать в команде,

воспитывать бережное отношение к технике.

Вложение	Размер
datchik_rastoyaniya.docx	22.85 КБ

Предварительный просмотр:

План-конспект внеклассного занятия по теме «Ультразвуковой датчик.

Педагог дополнительного образования: Пивкин Павел Петрович

изучить возможности и принцип работы ультразвукового датчика,

изучить команду Switch,

научиться создавать программы с использованием этого датчика для робота.

развивать логическое мышление,

научить устанавливать причинно-следственные связи, работать в команде,

воспитывать бережное отношение к технике.

Алгоритм, исполнитель алгоритма, ультразвук, алгоритмическая структура ветвление (условие). Навыки работы в среде NXT 2.0. Programming.

Приветствие – 2 мин

Подведение к теме занятия – 4мин

Объяснение нового материала – 10 мин

Выполнение практического задания – 5мин

Демонстрация результатов – 2 мин

Подведение итогов – 2 мин

Здравствуйте! Ребята, сегодня у нас не совсем обычное занятие, присутствуют гости. Прошу вас быть сосредоточенными внимательно меня слушать и выполнять задания. (слайд 1)

Прогресс не стоит на месте и роботы развиваются с каждым днем. Если недавно наши механические друзья были скорее редкостью, и их можно было встретить где-то на фабриках или заводах, то сегодня андроиды встречаются практически везде. Давайте рассмотрим наиболее интересные из востребованных роботами профессий.

Первыми заказчиками робототехники стали военные. Роботы более сильные, меткие, выносливые и в перспективе дешевые. Лучше на поле боя потерять андроида, нежели живого солдата, поэтому самое большое финансирование наука получает от военных. Однако, военным роботам совсем не обязательно кого-то убивать. Основная задача многих роботов – это разведка и спасательные операции. Такой робот может стать глазами и ушами военных, сможет забраться в бункер террористов и доставить провиант и рацию заваленным обломками зданий людям.

Роботы в последнее время притягивают к себе внимание всего человечества. Как правило, это внимание можно конвертировать в большие деньги. Самое сложное для роботов-актеров – проявить свои эмоции. Над тем, чтобы оживить лица роботов и сделать их более социальными бьются многие исследовательские компании по всему миру. Непростое это дело – научить железо чувствовать. Однако, это не мешает им участвовать в театральных представлениях уже сегодня. К примеру, в Японии уже состоялась премьера пьесы с участием электронно-механического актера, действие которой происходит в недалеком будущем. А для некоторых андроидов физическое тело и вовсе не нужно. Галаграфические концерты виртуальной звезды собирают миллионы поклонников по всему миру

И последняя профессия в нашем списке – помощник в быту. Зачем тратить столько времени на уборку, готовку, стирку, если все это можно поручить машине?

В современном производстве и промышленности востребованы специалисты, имеющие знания и навыки в области создания программного обеспечения для персональных роботов. Возможно, кто-то из вас заинтересуется этой тематикой и в будущем свяжет свою жизнь с робототехникой, создаст универсального робота..

Изучать азы программирования и конструирования роботов мы начинаем в школе, здесь и сейчас. В качестве основного оборудования при обучении робототехнике мы используем ЛЕГО конструкторы Mindstorms.

На сегодняшнем занятии мы с вами познакомимся с этим датчиком, и научимся создавать программы для робота с использованием датчика расстояния.

Есть ли предположения, что это за датчик, и где он располагается?

Датчик работает по тому же принципу, что и локатор: он измеряет расстояние путём подсчёта времени, необходимого звуковой волне для того, чтобы достичь объекта и, отразившись от него, вернуться обратно.

Датчик позволяет измерять расстояние от 0 до 2,5 м, с точностью +/− 3 см.

Для чего этот датчик нужен? К примеру, видя перед собой препятствие, робот предпринимает то или иное конкретное действие, прописанное программистом.

Чтобы датчик расстояния работал, и робот знал какую команду необходимо выполнить в том или ином случае, нужно написать программу.

Напрашивается вывод, что необходимо ставить условие.

Слышали ли вы слово Switch? Где встречали? Что значит?

Команда используемая для получения роботом информации с датчиков называется Switch (Переключатель, условие).

Данная команда является ветвлением. Что такое ветвление?
В зависимости от информации, поступившей с датчика, выполняется либо верхняя команда (несколько команд), либо нижняя.

При нажатии на элемент левой откроется панель настройки.

Sensor – тип датчика, с которого берется информация

Port – порт, к которому подключен датчик, информацию с которого нужно получить.
Port может быть только один для одной команды Switch.
если нужно опросить несколько датчиков, используется несколько ветвлений.

Давайте зададим условие для программы робота, который будет анализировать расстояние до препятствия. Если оно больше 35см, то робот едет вперед. Если расстояние меньше, то робот едет назад.

Задание в группах.. 5мин.

Что нового мы узнали на сегодняшнем занятии?

Сегодня на занятии мы убедились, что будущее в наших руках, что мы можем составлять простейшие программы для обучающего робота.

Наше занятие подошло к концу, вы все молодцы. Всего хорошего!

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок – деловая игра предполагает условное воспроизведение некоторой реальной деятельности, которую осваивают учащиеся. Обучение проходит в процессе совместной игры.

Урок с элементами игровых ситуаций. На уроке обучающимся предстоит узнать о том, как создаются новые модели одежды, познакомиться с профессией модельера, научиться моде.

Предмет: РитмикаКласс: 1 АТема занятия: Общеразвивающие упражнения в игровой форме.Цель занятия: Развитие творческих способностей ребенка средствами хореографии в игровой форме, раскрытие физических д.

Цель: актуализация знаний по профильному труду (швейное дело, столярное дело, домоводство). Задачи:способствовать систематизации знаний по направлениям профильного обучения;развивать логичес.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ 1_Ультразвуковой датчик.docx

Методическая разработка учебного занятия

Ф.И.О. учителя: Подлесных Елена Викторовна

Класс: 5-7 класс

Предмет: Робототехника

Место и роль урока в изучаемой теме: Занятие №22. Глава “Датчики”

Цели занятия:

Предметные: Формировать понятие датчик ультразвука, умения и навыки работы с роботизированным конструктором и программным обеспечением EV3; развивать творческие способности обучающихся; объяснять, каким образом можно использовать ультразвуковой датчик для измерения расстояния, настраивать и использовать ультразвуковой датчик робота; формировать умения применять команды робота при моделировании процесса движения по заданной траектории с использованием датчика ультразвука; развивать навыки программирования, логического мышления обучающихся.

Метапредметные: Формировать умения учиться и способность к организации своей деятельности; способность ставить цель и следовать ей; умение планировать свою деятельности; ф ормировать элементы критического мышления; оценивать правильность выполнения учебных задач; классифицировать и обобщать, работать в группе по решению общих учебных задач; применять ИКТ- компетенции для решения учебных задач.

Личностные : формировать интерес к новому материалу, умения сравнивать ожидаемые и достигнутые результаты, умения давать оценку деятельности и результату деятельности; способствовать осознанию значения новых знаний и умений в своей жизни; осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий; развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера.

Ожидаемые предметные результаты:

Обучающиеся научатся

подключать ультразвуковой датчик к блоку EV 3;

составлять алгоритмы движения для робота EV 3 с использованием ультразвукового датчика;

применять полученные знания при программировании базовой модели робота;

выбирать соответствующее действие для достижения цели исполнителя алгоритма;

Формы организации работы детей : работа в группе, индивидуальная, фронтальная.

Средства обучения: действующие модели из конструкторов Lego Mindstorms EV 3 , презентация для учащихся, АРМ учителя, проектор, интерактивная доска, среда программирования EV 3- G , Интернет, браузер Google .

Ключевые понятия: отражение звука, ультразвук, ультразвуковой датчик, алгоритм, программа

Межпредметные связи : математика, физика, технология

План занятия:

Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Первичное усвоение новых знаний.

Первичная проверка понимания

Рефлексия (подведение итогов занятия)

Ход занятия

Организационный этап

Рассадка, напоминание правил техники безопасности. Обучающимся выдается ссылка на интерактивный плакат, который содержит материалы для занятия.

Актуализация знаний

Учитель: Добрый день, дорогие ребята! На прошлом занятии мы с вами познакомились с датчиком цвета (освещенности), узнали о его принципе работы и научились программировать действия робота EV 3, основываясь на показаниях датчика цвета (освещенности).

Задание №2 Необходимо разработать алгоритм движения по линии в режиме яркости отраженного света. Каждой группе продемонстрировать робота в действии. После демонстрации сделать скриншот программы и разместить на слайде Google –презентации. Для этого необходимо воспользоваться интерактивным плакатом.

Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности обучающихся

Учитель: Прежде чем объявить тему нашего занятия, я попрошу принять участие в небольшим опросе, для этого перейдите по ссылке.

На интерактивной доске демонстрируется диаграмма с результатами опроса.

Для того чтобы определить основную задачу нашего занятия, я предлагаю вам просмотреть видеофрагменты об отражении звука и о животном, умеющем ориентироваться в пространстве с помощью ультразвука.

Учитель: Как вы думаете, можно ли использовать принципы эхолокации, на основе которых животные ориентируются в пространстве в технических устройствах? Приведите примеры?

Ответы обучающихся:

На прошлом занятии мы познакомились с датчиком освещенности/цвета, узнали о принципе его работы и научились создавать алгоритмы для ориентации робота на поле с помощью данного датчика. Мы просмотрели видеоролик об автомобиле, который самостоятельно ориентируется на дороге с помощью разметки и отметили, что автомобиль паркуется без участия человека, используя только специальные устройства. Предположите, как называются такие устройства, которые ставятся на парктрониках автомобилей или на эхолокационном оборудовании?

Ответы обучающихся: Датчики расстояния, радары, сонары, ультразвуковые датчики…

Учитель: Я предполагаю, что вы уже догадались, о чем сегодня на занятии пойдет речь и предлагаю вам озвучить тему и основную цель нашего занятия.

Ответы обучающихся: Ультразвуковой датчик (датчик расстояния)

Первичное усвоение новых знаний

Учитель: Главное назначение ультразвукового датчика, это определение расстояния до предметов, находящихся перед ним. Для этого датчик посылает звуковую волну высокой частоты (ультразвук), ловит обратную волну, отраженную от объекта и, замерив время на возвращение ультразвукового импульса, с высокой точностью рассчитывает расстояние до предмета.

Расстояние до объекта можно измерить либо в дюймах, либо в сантиметрах. Вы можете воспользоваться этим, например, для того, чтобы заставить вашего робота остановиться на определенном расстоянии до стены.

Ультразвуковой датчик может выдавать следующие данные:

Расстояние в сантиметрах

Расстояние до объекта в сантиметрах.

Расстояние в дюймах

Расстояние до объекта в дюймах.

Истина, если обнаружен другой ультразвуковой датчик.

Ультразвуковой датчик лучше всего обнаруживает объекты с твердой поверхностью, которая хорошо отражает звук. Мягкие объекты, такие как ткань, могут поглощать звуковые волны и не обнаруживаться датчиком. Также труднее обнаруживать объекты с округлой или наклонной поверхностью.

Датчик не может обнаруживать объекты, которые находятся очень близко к датчику (ближе, чем примерно 3 см или 1,5 дюйма).

Датчик имеет широкое поле обзора и может лучше обнаруживать более близкий объект сбоку, чем более удаленный объект прямо перед ним.

Программирование ультразвукового датчика

Блок ультразвукового цвета получает данные от ультразвукового датчика. Вы можете измерить расстояние как в дюймах, так и в сантиметрах и получить числовой вывод. Кроме того, вы можете сравнить расстояние с пороговым значением и получить логический вывод (истина или ложь). Также вы можете обнаруживать другие ультразвуковые сигналы в пассивном режиме.

Выберите порт датчика и режим

Выбор порта
Выбор режима
Вводы
Выводы

Измерение – Расстояние – Сантиметры

Измерение – Расстояние – Дюймы

Измерение – Присутствие

Прослушивает другие ультразвуковые сигналы в пассивном режиме.

Сравнение – Расстояние – Сантиметры

Сравнение – Расстояние – Дюймы

Позволяет сравнивать расстояние в дюймах с пороговым значением, используя выбранный тип сравнения.

Сравнение – Присутствие

Дополнения – Сантиметры

Дополнения – Дюймы

Первичное закрепление

Учитель: А сейчас мы перейдем к закреплению. Для этого выполним несколько упражнений для тренировки.

Упражнение №1 Остановиться на определенном расстоянии перед стеной.

Роботу необходимо перемещаться вперед до тех пор, пока ультразвуковой датчик не обнаружит что-либо на расстоянии ближе 10 дюймов, затем робот останавливается.

Упражнение №2 Подать сигнал тревоги, когда поблизости обнаружен объект.

Робот должен подавать сигнал всякий раз, когда ультразвуковой датчик обнаруживает объект на расстоянии ближе 50 сантиметров.

Упражнение №3 Постепенное снижение скорости при приближении к объекту.

Роботу необходимо постепенно снижать скорость и затем останавливается примерно в 10 см от какого-либо объекта, обнаруженного перед ним. Чем ближе он будет подходить к объекту, тем медленнее он должен будет двигаться.

Процесс повторяется циклически, и мощность мотора постоянно корректируется на основании новых показаний датчика.

Упражнение №4 Роботу необходимо держать дистанцию в 15 см от препятствия.

Самостоятельная работа в группах

Задание №1: Решите онлайн кроссворд.

Задание №2 Напишите программу, которая непрерывно выводит на блок EV 3 расстояние до объекта в дюймах.

Задание №3 Составьте алгоритм, выполняющий обнаружение другого робота, с работающим ультразвуковым датчиком.

Задания выполняются на основе модели робота, с установленным датчиком расстояния Приложение №1.

Далее следует проверка заданий и демонстрация программ на работоспособность.

Рефлексия (подведение итогов занятия)

Учитель: Молодцы ребята, а теперь пришла пора подвести итоги занятия.

Текущий урок мы посвятим изучению ультразвукового датчика. Данный датчик присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

7.1. Изучаем ультразвуковой датчик

Главное назначение ультразвукового датчика, это определение расстояния до предметов, находящихся перед ним. Для этого датчик посылает звуковую волну высокой частоты (ультразвук), ловит обратную волну, отраженную от объекта и, замерив время на возвращение ультразвукового импульса, с высокой точностью рассчитывает расстояние до предмета.

Рис. 1

Ультразвуковой датчик может выдавать измеренное расстояние в сантиметрах или в дюймах. Диапазон измерений датчика в сантиметрах равен от 0 до 255 см, в дюймах - от 0 до 100 дюймов. Датчик не может обнаруживать предметы на расстоянии менее 3 см (1,5 дюймов). Так же он не достаточно устойчиво измеряет расстояние до мягких, тканевых и малообъемных объектов. Кроме режимов измерения расстояния в сантиметрах и дюймах датчик имеет специальный режим "Присутствие/слушать". В этом режиме датчик не излучает ультразвуковые импульсы, но способен обнаруживать импульсы другого ультразвукового датчика.

У нашего робота, собранного по инструкции small-robot-45544, ультразвуковой датчик уже закреплен впереди по ходу движения. Подключим его кабелем к порту "3" модуля EV3 и приступим к разбору практических примеров использования ультразвукового датчика.

Задача №14: написать программу, останавливающую прямолинейно движущегося робота, на расстоянии 15 см до стены или препятствия.

Для решения задачи воспользуемся уже знакомым нам программным блоком "Ожидание" Оранжевой палитры, переключив его в Режим: "Ультразвуковой датчик" - "Сравнение" - "Расстояние в сантиметрах" (Рис. 2). Само решение будет похоже на решение Задачи №7.

Рис. 2

Решение:

Начать прямолинейное движение вперед (Рис. 3 поз. 1)
Ждать, пока значение ультразвукового датчика не станет меньше 15 см. (Рис. 3 поз. 2)
Прекратить движение вперед (Рис. 3 поз. 3)

Рис. 3

Задача №15: написать программу для робота, держащего дистанцию в 15 см от препятствия.

Решение:

Поведение робота будет следующим:

при значении показания ультразвукового датчика больше 15 см робот будет двигаться вперед, стараясь приблизиться к препятствию;
при значении показания ультразвукового датчика меньше 15 см робот будет двигаться назад, стараясь удалиться от препятствия.

Мы уже знаем, что за организацию выбора выполняемых блоков в зависимости от условия отвечает программный блок "Переключатель" Оранжевой палитры. Установим для блока "Переключатель"режим "Ультразвуковой датчик" - "Сравнение" - "Расстояние в сантиметрах" (Рис. 4 поз.1). Параметр "Тип сравнения" блока "Переключатель" установим в значение "Больше"=2, а "Пороговое значение" определим равным 15 (Рис. 4 поз. 2). Такие настройки программного блока "Переключатель"приведут к следующему поведению программы: При показаниях ультразвукового датчика больше 15 смбудут выполняться программные блоки, помещенные в верхний контейнер (Рис. 4 поз. 3), в противном случае будут выполняться программные блоки, помещенные в нижний контейнер (Рис. 4 поз. 4).

Рис. 4

Поместим в эти контейнеры программные блоки, включающие движение вперед и назад. Для того чтобы программный блок "Переключатель" выполнялся многократно, поместим его внутрь программного блока"Цикл" Оранжевой палитры (Рис. 5).

Рис. 5

Загрузите получившуюся программу в робота и запустите ее на выполнение. Если перед роботом отсутствует препятствие, то он поедет вперед. Поднесите руку близко к ультразвуковому датчику, попробуйте отводить - приближать руку. Как ведет себя робот? Ждем ваши комментарии к этому уроку.

7.2. Робот-полицейский

Принцип работы ультразвукового датчика очень похож на радар, который применяется для измерения скорости движущихся автомобилей. Как радар узнаёт скорость автомобиля? Он измеряет расстояние до движущегося объекта, ждёт заданное небольшое время и повторяет измерение. Разность расстояний - это пройденный путь автомобиля. Разделив пройденный путь на время между двумя измерениями, можно найти скорость, с которой двигался объект измерения.

Давайте же научим и нашего робота работе радара!

Рис. 6

Последовательность действий, выполняемых роботом, будет следующей:

Робот ждёт появления в зоне контроля движущегося объекта;
измеряет расстояние до объекта;
ждёт 1 секунду;
повторно измеряет расстояние до объекта;
находит пройденное расстояние и сравнивает его с пороговым значением;
выводит на экран результат и подает тревогу в случае превышения скорости.

Начнём создавать программу для нашего робота-полицейского.

С помощью программного блока "Ожидание" ждём появления объекта в зоне контроля робота (Рис. 7 поз. 1). Расстояние до объекта передаем в программный блок "Математика" (Рис. 7 поз. 4).
С помощью программного блока "Ожидание" ждем 1 секунду.
Второй раз снимаем показание ультразвукового датчика (Рис. 7 поз. 3) и передаем полученное значение в программный блок "Математика" (Рис. 7 поз. 4).
В программном блоке "Математика" находим расстояние, пройденное объектом измерения за 1 секунду. Полученное значение передаем в программный блок "Сравнение" (Рис. 7 поз. 5) и выводим на экран (Рис. 7 поз. 6).
С помощью программного блока "Сравнение" (Рис. 7 поз. 5) сравниваем пройденное расстояние с пороговым значением, равным 10. Результат сравнения двух чисел представляет собой логический вывод. Логический вывод может принимать одно из двух значений: "Да" или "Нет". Этот вывод мы передаем в прогаммный блок "Переключатель" (Рис. 7 поз. 7), настроив его на прием логических значений. Обратите внимание: шины данных, передающие логические значения, окрашены в зеленый цвет, в отличие от желтых шин данных, передающих числовые значения. (В дальнейшем мы подробнее ознакомимся с принципами обработки логических значений).
С помощью программного блока "Переключатель" мы организуем две ветки поведения программы в зависимости от скорости объекта. Если объект за 1 секунду приблизился к роботу, больше чем на 10см, значит, будем считать его приближение критическим и подадим сигналы тревоги (Рис. 7 поз. 8). В противном случае будем считать, что объект движется медленно, в этом случае робот включит зеленую подсветку клавиш модуля EV3 и произнесёт "Okay".
В конце программы еще раз воспользуемся программным блоком "Ожидание" (Рис. 7 поз. 10) и "придержим" завершение программы на 5 секунд, чтобы успеть прочитать информацию на экране модуля EV3.

Рис. 7

Загрузите программу в робота, расположите робота так, чтобы перед ним на расстоянии 60 сантиметров отсутствовали другие предметы, запустите программу на выполнение. Перемещайте в направлении к роботу игрушечный автомобиль или объемный предмет, наблюдайте за реакцией робота. Попробуйте изменять пороговые значения в программе. Как изменяется поведение робота? Опишите свои наблюдения в комментарии к этому уроку.

7.3. Ультразвуковой датчик - режим "Присутствие/слушать"

Как уже отмечалось выше, в этом режиме ультразвуковой датчик способен обнаруживать излучение другого ультразвукового датчика. Результатом обнаружения является логическое значение: "Да", если найдено ультразвуковое излучение, или "Нет", если ничего не найдено. Данный режим можно использовать, например, в состязаниях роботов-шпионов (описание режима уже говорит о том, что для его использования необходимо минимум два робота).

Задача № 16: необходимо написать программу, обнаруживающую другого робота, с работающим ультразвуковым датчиком.

Читайте также: