川教版（2019）九年級下冊第2節(jié) 安全消防機(jī)器人評優(yōu)課ppt課件

這是一份川教版（2019）九年級下冊第2節(jié) 安全消防機(jī)器人評優(yōu)課ppt課件，文件包含第2節(jié)《安全消防機(jī)器人》pptx、智能消防機(jī)器人mp4等2份課件配套教學(xué)資源，其中PPT共29頁， 歡迎下載使用。
機(jī)器人可以替代或輔助人類在特殊崗位從事危險度高、工藝復(fù)雜的活動。如在極端環(huán)境、自然災(zāi)害、火災(zāi)、?；繁ā⒑诵孤┑劝踩录?，機(jī)器人可以進(jìn)入危險環(huán)境，憑借遠(yuǎn)程通信、定位、防爆、防水、防病毒以及人工智能等功能，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)，最大限度地保障人員及財產(chǎn)安全。思考：請說說在城市生活中，存在哪些安全問題，面對這些問題，你有解決的思路嗎?
1. 理解火焰?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟聿⒄莆掌涫褂梅椒ā?br/>2. 學(xué)會一種避障算法，實(shí)現(xiàn)避障功能。
3. 能設(shè)計、搭建一個消防機(jī)器人模型，并編寫程序?qū)崿F(xiàn)功能。
一、項目分析，方案確定
二、系統(tǒng)搭建，功能實(shí)現(xiàn)
三、程序調(diào)試，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化
如果我們也想嘗試制作一個城市“消防員”——消防機(jī)器人，用來替代消防員執(zhí)行消防任務(wù)，我們就有了制作需求。
我們要制作消防機(jī)器人，可以使用火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源是否存在，使用超聲波測距模塊檢測障礙物的距離。
火焰?zhèn)鞲衅魇抢没鹧姘l(fā)出特定波長的紅外線（波長760 ~1100 nm )來檢測光源的傳感器。它把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號輸入到控制器里，控制器根據(jù)信號的變化做出相應(yīng)的程序處理。
根據(jù)器材的基本特性，可以把消防機(jī)器人模型分成控制器、檢測裝置、運(yùn)動裝置和滅火裝置四個部分。
為了模擬消防機(jī)器人檢測火源和滅火的過程，建立問題模型：在一定空間里尋找火源，并用風(fēng)扇吹滅火源。
作品功能：機(jī)器人在一定空間內(nèi)探測火源，若發(fā)現(xiàn)火源，則啟動滅火裝置滅火。
材料清單：Arduin控制器、火焰?zhèn)鞲衅?、超聲波測距模塊( HC-SR04)、直流電機(jī)驅(qū)動模塊1(L298N)、直流電機(jī)驅(qū)動模塊2(E9110)、直流電機(jī)（帶風(fēng)扇）、USB數(shù)據(jù)線。
實(shí)現(xiàn)過程：先搭建消防機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，將控制器與運(yùn)動裝置、檢測裝置、滅火裝置正確連接；分步驟檢測各裝置正常運(yùn)行后編寫程序，實(shí)現(xiàn)滅火功能；并在實(shí)際環(huán)境中不斷運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化參數(shù)。
根據(jù)設(shè)計方案，搭建消防機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并安裝好火焰?zhèn)鞲衅?、超聲波測距模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊等。
基于消防機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計電路連接圖將Arduin控制器與運(yùn)動裝置、檢測裝置、滅火裝置連接好，并記錄好器件針腳對應(yīng)表。
在設(shè)計較復(fù)雜的程序時，程序員往往會將一個復(fù)雜的程序按照功能劃分為若干個小的程序模塊。每個小的程序模塊實(shí)現(xiàn)一個確定的功能，并在這些模塊之間建立必要的聯(lián)系。通過模塊的互相協(xié)作完成整個功能，這種程序設(shè)計的方式稱為模塊化的程序設(shè)計。
現(xiàn)在我們需要將消防機(jī)器人的功能進(jìn)行細(xì)化，使用模塊化的方式逐一地實(shí)現(xiàn)消防機(jī)器人的功能。
（1）消防機(jī)器人避障功能
問題模型中，消防機(jī)器人在一個封閉的空間內(nèi)運(yùn)動，消防機(jī)器人行進(jìn)的動作分為直行、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止?，F(xiàn)在我們應(yīng)用模塊化的編程思想，先來編寫子模塊函數(shù)。
不同電機(jī)的速度參數(shù)要根據(jù)不同情況分別進(jìn)行調(diào)試、確定
超聲波測距模塊用于檢測障礙物與消防機(jī)器人的距離，在調(diào)試時可以使用串口打印功能測試超聲波測距模塊的運(yùn)行情況。下圖為串口輸出超聲波測距距離程序示例：
任務(wù)一：請設(shè)計實(shí)驗(yàn)，檢測超聲波測距模塊的靈敏度，以及它在不同場景和障礙物存在的情況下測量距離的精度情況。
在能正確檢測障礙物的距離后，我們就要開始著手設(shè)計機(jī)器人小車的避障功能，先設(shè)計出避障算法。我們先來看一種簡單的避障算法的流程圖以及避障程序示例：
小提示：障礙物距離參數(shù)和后退、左轉(zhuǎn)的時間參數(shù)需要根據(jù)電機(jī)和環(huán)境情況反復(fù)調(diào)試與優(yōu)化。
任務(wù)二：你認(rèn)為上面的避障算法有需要改進(jìn)的地方嗎？請根據(jù)設(shè)計的算法畫出相應(yīng)的流程圖，并編寫程序上傳到消防機(jī)器人以驗(yàn)證算法的正確性與避障效率。
(2）消防機(jī)器人滅火功能
滅火動作由風(fēng)扇吹滅火焰來模擬，可以將滅火動作設(shè)計為啟動電機(jī)帶動風(fēng)扇滅火和停止風(fēng)扇滅火兩個函數(shù)。
火源用火焰?zhèn)鞲衅鳈z測：火焰?zhèn)鞲衅鱀O針腳輸出為數(shù)字信號，信號為“0”時表示檢測到火焰，為“1”時表示未檢測到火焰。那么火源的檢測及滅火動作的程序如下：
上圖中的程序使用了循環(huán)語句和條件語句，當(dāng)檢測到火源時（8號管腳讀入的數(shù)值為“0”時）則循環(huán)執(zhí)行“utFire”函數(shù)，直到?jīng)]有檢測到火源時（8號管腳讀入的數(shù)值為“1”時）則執(zhí)行“stpOutFire”函數(shù)。
在前面程序模塊設(shè)計和實(shí)驗(yàn)調(diào)試之后，將消防機(jī)器人按原先設(shè)計的算法流程圖進(jìn)行整合。
將程序上傳至Arduin控制器，并將消防機(jī)器人放在實(shí)際模擬場景中，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)消防機(jī)器人的主要功能。
任務(wù)三：通過實(shí)踐，觀察消防機(jī)器人是否存在問題，記錄遇到的問題，并提出解決方案。