资源简介

(共42张PPT)
第7单元 第3课
（湘科2024版）六年级
下
自动巡线守交规
1
核心素养目标
3
活动目标
5
练习提升
7
拓展延伸
2
新知导入
4
新知讲解
6
开拓视野
活动日志
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
讨论自动驾驶安全冗余设计的意义，思考车路协同对交通效率的影响，辩证看待技术替代人工驾驶的伦理问题。
使用图形化编程实现巡线逻辑，通过实验调试转弯参数，利用传感器数据诊断跑偏原因，设计多场景测试优化算法。
能用双传感器状态判断偏离方向，分解巡线问题为“检测-判断-调整”逻辑步骤，通过条件语句实现闭环控制与动态纠偏。
理解灰度传感器通过反射光强度识别黑线与白地，关注多传感器协同工作对自动驾驶的必要性，形成数据驱动决策的思维。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
在生活实际中，汽车要在正确的道路上行驶才能保证安全。道路除了有直线部分以外，还有曲线部分。驾驶员通过观察路面状况、周边场景和交通标志，能将汽车保持在道路中间行驶。汽车在无人操控的情况下，也要能实现这一功能。
02
新知导入
小车是如何知道要沿着黑线行驶的呢？
小车通过底部的灰度巡线传感器来检测道路颜色，当传感器识别到黑线时，就会向控制中心发送信号，从而引导小车沿着黑线行驶。
02
新知导入
思考
自动巡线技术有哪些实际应用？
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
自动巡线技术在工业自动化、智能家居、自动驾驶等领域都有广泛应用，如物料搬运机器人、扫地机器人、自动驾驶等。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
想象一下，小车通过内置的灰度巡线传感器，能够智能识别道路，自动沿着黑线轨迹行驶，这就是自动巡线技术的神奇之处。
灰度巡线传感器，作为小车的“智慧之眼”，通过感知道路颜色变化，引导小车沿着黑线安全、稳定地前行。
02
新知导入
03
活动目标
了解自动巡线的基本原理。
体验编程模拟控制自动巡线的过程。
04
新知讲解
一、分析自动巡线的基本原理
在生活中，汽车要保持在路中间行驶，都是通过以下方法来实现的：
（1）观察前方道路；
（2）根据道路两侧的交通标志线，判断中间位置；
（3）如果发现自己偏离中间位置，就调整前行的方向，回到中间位置继续前进。
为了保证交通安全，道路一般都有清晰的标识。
自动巡线的原理
开动脑筋
小组讨论：汽车如何自动感知道路“中间”并保持沿着车道中间行驶呢？
04
新知讲解
自动驾驶汽车上的“眼睛”如摄像头、颜色传感器等，可以辨别车道线。根据传感器采集到的数据，计算出道路的“中心线”，并指挥汽车沿着“中心线”行驶。
开动脑筋
具体来说，当汽车向左或向右偏离了“中心线”时，就指挥车向相反的方向转一定角度，回到“中心线”上，让汽车尽量保持沿着道路中间行驶。这种控制汽车沿着某条“线”行驶的方法，叫作巡线行驶。
04
新知讲解
04
新知讲解
二、模拟控制自动巡线的过程
在小车模型的基础上，增加“灰度巡线传感器”作为输入设备，通过运算控制小车的行驶状态，让小车自动沿道路中间行驶，实现自动巡线功能如下图所示。
自动巡线的过程
信息链接
灰度巡线传感器上安装有一个发光二极管和一个光敏电阻，发光二极管发出光线遇到检测面后反射至光敏电阻。在此过程中，不同颜色的检测面对光线的反射程度不同，浅色的检测面反射较多光线，而深色的检测面反射较少光线。光敏电阻检测反射光线的强度，并将其转换为信号传递给控制中心，从而判断当前检测面的颜色。
04
新知讲解
①如何用两个灰度传感器区分黑线与白地？②当左/右传感器检测到黑线时，小车该往哪边转弯？③程序需要循环判断还是单次执行？④怎样让小车转弯幅度不晃悠？⑤遇到十字交叉线怎么办？⑥如果小车跑偏，可能是什么原因？结合实验数据和小车模型，像侦探一样一步步解决问题！
开动脑筋
根据前面的知识，小组讨论：如何结合“巡线行驶”的方法与灰度巡线传感器的原理，控制小车沿着黑线行驶呢？
04
新知讲解
①如何用两个灰度传感器区分黑线与白地？
②当左/右传感器检测到黑线时，小车该往哪边转弯？
③程序需要循环判断还是单次执行？
④怎样让小车转弯幅度不晃悠？
⑤遇到十字交叉线怎么办？
⑥如果小车跑偏，可能是什么原因？结合实验数据和小车模型，像侦探一样一步步解决问题！
04
新知讲解
如果小车上装有P1和P2两个灰度巡线传感器，实现“巡线功能”的方法见下表。
小车行驶状态 感知过程(输入) 判断过程 (控制) 执行过程 (输出)
P1: 感应黑色 P2: 感应黑色 车沿中间行驶 直行
P1: 感应白色 P2: 感应黑色 车向左偏移轨道 向右转
P1: 感应黑色 P2: 感应白色 车向右偏移轨道 向左转
04
新知讲解
小车在行驶过程中一直执行“巡线功能”，就可以保持沿着黑线轨道行驶。
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验目的：理解控制自动巡线的基本原理。
04
新知讲解
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验设计：小组合作，完善自动驾驶模拟小车模型，编写程序，控制小车在模拟道路上，沿着黑线行驶。
04
新知讲解
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验准备：搭建好的小车模型、灰度巡线传感器、巡线图等。
04
新知讲解
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验过程：（1）搭建自动巡线小车模型。在小车模型上正确安装好灰度巡线传感器用连接线与主控板连接。
04
新知讲解
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验过程：（2）检测黑白线。打开串口监视器将灰度巡线传感器分别放在巡线图的黑线与白色处，反复测试，完成下表，为后面的程序编写做准备。
04
新知讲解
检测颜色 灰度巡线传感器返回值
黑色 5
白色 6
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验过程：（3）编写程序。
04
新知讲解
探究实践
理解控制自动巡线的基本原理
实验过程：（4）运行程序，根据小车巡线的实际情况，修改完善程序。
04
新知讲解
05
练习提升
1.在“自动巡线”小车中，能“识别黑线”的传感器是灰度巡线传感器。
05
练习提升
2.以下关于“巡线的原理”说法正确的是（ C ）
A.“巡线”巡的只能是黑线
B.灰度巡线传感器能直接识别颜色，并返回具体的颜色名称给主控板
C.灰度巡线传感器检测的是不同颜色对红外线的反射强度差别
D.只要可以识别到黑色，小车就可以巡线行驶
05
练习提升
3.思考并讨论，“巡线行驶”会受哪些因素影响。
巡线行驶主要受传感器灵敏度、环境光线、小车硬件、程序算法和线路设计影响。比如传感器不够灵敏或安装太高可能检测不准，强光或反光会干扰数据，轮子打滑或电机反应慢导致控制不稳，程序参数没调好会让小车“摇头晃脑”，而线太细、弯太急或有污渍也会让小车迷路。简单来说，得让传感器准、环境稳、小车灵活、程序聪明、线路清楚才行！
07
拓展延伸
现实中的自动驾驶技术探秘
感知系统的“超级眼睛”：
自动驾驶汽车通过激光雷达、摄像头和毫米波雷达，像人类感官一样实时捕捉道路信息。
AI大脑的决策奥秘：
车载计算机用人工智能算法分析数据，瞬间判断加速、转向或刹车动作。
07
拓展延伸
现实中的自动驾驶技术探秘
高精度地图导航：
比普通地图精确到厘米级，车辆能提前“记住”弯道、红绿灯位置和障碍物分布。
安全冗余设计：
关键系统（如刹车、供电）均配备双备份，确保单一故障不会引发事故。
07
拓展延伸
现实中的自动驾驶技术探秘
真实路测与虚拟仿真：
数百万公里虚拟测试+真实道路试跑，不断优化应对暴雨、拥堵等复杂场景的能力。
未来交通的“车路协同”：
车辆与红绿灯、其他汽车联网通信，形成全局智慧交通网络，提升通行效率。
08
单元回顾与评价
单元回顾
08
单元回顾与评价
评价交流
1.同学之间相互交流，分享各自的收获
这次自动巡线课程真是让我大开眼界。我学会了灰度巡线传感器如何帮助小车“看见”道路，并沿着黑线前进。真的很有趣，也让我对科技充满了兴趣！
08
单元回顾与评价
评价交流
2.评一评，画一画。(最高为5颗★)
评价内容 自我评价
理解自动行驶和停车的基本控制原理
学会编程模拟实现自动行驶与停车
理解小车避障的基本过程和基本控制原理
学会编程模拟实现自动控制避障
理解自动巡线的基本控制原理
学会编程模拟实现自动巡线
08
单元回顾与评价
评价交流
2.评一评，画一画。(最高为5颗★)
学习表现 自我评价 同学评价 教师评价
积极参与探究活动和小组合作
能充分利用数字工具开展学习
能提出有创意的想法和观点
主动分享和展示学习成果
09
活动日志
活动日志 班级：XX 姓名：XX 活动名称 自动巡线守交规
活动环节 1口分析自动巡线的基本原理 2口模拟控制自动巡线的过程（在对应环节画V）
活动完成内容 完善自动驾驶模拟小车模型，控制小车沿着黑线行驶，
活动完成度 口口口口口口口口口(100%)
活动小结 问题与反思：语法错误、编辑错误。
改进的方法：加强对自动巡线基本原理的理解。
09
板书设计
自动巡线守交规
1.进行新知引入
2.了解自动巡线的基本原理
3.体验编程模拟控制自动巡线的过程
4.完成课堂练习
5.进行知识拓展
10
课后作业
01
请编写一个程序，实现自动巡线的过程。
10
课后作业
02
小组分享对控制自动巡线的基本原理的理解。
10
课后作业
1、灰度巡线传感器检测黑线的原理是？ （ ）
A. 测量表面温度差异 B. 识别黑线形状轮廓 C. 通过反射光强度判断颜色深浅 D. 感知黑线材质硬度
2、当小车左传感器检测到黑线时，正确的调整方向是？ （ ）
A. 继续直行无需转向 B. 向左轻微转向 C. 向右大幅度转弯 D. 立即停车
3、自动驾驶汽车中“安全冗余设计”的主要作用是？ （ ）
A. 提高车辆行驶速度 B. 降低制造成本 C. 增强车辆外观设计 D. 防止单一故障导致事故
4、以下哪项是巡线程序必须包含的结构？ （ ）
A. 循环结构持续检测 B. 仅执行一次判断 C. 随机生成转向指令 D. 完全依赖人工遥控
5、车路协同系统对交通效率的提升体现在？ （ ）
A. 减少车辆轮胎磨损 B. 增加红绿灯数量 C. 车辆与道路设施联网通信 D. 完全取消人类驾驶员
C
C
B
D
A
10
课后作业
6、请描述自动巡线小车沿黑线行驶的基本过程，需说明传感器与程序如何配合工作。
7、灰度传感器在黑色表面检测时反射光更多。 （ ）
8、巡线小车程序需要单次执行以避免重复操作。 （ ）
9、十字交叉线会导致巡线小车误判，需特殊处理。 （ ）
自动巡线小车通过底部两个灰度传感器实时检测地面反射光强度。当左传感器检测到黑线时，说明车身偏右，程序控制左轮减速或右轮加速，使小车向左转向；反之则向右调整。程序通过循环结构持续判断传感器数据，动态修正行驶方向，形成“检测-判断-调整”的闭环控制，最终保持沿黑线行驶。
错
错
对
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