资源简介

《实现红外测距功能》 教案
所属课程：走进物联网
教材选用：王恒心、陈锐主编的《边做边学物联网技术》
人民邮电出版社，2016
应用年级：中职物联网专业一年级或计算机应用专业二年级
教学背景：同学们，你们见过避障机器人吗？当它在行进过程中遇到障碍物时，会调转方向巧妙避开，你们知道这如何实现吗？答案便是，在其身上安装了距离传感器，它可以实时监测前方障碍物距离，并及时反馈，避免“车祸”的发生。所以本节微课通过制作红外测距传感器，形象直观地展示了：避障机器人的工作原理，以及如何根据实际情况进行逻辑行为编写等。
教学目标：1、了解日常生活中各种传感器作用的一些现象，认识传感器的作用，熟悉红外测距传感器的基本结构；
2、能根据实际需要分析如何利用红外测距传感器；
3、会将红外测距传感器连接到Arduino板上、进而和计算机连接，会根据具体需求进行逻辑分析，完成红外测距传感器和LED灯连接的逻辑行为的编写，能够将程序上载到Arduino板上,实现环境监测报警器效果；
4、感受红外测距传感器在我们日常生活中的运用；
5、培养分析问题的能力和勇于探究的精神。
教学重点：红外测距传感器和LED灯连接的逻辑行为的编写。
教学难点：根据实际分析如何编写传感器和LED灯连接的逻辑行为。
教学方法：演示操作
教学过程：
环节 内容
一、新课导入 展示日常生活中的避障机器人和扫地机器人等几个常见的利用传感器实例，引入课题。
二、知识讲解 GP2Y0A21红外测距传感器是是夏普公司生产的，十分常用的一款传感器。它采用了三角测量原理，具有很强的适应性与抗干扰性，目前主要运用于机器人、壁障小车等。GP2Y0A21距离传感器上有一个红外发射器，会按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束反射回来，如图所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来。 GP2Y0A21原理图
三、演示操作 我们借助距离传感器制作一个简易的红外测距报警器。（1）实验器材介绍：将所有设备平铺在桌面上，非常直观的看到相应的器材。安装arduion实验环境的PC一台，arduion传感器套件中的主控板和扩展板各一个，绿红黑数字连接线二条，蓝红黑模拟连接线二条，USB数据线一条，一个LED红灯模块作为报警器，一个红外测距传感器。（2）物理连接：将扩展板和主控板插好，利用各种线缆将红外测距传感器、一盏LED红灯与Arduino扩展板上相应针脚连接， 再将Arduino主控板与电脑连接。供电后主控板指示灯点亮。（3）程序编辑与运行：接下来开始编程，打开ArduBlock编程环境第一步，获取距离值。我们先通过“给模拟量赋值”语句定义一个距离变量dis，dis的值由距离传感器测得的数据值通过公式转化而来，转化公式为dis=“67870/（模拟针脚5获取的值-3）-40”，dis的值表示靠近传感器的物体与传感器间距离，单位为mm。与读取光线值相同，我们使用串口打印加回车模块，使其与模拟量相结合，从而读取变量dis的数值。为了防止数值变化过快，添加一个200毫秒的延迟模块。将其上载到Arduino。查看初始距离值大于900。取任意物体靠近距离传感器，会发现获取的距离值明显缩小。第二步，根据测量值，设计红外测距报警器。选择 “如果/否则”模块，添加“小于”的逻辑运算符，设置“dis<200”的逻辑语句，在执行后添加一个设定针脚数字值模块，针脚号为“13”，设定值为高，使灯亮。在否则执行后添加一个设定针脚数字值模块，针脚号为“13”，值为低，使灯灭。表示当距离值小于200mm时，LED报警灯点亮。程序编写完成，将其上载到Arduino。这样一个红外测距报警器的程序就完成了，点击ArduBlock上方的上载到Arduino，将程序加载到主控板。（4）测试：最后让我们来做测试工作，找一块红色泡沫板，使其靠近距离传感器，当泡沫板与传感器距离小于200mm时，会发现LED红灯点亮，将泡沫板移开，LED灯熄灭。
四、要点总结 “红外测距报警器”实践过程中的注意事项：（1）在进行物理连接各个设备时，要注意连接的针脚编号、数字还是模拟针脚。（2）Arduino板和电脑连接以后要注意用于通信的串口是否驱动起来，如果没有驱动起来Arduino板和电脑是无法传输数据的！特别是在出现故障时根据情况要检查串口。（3）编写红外测距传感器和LED灯的逻辑行为时一定注意传感器临界值的设定，这影响到程序的灵敏性。
五、巩固提升 展示一个红外测距传感器的影视片段，引导学生思考如何利用红外测距传感器、LED红灯、蜂鸣器等实现安全报警的功能，对微课程教学内容进行课后延伸。

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