资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修2
机器人设计与制作
第三章　机器人的控制器
第 三 节 一体化控制器
教学设计
教学背景
党的二十大明确指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。
机器人是20世纪人类的伟大发明，今天，它不仅能够代替人类登陆火星和潜入几千米以下的深海，还可以不知疲倦地工作在各种生产线上，并服务于我们的日常生活。
关于机器人，我国科学家认为机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。国际标准化组织认为工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。
教学目标：
知识与技能目标:
1.了解机器人一体化控制器的硬件结构。
2.掌握机器人一体化控制器的一种编程方法。
教学内容分析:
机器人是一种能够按照预先设计程序而自动执行工作的机械装置。当前机器人已经大规模地走进工业生产、军事、政府管理、商业应用等领域，它们可以帮助或代替人类完成不同的工作，在各个方面影响着人类的生活。通过本章的学习，让我们来初步了解和认识机器人吧。
控制器是机器人的大脑，它负责收集机器人周围环境及其工作对象的各种有用信息，在程序控制下进行分析判断并做出反应，控制相应执行机构完成相应动作。一般机器人的控制器都是由计算机系统组成，而简易机器人的控制器则主要由称为单片机的微型计算机系统组成。
学情分析:
生活在科技迅猛发展的21世纪，同学们有必要了解一些机器人的知识，因为未来的机器人将对我们的生活和工作产生巨大的影响。
　　自己动手制作机器人是让同学们了解机器人的最好手段。同学们一起进入机器人设计与制作的精彩世界吧。
教学重难点:
了解机器人一体化控制器的硬件结构。
掌握机器人一体化控制器的一种编程方法。
教学策略:
本节课教学主要由教师通过实物和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中发展学生核心素养、培养实践能力、提升创新意识、开阔认知视野；将自主学习、合作学习、探究学习等多种学习方式渗透进学生的学习和教师的教学当中；不断尝试现代教育技术和方法的运用。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
教学过程:
情景倒入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修2第三章　机器人的控制器第 三 节 一体化控制器。
情景
课堂上，张老师拿出一架小车机器人，放在地上并按了一下运行按钮，机器人就可以在课室的地上到处走动，但又不会碰撞到任何物品，非常有趣。原来机器人上面安装着一款一体化的控制器，它是如何控制机器人走动的呢？
一、认识一体化控制器硬件
观察
观察老师提供的机器人控制器实物（图3-15）（参见教材P41）。
图3-15是一款机器人控制器的示意图，在它内部装有高性能的32位微控制器芯片，主频72MHz，内存储器容量8MB，内置音量采集和电压检测模块等。控制器外部有一个分辨率为320×240的彩色触摸屏和3个按键作为人机对话的界面，控制器提供8路传感器接口，每路接口可连接不同类型的传感器，同时，控制器还提供带驱动输出及过载保护并支持编码输入的电机接口。
该控制器支持USB、WIFI和HID等多种下载模式，方便程序的下载。
控制器工作电源电压为6~9V，可接外置直流稳压电源或内置6节AA电池。
二、编写控制器程序
实践
结合图3-15（参见教材P41）的图示，认识机器人控制器硬件。把我们搭建好的一台轮式机器人，通过硬件接线和编程，让它动起。
方法指导
1．硬件接线与初步调试
（1）把轮式机器人底部用于控制车轮运动的左右两个电机分别用接线接到控制器的M1、M2端口，如图3-16（参见教材P42）所示。
（2）按下控制器中央的Power键，打开控制器电源，点击调试栏内的“电机”模块，如图3-17（参见教材P43）所示。
（3）进入“电机”调试模块后，电机会自动转动，此时观察电机转动的方向，通过按下对应端口的速度变向按钮，把电机调节成能使机器人往前走的转向，如图3-18（参见教材P43）所示。
2．编写程序
（1）图形化编程。在计算机上打开机器人编程软件进入图形化编程界面进行编程。
①拉出两个电机图标，端口分别设置为M1和M2，电机速度值设为50。
②拉出一个等待时间图标，时间设置为1s。
③拉出两个电机图标，端口分别设置为M1和M2，电机速度值设为0，如图3-19所示。
④编译已编写好的程序并正确通过后，下载到控制器。
⑤在控制器中选择该程序并按下运行按钮，小车向前运行1s后停下。
图3-1（参见教材P43）9 小车前进1s后停下程序
（2）编写代码方式进行编程。在计算机上打开机器人编程软件进入代码编程界面进行编程。
①拉出代码编程图标Codeeditor。
②打开图标，在“全局区”输入以下代码：
#include“HardwareInfo.c”
#include“JMLib.c”
#include
#include
③在“代码区”输入以下代码：
SetMotor(_M1_, 50); /*设置M1电机速度为50*/
SetMotor(_M2_, 50); /*设置M2电机速度为50*/
图3-17 点击“电机”模块 图3-18 “电机”测试
SetWaitForTime(1); /*设置等待时间为1秒*/
SetMotor(_M1_, 0); /*设置M1电机速度为0*/
SetMotor(_M1_, 0); /*设置M2电机速度为0*/
④“全局区”“代码区”代码如图3-20（参见教材P44）所示。
3．下载运行步骤
（1）编写完程序后，按下键盘上的F10键或者点击软件工具栏上的“下载”按钮，等待程序下载，如图3-21（参见教材P44）所示。
（2）把控制器与电脑通过USB下载线连接，如图3-22（参见教材P45）所示。
（3）打开控制器，点击“磁盘下载”按钮，等待下载，如图3-23（参见教材P45）、图3-24（参见教材P45）所示。
（4）当下载完毕时，屏幕上会显示：“数据下载完毕！”，如图3-25（参见教材P46）所示。
（5）轻按控制器电源键，返回首页界面，点击运行，即可运行程序。
讨论
1．要让小车走得更快一点，应该如何修改程序？请你动手试试。
2．通过修改程序能使小车实现转弯功能吗？请你动手试试。
综合实践活动
1．上网或到图书馆查阅一种型号单片机的有关资料，指出它有多大的内部存储空间， 有多少条外部引脚？其中有多少条是I/O引脚？
2．在第一节制作控制8个发光二极管闪烁的作品中，我们发现闪烁的速度太慢。你能使它变快吗？请动手试一试。
3．你有办法让8个发光二极管分左右各4个闪烁吗？请动手试一试。
4．参照亮点流动流水灯的程序，请设计一个暗点流动的程序，并进行调试运行。
5．你还能想到其他的显示方式吗？请将你的想法与同学交流并合作写出程序流程图（或写出程序并进行运行调试）。
6．根据学校条件，试用某种图形化语言编写控制机器人按正方形行走（顺时针方向） 的程序。
7．上网搜索目前适合机器人的一体化控制器都有哪些？它们都有哪些结构特点？
学习评价
评价内容 评价方式
自评 互评 师评
了解微控制器的基本结构及应用特点
掌握微控制器的使用方法及最小应用系统的设计方法
了解Arduino控制器平台的硬件结构。掌握Arduino控制器平台的基本编程方法
了解机器人一体化控制器的硬件结构。掌握机器人一体化控制器的一种编程方法
说明：A—优秀，B—良好，C—合格，D—待改进
通过本章的学习，你的核心素养得到了哪些发展？
板书设计
第 三 节 一体化控制器
一、认识一体化控制器硬件
二、编写Arduino程序
1．编写代码方式
2．图形化界面方式
教学反思
通用技术
选择性必修2
电子控制技术
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本 册 主 编：李 榕
本册副主编：郑永驹 钟清华
编 写 人 编：
张百睿 李 榕 郑永驹 钟清华　周 嘉 龚泽祥 胡智豪
广东教育出版社
广东科技出版社

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