资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第1.3课《自制声控灯——实现开环控制》教学设计
课题 自制声控灯——实现开环控制 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 五年级
核心素养目标 信息意识：让我们掌握了具体的制作技能，还让我们在信息处理和控制系统的设计方面获得了宝贵的信息意识。计算思维：能在鱼菜共生开源系统学习中，学会过程与控制，从而更好地理解实践检验。数字化学习与创新：明白能够利用系统中的反馈机制，搭建开源鱼菜共生系统，反馈优化控制，实现数字化创新。信息社会责任：在学习过程中，构建可持续鱼菜共生系统，促进绿色发展与社会责任。
教学重点 让我们掌握了具体的制作技能，还让我们在信息处理和控制系统的设计方面获得了宝贵的信息意识。
教学难点 明白能够利用系统中的反馈机制，搭建开源鱼菜共生系统，反馈优化控制，实现数字化创新。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第1.3课 《自制声控灯——实现开环控制》板书课题。从一开始设计项目方案，选择一种主控板作为项目制作的主要控制器，到下载安装配套的编程软件，不知不觉，我们的项目已经有了这么多进展。接下来就要通过完成项目作品，真正把创意实现出来啦。下一步该怎么做呢 一起来学习吧!思考：同学们，想一想，要完成项目作品的制作，需要完成哪些内容。明确项目需求：首先要清晰界定项目的目标、功能和预期效果，确保项目有明确的方向。系统设计与规划：根据需求，设计系统的整体架构，选择合适的控制元件、传感器和执行器等硬件组件，并规划它们之间的连接方式和信号传输路径。硬件选择与采购：依据设计方案，选购所需的硬件组件，包括控制器、传感器、执行器、电源等，并确保它们的兼容性和性能满足项目要求。电路搭建与调试：按照设计连接硬件组件，搭建电路。在此过程中，可能需要进行多次调试，以确保电路连接正确、信号传输稳定。软件编程与控制算法实现：根据项目的控制逻辑，编写相应的控制程序或算法，并将其嵌入到控制器中。这通常包括数据采集、处理、决策输出等步骤。系统集成与测试：将硬件和软件部分集成在一起，进行整体测试。测试过程中，需要观察系统的运行状态，验证其是否满足设计要求，并及时解决可能出现的问题。播放视频。 学习新知引入。完成思考问题。观看教学视频。 用智能创新知识引入课堂。用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：板书课题。一、项目简介同学们的想法各不相同，想要完成的项目作品可能也是丰富多彩的。不过完成项目作品的思路和过程是相似的。本节课我们以“声控灯”这个项目为例，来看一下项目的实现过程，如表 1.3.1 所示。图 1.3.1 是声控灯项目示意图。表 1.3.1 声控灯项目简介项目作品名称声控灯项目作品目标功能描述外观描述我的作品是一盏声控灯，它可以听到外界的声音。如果声音比较大，例如大喊一声，那么灯就会亮起来，过一段时间再熄灭;如果没有声音，那么灯就不会亮。我的作品外观是一个路灯，有人走到它下面喊一声，就可以照明了。喂!有人吗 图 2.3.2 过程与控制系统二、材料准备根据项目的功能可以知道，声控灯这个作品需要有灯及能够检测外界声音大小的设备,也就是声音传感器。单独准备这些器材有一定难度，而有些主控板上自带 RGB 灯和声音传感器，我们可以用它来实现这个作品，如表 1.3.2 所示。表1.3.2 主控板自带 RGB灯和声音传感器基本介绍元 器 件基本介绍RGB 灯是一种可以发出彩色光的LED灯，它通过混合红、绿、蓝三种色光从而RGB 灯呈现不同的颜色。R、G、B三个数值的范围均是0~255，0表示这种颜色的灯光最暗，255 表示这种颜色的灯光最亮。声音传感器能够检测外界的声音值。三、项目实现原理声音传感器检测到外界声音音量的大小，将这个信号输入主控板的控制器中，控制器根据信号的不同，执行相应的指令，进而控制输出设备，即打开或关闭 RGB 灯，其控制过程如图 1.3.2 所示。 图1.3.2 声控灯的控制过程在上述声控灯控制系统中，系统输出只依赖输入信号和控制算法，没有被再次引回系统(反馈机制)，也没有对系统输出进行检测和校正，因此无法判断系统输出是否与期望一致，我们称这种控制方式为开环控制(open-loop control)。开环控制一般用于控制对象响应较快、对外界影响较小的系统。四、编程实现了解了项目实现的原理，就可以给主控板编写程序了。从软件的编程指令区找到对应的指令，编写声控灯的程序。例如我们可以重复不停地通过声音传感器检测环境声音值，如果检测到的声音值超过某个设定的数值，那么就打开RGB灯，保持几秒后自动关闭;如果声音传感器的数值低于这个值，那么就始终保持RGB灯关闭状态。声控灯程序流程图和程序如图 1.3.3~图 1.3.4 所示。 声控灯程序流程图1.3.3 图 1.3.4 声控灯程序主控板和软件建立连接后，我们需要将程序下载到主控板上，如图 13.5 所示。 图1.3.5 下载程序到主控板温馨小贴士：固件是一些下载到主控板中的驱动程序，就像计算机的系统一样。如果主控板长时间没有更新过固件，可以重新烧录一下固件，然后编写程序，以避免一些不必要的问题。课堂活动请同学们编写程序，下载到主控板中运行，验证程序效果。1.程序解释引脚定义：定义了RGB LED和声音传感器的引脚。初始化：在setup()函数中初始化RGB LED引脚为输出模式，并可选地初始化串口通信。循环检测：在loop()函数中不断读取声音传感器的值，并根据阈值判断是否点亮RGB LED。颜色变化：当声音超过阈值时，RGB LED的颜色随时间变化。延时：添加了一个延时以减少CPU负载。下载和验证将上述代码复制到Arduino IDE中。选择正确的Arduino板型和端口。点击“上传”按钮将程序下载到Arduino主控板。观察RGB LED和串口监视器的输出，验证程序效果。外形结构搭建编写完程序，实现了声控灯的功能，我们还可以给它设计一个外形。可以使用生活中常见的物品，也可以使用其他结构件，还可以使用3D打印机或激光切割机等工具来进行制作，如图1.3.6所示。 图1.3.6 制作外形的材料和工具小清搭建完结构，发现没有留下给作品供电的孔位。请同学们讨论一下：在搭建结构的时候应该注意些什么？预留接口：在设计之初，就要考虑到作品需要供电、连接数据线等需求，因此必须预留相应的孔位或接口。空间规划：合理规划作品内部的空间布局，确保各个组件之间有足够的空间进行安装和散热。材料选择：根据作品的需求和预算，选择合适的材料。加工精度：如果使用3D打印机或激光切割机等工具进行制作，需要确保加工精度符合设计要求。安全性：在设计过程中，要考虑到作品的安全性。美观性：除了功能性之外，作品的外观也是非常重要的。可维护性：考虑到作品在使用过程中可能需要进行维修或更换部件的情况，设计时应该便于拆卸和组装。六、拓展延伸1.传感器问：送餐机器人除了能精准送餐之外，还能“看见”眼前障碍物然后躲开，像人一样，好神奇呀!这是怎么做到的呢 答：人类有五官，而机器人没有，想要让机器人感知到外界的事物，少不了传感器。问：到底什么是传感器 好神秘的样子。答：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将测量到的信息传送给中央控制器进行加工处理，根据程序，输出相应的指令，使输出设备做出相应反应。例如，声音传感器可以作为机器人的耳朵使它“听见”声音;视觉传感器可以让机器人“看见”物体。2.开环控制系统的优缺点。优点：结构简单，易于实现。响应速度快，适合实时性要求较高的场合。缺点：无法根据输出状态进行反馈调整，控制精度和稳定性较差。易受外界干扰，如噪声等可能导致误触发。3.开环控制在生活中有哪些应用 音响系统：用户通过调节音量旋钮来控制音量的大小，旋钮的旋转角度直接决定了音频信号的放大倍数，从而影响了音响输出的音量。灯光控制：在剧场、演唱会等场合，灯光师根据需要手动调整灯光的亮度和颜色。家用电器：电风扇、电磁炉、电饭煲等家用电器也常采用开环控制。交通信号灯：根据预设的时间表或交通流量数据来切换不同方向的信号，其控制过程也不依赖实时的交通状况反馈。洗衣机：在设定洗涤程序后，洗衣机按照预设的时间、水位和洗涤方式完成洗涤。倒水：人们依据水杯的大小和倾斜角度来控制水的流量和流速，而不考虑水的密度、温度等因素的影响。4.开环控制系统与闭环控制系统有什么区别？开环控制闭环控制定义输出只受系统输入控制的没有反馈回路的系统将输出量的一部分或全部反送回输入端，通过比较反馈信息与原输入信息进行调整的控制方式工作原理控制器根据输入信号直接产生控制作用，不考虑输出状态根据输出量的反馈信号与给定信号比较，调整控制信号以实现精确控制系统结构结构相对简单，主要由控制器、执行器和被控对象组成结构较为复杂，包括给定元件、比较元件、控制器、执行元件和被控对象等六、单元总结 活动日志 班级：XX姓名：XX活动名称自制声控灯——实现开环控制活动环节1口 2口 3口 4口（在对应环节画V）活动完成内容学习过程与准备—声控灯的开环控制、学习控制流程—编程后验证实验结果活动完成度口口口口口口口口口(100%)活动小结问题与反思：拓展与优化的过程中缺乏创新性。改进的方法：强化学习等先进创新技术。 学习过程与控制。进行材料准备，深入了解所需材料。学习项目制作。完成课堂活动题。完成课堂练习讨论。进行课外知识拓展。完成单元总结。 初步学习过程与控制，锻炼学生的学习能力和观察能力。锻炼学生的动手能力以及整理能力。更深刻地掌握知识点，培养了逻辑思维能力。通过课堂活动问题，培养学生思考能力和学习能力。深入地学习课程，培养学生动手能力。拓宽学生的知识面。将本课学习情况进行总结。
课堂小结 自制声控灯——实现开环控制1、引入新知内容2、学习过程与准备—声控灯的开环控制3、学习控制流程—编程后验证实现结果4、完成课题练习5、进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、设计并制作一个简单的声控灯模型，要求能够根据声音大小自动调节亮度，记录实现过程及遇到的问题。2、分析声控灯开环控制系统的优缺点，并提出一种可能的改进方案，撰写一篇短文。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑