Arduino创客设计----机器人眼睛之超声波测距教案

Arduino创客设计--机器人眼睛之超声波测距篇 一、教材分析 超声波指向性强，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了，这与蝙蝠、雷达测距原理相似。利用超声波测距往往比较迅速、方便、易于做到实时控制，因此在汽车倒车雷达、移动机器人上得到了广泛的应用。本节课就是利用超声波模块SR04测量和格挡物体之间的距离，并在串口中显示距离，当距离小于设定值时，报警灯闪烁。 二、学生分析 高中学生在物理课中学习过声波传播原理，知道声速是340M/S。因此，利用声波测距，测试距离=(返回时间*声速(340M/S))/2。高中学生也学习过简单的电学，对于一些简单的电路原理及连接还是有所了解的。但实际设计中的电子元件、电路连接等跟物理上所学的还是有一定的差距。而这节课使用的HC-SR04超声波模块控制原理简单、距离换算学生还是比较能掌握的。但对于新的知识如串口输出、根据元件时序图写程序、选择语句的程序代码等，都是学生没有接触的，如何让他们在短时间掌握这些知识，成为本节课设计的关键。因此，我在教学中尽可能把复杂问题简单化，通过学生自己摸索，教师参与的方式使学生掌握知识，提高对arduino设计的兴趣。 三、教学目标： 1、知识与技能： （1）了解HC-SR04模块引脚含义。 （2）掌握超声波测距原理及距离换算的算法。 （3）掌握利用计算机串口显示距离的方法。 （4）学会识读元件时序图并写程序。 （5）掌握if判断语句的用法。 2、过程与方法： 鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。 3、情感态度价值观： 提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望，并认识技术在日常生活中的应用。 五、教学重难点： 1、教学重点： (1) 了解HC-SR04模块引脚含义。 (2) 掌握超声波测距原理及距离换算的算法。 (3) 掌握if判断语句的用法。 2、教学难点： (1) 掌握超声波测距原理及距离换算的算法。 (2) 掌握if判断语句的用法。 （3）学会识读元件时序图并写程序。 六、教学过程 1、复习导入 展示一个智能小车行进过程的演示，提出超声波测距的概念。 任务：打开上节课所做的让一个灯闪烁程序，把原外接的Led的端口2改为Arduino板子13口自带的一个Led灯，下载程序，观看效果。 2、HC-SR04引脚介绍 3、超声波测距原理： （1）采用 trig触发测距，给至少10us的高电平信号; (2)模块自动发送 8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回； (3)有信号返回，通过 echo输出高电平, 高电平持续的时间就是距离的2倍； (4)超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2 4、接线原理图 5、完整程序 #define TrigPin 2 #define EchoPin 3 #define Led 13 float Value_cm; void setup() { Serial.begin(9600); //设定串口波特率为9600 pinMode(TrigPin, OUTPUT); pinMode(EchoPin, INPUT); pinMode(Led,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(TrigPin, LOW); //低高低电平发一个短时间脉冲去TrigPin delayMicroseconds(2); digitalWrite(TrigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(TrigPin, LOW); Value_cm = float( pulseIn(EchoPin, HIGH) * 17 )/1000; //将回波时间换算成cm Serial.print(Value_cm); //串口输出字符“Value_c”后不换行 Serial.println("cm"); //串口输出cm值 if(Value_cm < 10) //Value_cm值小于设定值，则让灯亮 { digitalWrite(Led, HIGH); delay(500); digitalWrite(Led, LOW) ... ...