1小時學會Aduino第一講創(chuàng)意機器人入門課件

16四月20241小時學會Aduino第一講創(chuàng)意機器人入門基于Arduino單片機的

創(chuàng)意機器人培訓輔導技術支持:中山市大谷科技有限公司

/QQ32506476Tel88811951材料供應:/授課人：中山紀念中學馮慶學情調查A、是學校機器人方面的教練B、是信息技術、通用技術或科技教師C、接觸過機器人D、從未接觸過機器人和編程2012年6月，在廣東省首屆創(chuàng)意機器人比賽的成功舉辦表明這種機器人初具影響，中山教師應該關注。 Arduino這種開源積木式單片機也值得廣大科技教師學習。

關注新賽事——創(chuàng)意機器人比賽比賽規(guī)則分析大賽分為“龍舟爭霸賽（非智能型）”和“龍舟挑戰(zhàn)賽（智能型）”兩種賽事，“龍舟爭霸賽”比拼的是速度和結構設計創(chuàng)意；“龍舟挑戰(zhàn)賽”比拼的是速度和機器人編程避障。大賽以小組為單位報名，每一組2-4名學生，比賽過程中，主辦方只為參賽隊提供馬達、木板、齒輪等簡單的材料，參賽隊需在此基礎上充分發(fā)揮創(chuàng)新能力、團隊協作能力、專業(yè)知識和動手能力制作作品。1、知識目標：認識創(chuàng)意機器人（開源機器人）了解Arduino2、能力目標通過親身操作，使教師能用atmega8單片機搭建一些簡單的電路設計，掌握單片機連接電腦，與電腦進行通訊的能力，駕馭基本C語言，實現簡單數據端口的設置，模擬端口的讀取，PWM脈沖輸出控制。將機器人機械部分和電路部分整合起來實現簡單功能。3、情感目標 感受Arduino積木式電路的思想，喜歡上這種從教底層來制作機器人的活動，并在教學中展開嘗試。 相互交流/建立聯絡二、教學目的教學重點：基于Arduino的積木式電路搭建，電路與計算機的連接與通訊，程序的編寫調試教學難點：用原件搭建電路電路和程序的調試三、重難點分析聽課教師是科技類教師，普遍具備較好的計算機基礎，有一定的程序設計能力。一部分教師有較豐富的機器人輔導經驗，接受很快。另一部分教師可能未曾接觸過機器人，接受起來會慢一點。要求教師具備電子基本知識，但有些老師很久不用，可能淡忘。處理辦法：分組，老帶新；從我校帶來助教。四、學情分析1、操作、體驗為主2、創(chuàng)設情境，任務驅動，多種任務，自主選擇3、圖片、視頻體驗優(yōu)秀作品4、創(chuàng)設小論壇，討論心得經驗，促共同提高5、建立聯絡方式，促進學術圈形成五、教學策略一、什么是（開源型）創(chuàng)意機器人二、創(chuàng)意機器人的開展三、創(chuàng)意機器人的常見機械結構四、Arduino積木式單片機的基礎知識五、練習，自主完成任務六、總結，形成聯絡教學內容及程序一、什么是（開源型）創(chuàng)意機器人10’講解、展示二、創(chuàng)意機器人的開展可否涵蓋：技術與設計I、II必修機器人制作選修模塊電子控制選修模塊10’討論三、創(chuàng)意機器人的常見機械結構10’幻燈實物展示Atmega8芯片的結構Atmega8芯片的功能Arduino最小系統的搭建（12’）用USB連接計算機，寫入閃燈程序（20’）各種Arduino板及結構（20’）一些常見的單片機外圍電路輸入：電阻、光、熱、超聲等輸出：晶體管、場效應，雙向電機驅動，繼電器四、Arduino積木式單片機講解、部分練習成功小組的作品展示教師代表談感言資料共享與交流聯絡小結：互動交流賽況及作品什么是創(chuàng)意機器人開源機器人（OpenSourceRobot）是一種應用于科學研究和教學的資源開放型機器人。其主要特點體現在機器人硬件或軟件的開放性。由于硬件和軟件資源的對外開發(fā)，極大地方便了機器人技術開發(fā)人員的技術交流及二次開發(fā)。相信隨著開源機器人的逐步普及，機器人技術的發(fā)展將會被推到新的高潮。國外開展情況一篇博客反應的美國高中機器人比賽我兒子學校的這個機器人俱樂部，是他們學校眾多俱樂部里的一個。自愿參加（但一般要求在9年級是就要加入，不能半路加入）（美國高中階段是9年級到12年級）。只有一名老師義務指導他們的活動。每年全美（包括加拿大）高中生機器人俱樂部都舉行比賽。由全美俱樂部每年這個時期統一發(fā)布一個機器人比賽內容和規(guī)則（每年都不一樣），統一購置并發(fā)放一批器件材料（價值4千美元，參賽隊自籌購買）。發(fā)布比賽規(guī)則后，要在6周時間里將機器人建造好，先開始在學校所在州里進行選拔賽，選上以后，再參加地區(qū)賽，最后進入全美賽。這個活動，全部是自籌資金。4千美元的指定材料，使大家的起點一致。但實際建個機器人，至少還要需要另外幾千美元。去年兒子所在俱樂部最后用了1萬2千美元，都是一家叫BOSCH的公司贊助的。這次比賽是今年賽季的熱身賽（KICKOFF），用的是去年的機器人和比賽規(guī)則。因為每年的規(guī)則都不一樣，機器人的行為，動作，功能也就不一樣。譬如去年的機器人，機器人自控比賽，在15秒內，機器人成能自動按賽場跑道，根據賽場情況控制一定的行動，跑出的距離越遠越好（一個和羽毛球場大小差不多的比賽場地，豎向分成雙向跑道，六個機器人一起跑，所以要防止能規(guī)避碰撞，能自動根據情況選擇合適的拐彎，掉頭等）。然后是兩分鐘的遙控機器人比賽，機器人能將高處的球打下來（1分），能將球撿起，并拋過場地里橫桿（2分），將球放在橫欄上（6分）。還有一些細節(jié)，犯規(guī)等要求?！癋IRST”科學興趣系統分得很詳細，按照孩子的年齡分為不同組，最小的6-9歲組，果果已經可以參加。但是這個年齡段的科技項目主要以LEGO為平臺，還沒有上升到機器人的層面。中級組也是類似，可能難度更大些。高級組的大孩子才會動手自己設計組裝機器人，就是我們今天看到的這種比賽。

將小車開到桿頂日本中學生舉行機器人搭建“金字塔”比賽

參加當天比賽的中學生要在30分鐘內操作自己制造的機器人，推廣開源機器人的意義1、當前國內機器人出現了一些問題。2、開源機器人優(yōu)勢：有助于學生親身參與，從最底層獲得硬件制作的經驗，培養(yǎng)空間思維、創(chuàng)新意識；廉價質優(yōu)，容易普及，適合在教學中使用；軟硬件結合，可以更加直接地接觸到電子電路，了解元器件運行原理，對電學學習帶來幫助；有助于科技創(chuàng)新活動開展。不用半導體零件的機器人面具機器人：瘋狂的小鳥探索在通用技術中的應用1、可以整合《電子控制》和《機器人制作》選修模塊。2、有助于激發(fā)學生學習興趣。3、我制定的學習路線：①虛擬機器人的程序設計②實體機器人的基本結構及搭建③學習arduino單片機，用單片機控制機器人4、探索階段，期待同行的支持及提出批評和建議。適合中學生的開源機器人構成基本部件：結構部件較為隨意，可以使用舵機、馬達、齒輪、皮帶、履帶、鏈條等各種零部件。也可以使用其他套裝機器人的結構材料，甚至廢物利用的材料。控制部分以AVR為主流的單片機進行控制(Arduino板)，編程簡單，可以用C語言編程，學習周期短（華南理工大學還開發(fā)了圖形積木式編程環(huán)境）。開源的好處：網上資源很多，方便學習，擴展性好。機器人創(chuàng)意設計的幾個關鍵因素一、設計者的靈感、創(chuàng)新思維 靈感來源于認知的積累。二、基本知識 1、機器人軀干----機械設計 2、機器人動力----電氣系統 3、機器人感知----傳感系統 4、機器人能源----供電系統 5、機器人靈魂----控制系統機器人大賽中機器人的設計流程

方案中常常涉及的問題

1、電機的選擇。負載估算方法：有效力的估算、無效力的估算、慣性力的計算。2、材料、構件與輕量化設計。材料與型材、金屬材料和非金屬材料。3、傳感器與控制系統控制對象、測量對象、選擇傳感器、控制方法與控制系統。

創(chuàng)意機器人的常見機械結構機器人的機械部分機械原理1、連續(xù)運動間斷運動 槽輪2、快速（慢速）慢速（快速） 變速3、轉動（直線運動）直線運動（轉動） 齒輪齒條4、正向運動反向運動 換向器5、轉動往復（活塞式） 曲柄滑塊6、水平運動垂直運動 凸輪7、轉換轉動方向 斜齒輪8、其他分享：

你對創(chuàng)意類機器人輔導有什么心得？積木式的單片機系統ArduinoArduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的arduino板）和軟件（arduinoIDE)1、使用低價格的微處理控制器(ATMEGA8或ATmega168等)。2、開放源代碼的電路圖設計3、可依據官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖，簡化Arduino模組，完成獨立運作的微處理控制?？珊唵蔚嘏c傳感器，各式各樣的電子元件連接(EX：紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達,…等刷寫bootloader之后，可以通過串口或者USBtoRs232線更新固件。程序開發(fā)IDE下載地址：http://arduino./files/arduino-1.0.1-windows.zip

Atmega8芯片的結構Atmega8芯片的功能Arduino最小系統的搭建（12’）用USB連接計算機，寫入閃燈程序（20’）一些常見的單片機外圍電路輸入：電阻、光敏、熱敏、超聲、壓感，磁敏等輸出：晶體管、場效應，雙向電機驅動，繼電器Arduino積木式單片機講解、部分練習積木式Atmega8單片機入門直列式封裝的Atmega8ATQFPTopViewA5A4A3A2A1A0每個端口都是特殊的寄存器。單片機就是通過操作這些特殊寄存器來實現數據的輸入輸出和對外控制的。本單片機還內置了AD數模轉換輸入6個端口，3個PWM波形輸出口任務1：$

在面包板上搭建最小Arduino系統任務目的：了解硬件構成1、在“任務1.doc”文檔中用繪圖方式完成虛擬搭建。

按照最小系統原理圖，在面包板上連接元件（Word中完成）貼片封裝形式MiniDriver板功能結構圖Arduino開發(fā)平臺簡介（3’）ISP線與BootLoader的刷寫（挽救法）（2’）ArduinoC語言基本結構和語法介紹（7’）單片機與計算機通訊（程序分析和調試）（8’）數字輸入輸出端口的控制（程序演示）（3’）模擬量的讀入、PMW脈沖的輸出（5’）五、分組完成任務（30’）任務A：紅外感應的霓虹燈任務B：智能調光臺燈任務CD：接力小車、循線小車四、Arduino積木式單片機（程序）講解、練習任務2：

用USB線調試程序1、安裝CP210x驅動程序，配置Arduino端口，設置電路板類型2、寫入測試程序任務目的：掌握最基本程序調試方法安裝USB串口驅動程序ISP線與BootLoader的刷寫（挽救法）ArduinoC語言基本結構和語法介紹單片機與計算機通訊數字輸入輸出端口的控制模擬量的讀入、PMW脈沖的輸出Arduino程序開發(fā)講解、練習ArduinoC語法介紹常量：HIGH|LOW表示數字IO口癿電平，HIGH表示高電平（1），LOW表示低電平（0）。INPUT|OUTPUT表示數字IO口癿方向，INPUT表示辒入（高阻態(tài)），OUTPUT表示辒出（AVR能提供5V電壓40mA電流）。true|falsetrue表示真（1），false表示假（0）。

更多語法介紹在幫助文件或電子元件\單片機\Arduino_電子積木基礎套裝中文教程.pdf文件中常用功能函數數字I/O

pinMode(pin,mode)數字IO口辒入辒出模式定義凼數，pin表示為0～13，mode表示為INPUT戒OUTPUT。

digitalWrite(pin,value)數字IO口辒出電平定義凼數，pin表示為0～13，value表示為HIGH戒LOW。比如定義HIGH可以驅動LED。

intdigitalRead(pin)數字IO口讀辒入電平凼數，pin表示為0～13，value表示為HIGH戒LOW。比如可以讀數字傳感器。模擬I/O

intanalogRead(pin)模擬IO口讀凼數，pin表示為0～5（Atmega8中用A0~A5）。比如可以讀模擬傳感器（10位AD，0～5V表示為0～1023）。

analogWrite(pin,value)-PWM數字IO口PWM辒出凼數，Arduino數字IO口標注了PWM癿IO口可使用該凼數，pin表示9,10,11，value表示為0～255。比如可用于電機PWM調速戒音樂播放。時間函數

delay(ms)延時凼數（單位ms）。delayMicroseconds(us)延時凼數（單位us）。Arduino程序的常見結構inttimer=1000;constintLedPin=13;//設置一些全局變量和或常量//執(zhí)行硬件啟動或復位后，就會先執(zhí)行setup()過程，通常在此編寫設置代碼voidsetup()

{Serial.begin(9600);//啟動串口通訊pinMode(LedPin,OUTPUT);//設置端口類型（輸入或輸出）Serial.println("welcome!");}//執(zhí)行一次setup()過程后，就進入loop()過程，并無限循環(huán)voidloop()

{digitalWrite(LedPin,HIGH);delay(timer);digitalWrite(LedPin,LOW);delay(timer);}語法：Serial.print(val)

Serial.print(val,format)

Serial.println(val)Serial.print(78,BIN)gives“1001110“二進制Serial.print(78,OCT)gives“116“八進制Serial.print(78,DEC)gives“78“十進制Serial.print(78,HEX)gives“4E“十六進制Serial.println(1.23456,0)gives“1”小數點后保留幾位Serial.println(1.23456,2)gives"1.23"Serial.println(1.23456,4)gives"1.2346"任務3：

編寫程序，伴隨LED閃爍向計算機發(fā)出“HelloArduino!（后跟計數）”1、修改Blink例子，具備上述功能2、按Ctrl+M打開串口觀察窗，觀察結果。任務目的：串口通訊可以幫助我們了解傳感器的參數，還能進行調試、遠程通訊、遙控……外圍電路及實際程序開發(fā) 根據教程內容，選擇一個適合的任務完成。$

任務A、B難度★★★

任務C難度★★★☆

任務D難度★★★★☆

自選任務請參看文件：

自選任務.ppt光說不練，假把式。又說又練，真把式！！龍舟機器人的參考電路上拉電阻斷開按下LED基本電路電阻LED電源（正/負）流水LED霓虹燈按鈕控制LED亮滅

輸入輸出高低電平intlight=LOW;//=0intLedPin=13;intKeyPin=14;voidsetup(){pinMode(LedPin,OUTPUT);pinMode(KeyPin,INPUT);}voidloop(){if(digitalRead(KeyPin)==0)light=!light;digitalWrite(LedPin,light);delay(100);}彩色LED紅/綠/藍三原色根據公共端的不同有共陽/共陰兩種Arduino中的模擬輸出analogWrite(pin,value)pin為Arduino上的PWM引腳9,10,11

value取值0-255PWM實現模擬信號的數字化方法Arduino控制LED淡入淡出效果

PWM可變方波輸出你會認管腳嗎？大的倒三角為負極，如果塑封帽上有平口的一邊也是負極你知道怎么檢查紅外發(fā)射管是否工作嗎？模擬輸入通?；诜謮涸黼娢黄麟娮臃e木300度旋轉角度傳感器Arduino中的模擬輸入intanalogRead(pin)pin:模擬輸入引腳A0,A1,A2,A3,A4,A5返回值:0-1024(10位精度)例子:可變電阻調節(jié)LED亮度通過讀取電位器的值來控制LED燈的亮度功能：調節(jié)電位器RPot，使輸入模擬量的變化來改變LED閃爍的頻率intledPin=13;//設定控制LED的數字IO腳intRPotPin=5;//設定模擬輸入IO腳intval=0;//定義一個變量voidsetup(){pinMode(ledPin,OUTPUT);//設定數字IO口的模式，OUTPUT為輸出}voidloop(){val=analogRead(RPotPin);//讀模擬IO口上的數據digitalWrite(ledPin,HIGH);//設定PIN13腳為HIGH=4Vdelay(value);//延時時間為模擬輸入的值digitalWrite(ledPin,LOW);//設定PIN13腳為LOWdelay(value);//延時時間為模擬輸入的值}其他積木式外圍傳感器300度旋轉角度傳感器多圈旋轉角度傳感器60行程滑動電位器推子游戲桿控制桿JoyStickSharp紅外距離傳感器30cm,80cm,150cm,5.5m三軸加速度傳感器FlexiForce壓力傳感器1lb,25lb,100lbFSR系列壓力傳感器壓力1-10kG尺寸和外形不同直流電機將電能轉換為機械能的一種裝置兩個電源接頭在適當的電壓下給予足夠的電流時將連續(xù)旋轉，旋轉方向由電流方向決定普通直流電機轉速高力矩小，適用于對力矩要求小的場合直流減速電機直流減速電機（齒輪減速電機）是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱可以提供較低的轉速和較大的力矩，不同的減速比可以提供不同的轉速和力矩常見的外圍電路用三極管或者MOS管驅動電機H橋式驅動電路4個三極管控制一個直流電機只讓對角線上的一對三極管導通否則會短路，燒壞三極管能同時控制速度和方向從左到右信號依次為