服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)（初級(jí)） 課件 項(xiàng)目1、2 RGB炫彩燈、遙控發(fā)光生日音樂盒

項(xiàng)目一RGB炫彩燈服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)UBTECHCONTENTS01.學(xué)習(xí)目標(biāo)UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務(wù)背景04.任務(wù)描述05.知識(shí)鏈接06.任務(wù)實(shí)施07.擴(kuò)展任務(wù)08.項(xiàng)目小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解服務(wù)機(jī)器人的概念、應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展趨勢(shì)；2.了解Blockly軟件的操作模式；3.了解Arduino軟件功能特點(diǎn)；4.了解LED和RGB顏色原理；5.熟練下載、安裝ArduinoBlockly開發(fā)軟件；6.熟練掌握ArduinoIDE開發(fā)軟件的使用；7.熟練下載并安裝Arduino開發(fā)板的設(shè)備驅(qū)動(dòng)；8.熟練掌握在Arduino開發(fā)板上進(jìn)行程序編寫的通用流程；9.熟練掌握程序控制Arduino開發(fā)板上的LED燈的方法。內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務(wù)背景RGB燈是指每顆LED是由紅、綠、藍(lán)三顆芯片組成的電子元器件，可以單獨(dú)發(fā)出紅、綠、藍(lán)等三種單色光，也可以其中的兩個(gè)芯片或者三個(gè)芯片發(fā)光，根據(jù)發(fā)光原理和灰度情況，RGB燈可以調(diào)節(jié)任意顏色的靜態(tài)色，也可以調(diào)節(jié)跳變和漸變的顏色。這種彩燈可以做在賀卡中，或者節(jié)日時(shí)放在重要建筑物上，可以烘托節(jié)日的氛圍。炫彩LED燈里有控制IC，可以控制每色256級(jí)灰度變化，紅綠藍(lán)三基色理論上可以混出16位真彩變化，除了七彩的變化外還可以做出跑馬燈、流水等各種單點(diǎn)變化，也可以組成屏幕播放文字和視頻。任務(wù)描述本項(xiàng)目主要任務(wù)有：1、認(rèn)識(shí)基于Arduino的開發(fā)平臺(tái)uKitExplore及其構(gòu)成；2、在電腦端下載安裝uKitExploreBlockly、安裝開發(fā)板設(shè)備驅(qū)；3、分別在uKitExploreBlockly和ArduinoIDE中編程實(shí)現(xiàn)對(duì)uKitExplore開發(fā)板上的RGB彩燈的控制，讓其隨機(jī)產(chǎn)生不同的炫彩顏色。（一）（二）（三）（四）（五）知識(shí)鏈接（六）認(rèn)識(shí)服務(wù)機(jī)器人認(rèn)識(shí)服務(wù)機(jī)器人認(rèn)識(shí)Arduino認(rèn)識(shí)uKitExplore高校版認(rèn)識(shí)uKitExplore開發(fā)板RGB閃爍知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)機(jī)器人智能服務(wù)機(jī)器人（簡(jiǎn)稱：服務(wù)機(jī)器人）是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，到目前為止尚沒有一個(gè)嚴(yán)格的定義。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)給了服務(wù)機(jī)器人一個(gè)初步的定義：服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。服務(wù)機(jī)器人的定義知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)BlocklyBlockly是Blockly是一個(gè)用于給web或者手機(jī)app添加可視化程序編輯器的框架，由Google公司發(fā)起并維護(hù)的一個(gè)開源項(xiàng)目，采用JavaScript可視化編程編輯器開發(fā)框架。它采用圖形化的咬合拼接的積木塊表示變量、邏輯表達(dá)式、循環(huán)以及其他編程概念。它能讓用戶在不關(guān)心語(yǔ)法的情況下進(jìn)行編程練習(xí)，同時(shí)擺脫那可怕的命令行。Blockly主要應(yīng)用在兒童編程領(lǐng)域。知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)Blockly知識(shí)鏈接三、認(rèn)識(shí)ArduinoArduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，使用類似C語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境。主要包含兩個(gè)的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；軟件部分是計(jì)算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境ArduinoIDE。用戶在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會(huì)告訴Arduino電路板要做什么。知識(shí)鏈接四、認(rèn)識(shí)uKitExplore高校版uKitExplore高校教育版，硬件主要由兩大部分組成：電子元器件和外觀結(jié)構(gòu)件。其中，電子元器件包括了uKitExplore開發(fā)板、舵機(jī)、電機(jī)、傳感器、面包板和LED燈等，而外觀結(jié)構(gòu)件包括了外觀結(jié)構(gòu)件包、連接結(jié)構(gòu)件包和扣件包。知識(shí)鏈接五、認(rèn)識(shí)uKitExplore開發(fā)板uKitExplore開發(fā)板是為uKit拼搭積木設(shè)計(jì)的開源硬件平臺(tái)，兼容Arduinomega2560，同時(shí)支持C/C++、Blockly編程。可以控制uKit的舵機(jī)實(shí)現(xiàn)輪模式和舵機(jī)模式，開發(fā)板提供蜂鳴器、RGB多彩燈、按鈕和陀螺儀等豐富的擴(kuò)展接口。知識(shí)鏈接六、RGB閃爍RGB燈，是由紅、綠和藍(lán)三色組成。電腦顯示器也是由一個(gè)個(gè)小的紅、綠、藍(lán)點(diǎn)組成的?？梢酝ㄟ^調(diào)整三個(gè)LED中每個(gè)燈的亮度就能產(chǎn)生不同的顏色。本項(xiàng)目就是通過一個(gè)RGB小燈隨機(jī)產(chǎn)生不同的炫彩顏色。（一）（二）（三）（四）（五）任務(wù)1：下載uKitExploreBlockly任務(wù)2：安裝uKitExploreBlockly任務(wù)3：安裝開發(fā)板的驅(qū)動(dòng)程序任務(wù)4：在Blockly中編程任務(wù)5：在ArduinoIDE中編程任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：下載uKitExploreBlockly軟件uKitExploreBlockly已經(jīng)上傳至github上，輸入下面的地址，點(diǎn)擊“assets”的第一項(xiàng)既可下載。下載鏈接：/UBTEDU/uKit-Explore-Blockly/releases任務(wù)實(shí)施任務(wù)2：安裝uKitExploreBlockly雙擊運(yùn)行任務(wù)1中下載后的程序文件，出現(xiàn)安裝界面。點(diǎn)擊“一鍵安裝”即可開始安裝進(jìn)程，直至安裝完成。任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：安裝開發(fā)板的驅(qū)動(dòng)程序在uKitExploreBlockly安裝完成之后，會(huì)自動(dòng)彈出界面，提示安裝uKitExplore開發(fā)板的驅(qū)動(dòng)程序，只有安裝好該驅(qū)動(dòng)電腦才能夠識(shí)別到uKitExplore開發(fā)板的端口。安裝開發(fā)板驅(qū)動(dòng)任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：安裝開發(fā)板的驅(qū)動(dòng)程序正確安裝完uKitExploreBlockly和開發(fā)板驅(qū)動(dòng)程序后，在電腦桌面會(huì)顯示“uKitExploreBlockly”和“ArduinoIDE”的圖標(biāo)；雙擊打開uKitExploreBlockly，將uKitExplore開發(fā)板通過USB數(shù)據(jù)線連接至電腦。正確連接時(shí)電腦會(huì)發(fā)出“噔”的提示音，表示識(shí)別到了端口，同時(shí)Blockly會(huì)自動(dòng)識(shí)別端口。檢測(cè)驅(qū)動(dòng)安裝情況任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：安裝開發(fā)板的驅(qū)動(dòng)程序在uKitExploreBlockly中編程選擇開發(fā)板和端口編譯代碼上傳代碼010203上傳至開發(fā)板任務(wù)實(shí)施任務(wù)4：在Blockly中編程任務(wù)實(shí)施任務(wù)5：在ArduinoIDE中編程打開ArduinoIDE任務(wù)實(shí)施任務(wù)5：在ArduinoIDE中編程在ArduinoIDE中進(jìn)行編程任務(wù)實(shí)施任務(wù)5：在ArduinoIDE中編程編寫代碼選擇示例代碼驗(yàn)證及選擇開發(fā)板選擇端口及上傳010203上傳至開發(fā)板任務(wù)實(shí)施任務(wù)5：在ArduinoIDE中編程拓展任務(wù)上面任務(wù)中RGBLED在紅、綠、藍(lán)顯示完成之后就熄滅了，利用學(xué)習(xí)的編程知識(shí)去實(shí)現(xiàn)一下讓其不斷的交替閃爍。項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目中，我們學(xué)習(xí)了服務(wù)機(jī)器人的概念及其發(fā)展現(xiàn)狀，掌握針對(duì)Arduino平臺(tái)的Blockly編程方法，并實(shí)現(xiàn)對(duì)開發(fā)板中的RGBLED進(jìn)行控制讓其實(shí)現(xiàn)紅綠藍(lán)交替變化的炫彩效果。THANKSBUSINESSDESIGN服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目二遙控發(fā)光生日音樂盒服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)UBTECHCONTENTS01.學(xué)習(xí)目標(biāo)UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務(wù)背景04.任務(wù)描述05.知識(shí)鏈接06.任務(wù)實(shí)施07.擴(kuò)展任務(wù)08.項(xiàng)目小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解蜂鳴器的發(fā)音原理；2.了解紅外遙控器的工作原理；3.了解發(fā)光二極管的工作原理；4.熟練掌握紅外遙控器的使用；5.熟練掌握發(fā)光二極管的使用；6.熟練掌握程序調(diào)用控制蜂鳴器發(fā)音；7.熟練掌握程序調(diào)用紅外遙控器控制開發(fā)板。內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務(wù)背景在我們?nèi)粘Ｉ钪?，?jīng)常使用到的遙控器，是目前使用最廣泛的一種遙控通信方式。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。在Arduino中可以用紅外遙控來做許多事情，例如可以用紅外遙控來控制小車的移動(dòng)、控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)等。任務(wù)描述本項(xiàng)目主要任務(wù)有：1、在Arduino開發(fā)板上通過編程制作一個(gè)“音樂盒”，程序控制開發(fā)板的蜂鳴器發(fā)出“生日快樂”的音樂；2、同時(shí)外加的LED燈一起隨著音樂閃爍，營(yíng)造溫馨、快樂、科技感十足的生日Party氣氛；3、整個(gè)音樂盒的演奏通過紅外遙控器來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；（一）（二）（三）（四）知識(shí)鏈接認(rèn)識(shí)蜂鳴器認(rèn)識(shí)紅外傳感器認(rèn)識(shí)LED燈認(rèn)識(shí)面包板知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)蜂鳴器聲音是一種壓力波，當(dāng)演奏樂器、拍打一扇門或者敲擊桌面時(shí)，他們的振動(dòng)會(huì)引起介質(zhì)——空氣分子有節(jié)奏的振動(dòng)，使周圍的空氣產(chǎn)生疏密變化，形成疏密相間的縱波，這就產(chǎn)生了聲波，這種現(xiàn)象會(huì)一直延續(xù)到振動(dòng)消失為止。一般的聲音總是包含一定的頻率范圍。人耳可以聽到的聲音的頻率范圍在20赫茲到2萬(wàn)赫茲之間。振動(dòng)與聲音知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)蜂鳴器蜂鳴器，從字面意思就可以知道，這是一個(gè)會(huì)發(fā)聲的元件。蜂鳴器按構(gòu)造方式的不同，可分為：電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器。電磁式蜂鳴器廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件；壓電式蜂鳴器用于音樂賀卡、電子門鈴和電子玩具等小型電子用品上作發(fā)聲器件。蜂鳴器原理知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)蜂鳴器蜂鳴片為銀色的金屬，有些不帶焊接線纜，主要是靠?jī)蓚€(gè)振動(dòng)板在通電的情況下，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而發(fā)聲。壓電蜂鳴片聲音元件的聲源主要來自壓電振動(dòng)板。壓電振動(dòng)板由一塊兩面印刷有電極的壓電陶瓷板和一塊金屬板（黃銅或不銹鋼等）組成。使用粘合劑，將壓電振動(dòng)板和金屬片粘接在一起，這就是我們俗稱的蜂鳴片。蜂鳴片的發(fā)聲原理知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)蜂鳴器在程序中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，就可以使用uKitExplore開發(fā)板上面的蜂鳴器，使其產(chǎn)生各種聲音。比如，調(diào)用Tone()函數(shù)用以在一個(gè)引腳上產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的方波。調(diào)用noTone()函數(shù)用以停止由tone()產(chǎn)生的方波。蜂鳴器的使用知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)紅外傳感器人的眼睛能看到的可見光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.38～0.46μm。比紫光波長(zhǎng)還短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長(zhǎng)為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號(hào)的。紅外線知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)紅外傳感器紅外線發(fā)射管（IRLED）也稱紅外發(fā)射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件。紅外發(fā)射管紅外光電二極管又叫紅外接收二極管，也可稱紅外光敏二極管，其主要功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。紅外接收管知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)紅外傳感器通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作。其中，紅外遙控器發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；設(shè)備的接收部分包括光/電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。紅外遙控器的工作原理知識(shí)鏈接三、LED燈發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED燈，它由鎵（Ga）砷（AS）磷（P）的化合物制成的二極管，其正負(fù)極管腳長(zhǎng)度不一樣，圖中長(zhǎng)的（右邊）是正極，短的（左邊）是負(fù)極。知識(shí)鏈接所謂呼吸燈，就是讓燈有一個(gè)由亮到暗，再到亮的逐漸變化的過程，感覺像是在均勻的呼吸。認(rèn)識(shí)LED呼吸燈PWM是使用數(shù)字手段來控制模擬輸出的一種方法。使用數(shù)字控制產(chǎn)生占空比不同的方波（一個(gè)不停在開與關(guān)之間切換的信號(hào)）來控制模擬輸出。認(rèn)識(shí)PWM三、LED燈知識(shí)鏈接pinMode()函數(shù)用以配置引腳為輸入或輸出模式，它是一個(gè)無返回值函數(shù)，pin參數(shù)表示所要配置的引腳，mode表示設(shè)置的模式—INPUT(輸入)或OUTPUT(輸出)。配置管腳功能的函數(shù)pinMode()從一個(gè)引腳輸出模擬值（PWM）?？捎糜谧孡ED以不同的亮度點(diǎn)亮或驅(qū)動(dòng)電機(jī)以不同的速度旋轉(zhuǎn)。模擬輸出函數(shù)函數(shù)analogWrite()三、LED燈知識(shí)鏈接面包板是由于板子上有很多小插孔，專為電子電路的無焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制造的。面包板作用面包板的得名可以追溯到真空管電路的年代，當(dāng)時(shí)的電路元器件大都體積較大，人們通常通過螺絲和釘子將他們固定在一塊切面包用的木板上進(jìn)行連接，后來電路元器件體積越來越小，但面包板的名稱沿用了下來。名稱由來四、認(rèn)識(shí)面包板知識(shí)鏈接整板使用熱固性酚醛樹脂制造，板底有金屬條，在板上對(duì)應(yīng)位置打孔使得元件插入孔中時(shí)能夠與金屬條接觸，從而達(dá)到導(dǎo)電目的。一般將每5個(gè)孔板用一條金屬條連接。板子中央一般有一條凹槽，這是針對(duì)需要集成電路、芯片試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的。板子兩側(cè)有兩排豎著的插孔，也是5個(gè)一組。這兩組插孔是用于給板子上的元件提供電源。四、認(rèn)識(shí)面包板構(gòu)造特點(diǎn)知識(shí)鏈接面包板種類無焊面包板就是沒有作為底座的母板，沒有焊接電源插口引出但是能夠擴(kuò)展單面包板的板子。單面包板就是有母板作為底座，并且電源接入有專用接線柱，甚至有些能夠進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)的還有地線接線柱的面包實(shí)驗(yàn)板。四、認(rèn)識(shí)面包板（一）（二）（三）（四）任務(wù)1：讓蜂鳴器發(fā)聲任務(wù)2：LED燈閃爍任務(wù)3：LED呼吸燈任務(wù)4：遙控發(fā)光音樂盒任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：讓蜂鳴器發(fā)聲輸入完成后，點(diǎn)擊“編譯”檢查代碼有無錯(cuò)誤。編寫代碼編譯確保代碼沒有錯(cuò)誤后就可以開始上傳了，點(diǎn)擊“上傳”之后IDE會(huì)