《智能機(jī)器人與傳感器》教案 上-課程單元設(shè)計(jì)（張春曉）傳感器導(dǎo)論-觸覺相關(guān) 滑覺傳感器

PAGEPAGE1《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：傳感器導(dǎo)論授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能在拆開的機(jī)器里找到傳感器2、能描述傳感器的基本功能及分類3、能描述機(jī)器人里使用的傳感器類型1、熟練掌握傳感器的定義及特點(diǎn)；2、熟練掌握組成、分類及應(yīng)用；3、熟練掌握傳感器標(biāo)定定義及意義；4、了解人與機(jī)器人機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系；能力訓(xùn)練任務(wù)及案例敏感元件轉(zhuǎn)換敏感元件轉(zhuǎn)換元件測量電路輔助電路被測量被測量被測量被測量另一種非電量電信號(hào)可用電信號(hào)參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，ISBN：9787122283658，機(jī)器工業(yè)出版社，2017【2】賈海瀛，《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN：9787040422658，高等教育出版社，2015年09月PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹傳感器的定義及特點(diǎn)；2、介紹組成、分類及應(yīng)用；3、介紹傳感器標(biāo)定定義及意義；4、介紹人與機(jī)器人機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系；教師主講多媒體聽講解3分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）本節(jié)課主要介紹傳感器的基本概念、分類以及標(biāo)定等內(nèi)容。傳感器種類繁多，課程采用機(jī)器人為載體，將涉及到的傳感器按人體感覺器官進(jìn)行分類。分類的目的是讓具有同一屬性的傳感器歸為一類，易于學(xué)習(xí)這一類型傳感器工作原理以及使用等。教師主講實(shí)際操作演示聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1、機(jī)器里使用的傳感器分析2、傳感器的基本功能及分類依據(jù)分析3、機(jī)器人里使用的傳感器類型介紹上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操20分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）由于整個(gè)課程設(shè)計(jì)是以多傳感器機(jī)器人為紐帶，最后介紹人與機(jī)器人的對(duì)應(yīng)關(guān)系。拿人為類比，從整體上了解傳感系統(tǒng)、CPU以及執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作關(guān)系。教師主講實(shí)際操作演示聽講解20分鐘歸納(知識(shí)和能力)林林總總的傳感器，其工作原理都可以概括為：被測量系統(tǒng)可用的電信號(hào)。其中的系統(tǒng)可以是純粹電子系統(tǒng)，也可以是機(jī)器裝置+電子系統(tǒng)等構(gòu)成。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論10分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)根據(jù)各種傳感器的輸入輸出特性，討論開發(fā)、測試時(shí)需要用到什么儀器設(shè)備。教師主講實(shí)際操作演示聽講解7分鐘總結(jié)通過本課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解傳感器的定義、構(gòu)成、分類及標(biāo)定。并且從各行各業(yè)的應(yīng)用介紹中，讓學(xué)生了解到傳感器就在我們身邊（如智能穿戴）。并且知道仿人類的機(jī)器人是如何被設(shè)計(jì)出來的。教師主講課件演示聽課10分鐘作業(yè)分組調(diào)研：例如汽車?yán)锩娴膫鞲衅?；智能手表里面的傳感器；自?dòng)罐頭包裝生產(chǎn)線里面?zhèn)鞲衅?；汽車生產(chǎn)線里面的傳感器。說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄5分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：機(jī)器人項(xiàng)目背景介紹授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能自己動(dòng)手搭建機(jī)器人；2、能通過軟件，設(shè)定各個(gè)關(guān)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角；3、能讓機(jī)器人按定義好的姿勢動(dòng)起來；4、學(xué)會(huì)各模塊的基本功能以及了解信號(hào)的來龍去脈1、熟練掌握機(jī)器人發(fā)展史；2、熟練掌握Robo-Soul機(jī)器人的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及裝配；3、熟練掌握如何通過PC軟件讓機(jī)器人擺個(gè)姿勢；4、熟練掌握Robo-Soul機(jī)器人所有傳感器模塊及信號(hào)的傳遞能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：觀看安裝視頻后，通過調(diào)節(jié)舵機(jī)的角度，嘗試安裝機(jī)器臂；任務(wù)2：設(shè)計(jì)一套動(dòng)作，定義產(chǎn)生這套動(dòng)作的關(guān)鍵姿勢并聯(lián)機(jī)驗(yàn)證；參考資料【1】DonalNorris,《RaspberryPiElectronicsProjectsfortheEvilGenius》,ISBN:9781259640599,McGraw-Hill,Sept.2013【2】WarrenGray,《ExperimentingwithRaspberryPi》,ISBN:9781484207703,Apress,Berkeley,CA,2014【3】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【4】賈海瀛，《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN：9787040422658，高等教育出版社，2015年09月【5】樂幻索爾機(jī)器人官網(wǎng)：/index.htmlPAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹機(jī)器人發(fā)展史：示教再現(xiàn)型、感覺型、智能型三個(gè)階段；2、介紹課程用到的Robo-Soul機(jī)器人的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及裝配；3、介紹如何通過PC軟件讓機(jī)器人擺個(gè)姿勢；4、介紹Robo-Soul機(jī)器人所有傳感器模塊及信號(hào)的傳遞教師主講多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）本節(jié)課介紹的多自由度、多傳感器智能機(jī)器人承擔(dān)著學(xué)習(xí)并應(yīng)用多種傳感器的載體作用。這些傳感器按照過機(jī)器人的眼、耳、鼻、皮膚的觸覺、較抽象的感知、還有超越人類這六種類型進(jìn)行分類。按照每種類型的信號(hào)的獲取并處理進(jìn)行講解，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的介紹。教師主講及實(shí)物演示實(shí)際操作演示聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1、動(dòng)手搭建機(jī)器人的某部分；2、通過軟件，設(shè)定各個(gè)關(guān)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而定義姿勢；3、讓機(jī)器人按定義好的姿勢簡單動(dòng)起來；現(xiàn)場指導(dǎo)實(shí)際操作實(shí)操30分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）介紹線性插值的知識(shí)，讓學(xué)生了解到為什么離散幾個(gè)關(guān)鍵姿勢能讓機(jī)器人動(dòng)起來。教師主講實(shí)際操作演示聽講解10分鐘歸納(知識(shí)和能力)簡單點(diǎn)的智能，例如通過攝像頭識(shí)別到一個(gè)人站在前面，機(jī)器人能打招呼（前面定義的打招呼動(dòng)作）。復(fù)雜點(diǎn)的智能就是前面有個(gè)蘋果在前面，機(jī)器人識(shí)別后能通過機(jī)器手爪抓取它。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)設(shè)計(jì)一套較復(fù)雜的動(dòng)作，如敬禮。定義產(chǎn)生這套動(dòng)作的關(guān)鍵姿勢并聯(lián)機(jī)驗(yàn)證動(dòng)作的連續(xù)性。學(xué)生上機(jī)實(shí)際操作演示實(shí)操20分鐘總結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解到機(jī)器人的發(fā)展歷史。并基于樂幻索爾公司的一款機(jī)器人，讓學(xué)生具體了解機(jī)器人的安裝，動(dòng)作的定義等，為以后使用傳感器后獲得的信息準(zhǔn)備好了機(jī)器人動(dòng)作的響應(yīng)。教師主講課件演示聽課2分鐘作業(yè)課后調(diào)研：上淘寶或者樂幻索爾機(jī)器人公司主頁，調(diào)研一下除了人形機(jī)器人，還有什么類似的機(jī)器人。說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：課程實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹–樹莓派平臺(tái)介紹授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用樹莓派的GPIO口串口復(fù)用功能2、能快速搭建硬件環(huán)境，將實(shí)驗(yàn)室及任務(wù)帶到宿舍3、能初步使用wiringPi，通過命令行控制GPIO口4、學(xué)會(huì)使用putty軟件進(jìn)行連接1、熟練掌握樹莓派硬件資源2、熟練掌握三種主流使用樹莓派進(jìn)行開發(fā)的方法：主機(jī)方式、遠(yuǎn)程登錄方式或者通過串口登錄3、熟練掌握GPIO口的功能描述及端口復(fù)用4、熟練掌握使用wiringPi軟件控制GPIO口5、掌握putty界面的功能能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：將樹莓派配置成為主機(jī)方式：連接電源（RPi）、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)以及網(wǎng)絡(luò)；任務(wù)2：將樹莓派配置成為遠(yuǎn)程登錄方式：只需連接網(wǎng)絡(luò)即可通過PC機(jī)登錄訪問；任務(wù)3：使用USB串口線連接GPIO復(fù)用串口（Pin8和Pin10），登錄樹莓派；任務(wù)4：使用USB串口線，通過PC發(fā)送消息至樹莓派，樹莓派接收并顯示消息。任務(wù)5：使用串口，通過PC發(fā)送”O(jiān)n/Off”至樹莓派，樹莓派點(diǎn)亮/關(guān)閉LED等參考資料【1】DonalNorris,《RaspberryPiElectronicsProjectsfortheEvilGenius》,ISBN:9781259640599,McGraw-Hill,Sept.2013【2】WarrenGray,《ExperimentingwithRaspberryPi》,ISBN:9781484207703,Apress,Berkeley,CA,2014【3】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【4】樹莓派官網(wǎng)：/【5】樹莓派實(shí)驗(yàn)室：/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹樹莓派硬件資源2、介紹三種主流使用樹莓派進(jìn)行開發(fā)的方法：主機(jī)方式、遠(yuǎn)程登錄方式或者通過串口登錄3、介紹GPIO口的功能描述及端口復(fù)用4、介紹wiringPi軟件控制GPIO口5、介紹PC機(jī)putty遠(yuǎn)程登錄界面的功能教師主講及實(shí)物演示多媒體聽講解7分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）傳感器的輸出信號(hào)需要用到一個(gè)處理器接收，并處理、顯示、、傳輸這些信號(hào)和融合多路信號(hào)。信用卡片大小的樹莓派是近幾年國內(nèi)外非常流行的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的主控系統(tǒng)。其GPIO口充當(dāng)著可編程設(shè)置的輸入輸出口?？梢园惭b多種Linux：Debian、RedHat、RISCOS、甚至還可以安裝專用的ROS（RobotOperatingSystem）。有著豐富的軟、硬件的支持，還有大量專著、雜志以及網(wǎng)絡(luò)資源可以參考。本課程使用此硬件來充當(dāng)智能機(jī)器人的“腦”，并通過便利的I/O接口連接各種機(jī)器人用到的傳感器。教師主講實(shí)際操作演示聽講解20分鐘操練（掌握初步或基本能力）演示使用putty軟件進(jìn)行三種連接開發(fā)方式1.主機(jī)方式2.遠(yuǎn)程登錄方式3.通過串口登錄上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操20分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）在學(xué)習(xí)了遠(yuǎn)程登錄軟件putty后，還可以學(xué)習(xí)一下Windows與Linux文件共享傳輸管理軟件，例如FileZilla。教師主講實(shí)際操作演示聽講解5分鐘歸納(知識(shí)和能力)通過學(xué)習(xí)上面三種連接方式，讓學(xué)生總結(jié)出在不同的場合（例如宿舍、家庭或者圖書館），如何能夠方便地使用樹莓派進(jìn)行開發(fā)師生互動(dòng)小組討論討論小組討論10分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)在學(xué)會(huì)基本串口在樹莓派以及PC機(jī)通信的基礎(chǔ)上，演示如何使用PC控制樹莓派上的LED燈的亮滅。通過使用讓學(xué)生初步了解使用樹莓派進(jìn)行使用的基本硬件搭建。教師主講實(shí)際操作演示聽講解10分鐘總結(jié)掌握樹莓派的硬件資源以及如何使用這些資源。掌握PC機(jī)里的一些常用軟件的基本使用，例如putty的遠(yuǎn)程登錄以及串口通信。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)課后調(diào)研：上網(wǎng)查找最新樹莓派硬件的功能擴(kuò)展說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記下載wiringPi（1）gitclonegit:///wiringPi（2）cdwiringPi（3）gitpullorigin安裝./build測試安裝是否成功gpio-v使用《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：Raspbian操作系統(tǒng)簡介授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用基本的Linux命令2、會(huì)連接樹莓派至因特網(wǎng)3、會(huì)使用nano編輯器編寫腳本并存盤4、會(huì)設(shè)置樹莓派的狀態(tài)：例如開機(jī)后直接進(jìn)入圖形界面等1、熟練掌握Linux的歷史以及樹莓派Raspbian系統(tǒng)（debian）2、熟練掌握基本的Linux命令3、熟練掌握Raspbian網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，并連上Internet4、熟練掌握使用raspi-config命令設(shè)置樹莓派5、熟練掌握Linux下編輯器nano能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：學(xué)習(xí)使用Linux命令：ls,cd,mkdir,rm對(duì)當(dāng)前路徑進(jìn)行列目錄、進(jìn)入子目錄、建立新目錄以及刪除文件目錄等基本操作；任務(wù)2：啟動(dòng)并使用編輯器nano,修改網(wǎng)絡(luò)連接配置文件，讓樹莓派上因特網(wǎng)；任務(wù)3：使用apt-getupdat，或者apt-getupgrade進(jìn)行樹莓派的系統(tǒng)更新；參考資料【1】劉憶智，《Linux從入門到精通》，ISBN：9787302312727，清華大學(xué)出版社，2014年2月【2】WolframDonat,《Python樹莓派編程》,ISBN：9787111550303,機(jī)械工業(yè)出版社,2016年11月【3】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【4】樹莓派官網(wǎng)：/【5】樹莓派實(shí)驗(yàn)室：/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹Linux的歷史以及樹莓派Raspbian系統(tǒng)（debian）2、介紹基本的Linux命令使用3、介紹Raspbian網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，并連上Internet4、介紹raspi-config命令設(shè)置樹莓派5、介紹Linux下編輯器nano教師主講多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）類似于智能機(jī)器人這樣的應(yīng)用型項(xiàng)目，需要用到嵌入式操作系統(tǒng)Linux。在多任務(wù)的Linux幫助下，機(jī)器人才能在“看”的同時(shí)能“聽”、感知周圍的事物變化，并反饋到CPU進(jìn)行判斷處理。同時(shí)，Linux還提供了硬件資源、軟件資源的整合使用的一個(gè)平臺(tái)，讓你使用一些簡單易學(xué)的語言（類似Python）就可以很好地控制此嵌入式系統(tǒng)。教師主講多媒體聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1.登錄Raspbian,并使用基本命令ls,cd,mkdir,rm。建立目錄，進(jìn)入目錄，列出里面的內(nèi)容等；2.使用nano編輯python程序并存盤；列文件ls查看3．使用apt-getupdat，或者apt-getupgrade進(jìn)行樹莓派的系統(tǒng)更新上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操25分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）在初步熟悉Linux操作后，介紹一下Linux系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生有更多的了解Linux平臺(tái)是一個(gè)開發(fā)智能硬件比較理想系統(tǒng)。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操10分鐘歸納(知識(shí)和能力)在Linux下學(xué)習(xí)一個(gè)命令，或者是編寫腳本配置系統(tǒng)，方法1是直接使用幫助命令man。方法2是上網(wǎng)找相關(guān)的幫助信息。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)在網(wǎng)絡(luò)的幫助下，顯示接入U(xiǎn)盤里面的目錄文件。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操20分鐘總結(jié)主要涉及到在Linux環(huán)境下，使用一些課程必須用到的命令。學(xué)習(xí)Linux是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，踏出第一步后，堅(jiān)持不懈地在Linux下編程，若干年后會(huì)積攢不少的經(jīng)驗(yàn)。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)課后練習(xí)：網(wǎng)上查找使用樹莓派DIY各種電子產(chǎn)品，嘗試自己力所能及的。借此來熟悉Linux系統(tǒng)配置、硬件的連接以及軟件的配合等說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄5分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：Python編程語言1授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、學(xué)會(huì)在樹莓派里搭建傳感器開發(fā)的Python編程環(huán)境2、學(xué)會(huì)使用Python語言控制樹莓派GPIO3、會(huì)用使用簡單的順序編程1、會(huì)用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)2、會(huì)用條件程序結(jié)構(gòu)3、會(huì)用選擇程序結(jié)構(gòu)1、熟練掌握傳感器的Python編程環(huán)境的搭建2、熟練掌握使用Python語言控制樹莓派GPIO口的函數(shù)庫3、熟練掌握Python語言的常用變量類型4、熟練掌握Python語言的順序程序結(jié)構(gòu)5、介紹Python語言的循環(huán)程序結(jié)構(gòu)6、介紹Python語言的條件程序結(jié)構(gòu)7、介紹Python語言的選擇程序結(jié)構(gòu)能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：安裝環(huán)境sudoapt-getinstallpython-devpython-rpi.gpio任務(wù)2：編程讓點(diǎn)亮一個(gè)LED；參考資料【1】WolframDonat,《Python樹莓派編程》,ISBN：9787111550303,機(jī)械工業(yè)出版社,2016年11月【2】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【3】樹莓派官網(wǎng)：/【4】樹莓派實(shí)驗(yàn)室：/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹Python編程環(huán)境的搭建2、介紹Python語言控制樹莓派GPIO口的操作3、介紹Python語言的常用變量類型4、介紹Python語言的順序程序結(jié)構(gòu)5、介紹Python語言的循環(huán)程序結(jié)構(gòu)6、介紹Python語言的條件程序結(jié)構(gòu)7、介紹Python語言的選擇程序結(jié)構(gòu)教師主講多媒體聽講解7分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）Python語言的簡單易用性，很適合各個(gè)年齡層次的學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程。在學(xué)習(xí)并使用傳感器并進(jìn)行簡單測試結(jié)果過程中，Python加上樹莓派這樣的組合，讓學(xué)生很容易上手。這并不代表Python是簡單的入門級(jí)的編程語言，進(jìn)多年的發(fā)展壯大，現(xiàn)在Python語言在科學(xué)計(jì)算、3D建模、游戲以及人工智能等方面有不錯(cuò)的表現(xiàn)。教師主講多媒體聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1.安裝環(huán)境sudoapt-getinstallpython-devpython-rpi.gpio，并掌握GPIO操作2．編程讓LED點(diǎn)亮；上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操25分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）學(xué)習(xí)使用Pythontime庫來進(jìn)行延時(shí)處理，讓一直點(diǎn)亮的燈一亮一滅。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操15分鐘歸納(知識(shí)和能力)編程語言有很多，有難有易。這節(jié)課學(xué)習(xí)的python編程，是屬于容易學(xué)習(xí)的。掌握后，可以用累計(jì)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)較難的編程語言。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)結(jié)合上面學(xué)習(xí)的幾種編程技巧，增加按鈕開關(guān)。例如開關(guān)打開時(shí)，LED表現(xiàn)為一亮一滅。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操15分鐘總結(jié)主要涉及到在Linux環(huán)境下，使用python語言通過對(duì)樹莓派的GPIO口編程，體會(huì)按鈕輸入以及LED輸出。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)課后調(diào)研：用蜂鳴器代替LED燈，進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：Python編程語言授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、會(huì)用使用簡單的函數(shù)編程2、會(huì)運(yùn)用python語言做個(gè)時(shí)鐘1、熟練掌握Python語言的函數(shù)編程2、熟練掌握時(shí)鐘的運(yùn)作的流程圖，掌握自上而下的編程方法能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)：做個(gè)時(shí)鐘，顯示MM：SS格式。參考資料【1】WolframDonat,《Python樹莓派編程》,ISBN：9787111550303,機(jī)械工業(yè)出版社,2016年11月【2】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【3】樹莓派官網(wǎng)：/【4】樹莓派實(shí)驗(yàn)室：/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹Python語言的函數(shù)編程2、介紹時(shí)鐘的運(yùn)作的流程圖，掌握自上而下的編程方法教師主講多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）在單片機(jī)課程中，大家已經(jīng)接觸過7-seg數(shù)碼管。我們?cè)谶@里用Python語言來控制數(shù)碼管，并做一個(gè)時(shí)鐘。讓大家可以與C語言單片機(jī)版本進(jìn)行對(duì)比。教師主講多媒體聽講解2分鐘操練（掌握初步或基本能力）制作時(shí)鐘，顯示MM：SS格式。上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操28分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）程序包含約100多行程序，可以盡量使用函數(shù)進(jìn)行封裝的方法。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操15分鐘歸納(知識(shí)和能力)項(xiàng)目用到基本所有Python語言的編程結(jié)構(gòu)，以及介紹函數(shù)封裝的概念。熟練掌握此技巧，可以寫出大型且結(jié)構(gòu)清晰的程序。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)使用結(jié)構(gòu)清晰的函數(shù)形式將散亂的語句封裝起來。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操17分鐘總結(jié)應(yīng)該對(duì)比C語言來說，用Python來實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘的難度比較容易。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)將所有的程序用結(jié)構(gòu)清晰的函數(shù)進(jìn)行重寫。說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：超越人類觸覺–人體紅外傳感器HC-SR501授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用HC-SR501模塊2、學(xué)會(huì)連接模塊與樹莓派3、學(xué)會(huì)Python對(duì)樹莓派GPIO口的操作函數(shù)庫的使用4、學(xué)會(huì)編寫代碼，獲得是否有紅外源的Python程序5、學(xué)會(huì)檢驗(yàn)結(jié)果的正確性1、熟練掌握人體紅外的工作原理（>30CM）；2、熟練掌握HC-SR501模塊的使用方法，例如可調(diào)電位器的作用2、熟練掌握HC-SR501模塊與樹莓派的連接3、熟練掌握GPIO口的python代碼控制方法4、熟練掌握編寫傳感器代碼5、掌握使用測試結(jié)果的方法能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：連接HC-SR501模塊至樹莓派相應(yīng)的gpio口任務(wù)2：編寫Python程序，獲得Pin40GPIO的輸入電平任務(wù)3：檢測結(jié)果的可靠性，可以結(jié)合調(diào)整可調(diào)電阻，使結(jié)果更加符合應(yīng)用需要。參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】IrvKalb,《LearntoProgramwithPython》，ISBN:9787040422658，APress，2015年9月【3】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【4】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016【5】KimmoKarvinenandTeroKarvinen,《GettingStartedwithSensors》,ISBN：9781449367084，MakerMedia,Inc.,2014【6】樹莓派官網(wǎng)：/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、講解人體紅外工作原理；2、講解傳感器HC-SR501模塊樹莓派的連接方法3、介紹Python操作樹莓派GPIO庫的使用importRPi.GPIOasGPIO4、講解編寫傳感器代碼5、講解測試結(jié)果的方法教師主講及實(shí)物演示多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）第一個(gè)傳感器的介紹就是超越人類感覺范圍的紅外傳感器，其原因是此傳感器輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)：0或1。從接收此結(jié)果來說是最簡單的。教師主講多媒體聽講解5鐘操練（掌握初步或基本能力）1、連接傳感器HC-SR501模塊與樹莓派2、使用RPi.GPIO庫來設(shè)置樹莓派gpio口的輸入輸出屬性3、編寫程序獲得結(jié)果4、檢驗(yàn)結(jié)果的正確性師生互動(dòng)討論小組討論30分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）通常二進(jìn)制結(jié)果是以中斷方式告訴樹莓派系統(tǒng)，從而提高效率，而不是輪詢方式。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操5分鐘歸納(知識(shí)和能力)傳感器最簡單的輸出量就是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。此類傳感器是模塊內(nèi)部有了閾值裁決電路，將模擬量判決成高低電平。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)使用輪詢的方式，得到開關(guān)量后控制LED燈發(fā)光。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操20分鐘總結(jié)人體紅外傳感器給機(jī)器人一個(gè)超越人類的功能：如蛇等，能感知具有主動(dòng)發(fā)出紅外線的物體的能力。此結(jié)果有利于后期傳感器數(shù)據(jù)融合，例如知道前方有一個(gè)嫌疑“人”，可以驅(qū)動(dòng)人臉識(shí)別算法進(jìn)行識(shí)別。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)課程調(diào)研：自己編寫一個(gè)按鈕開關(guān)檢測按下狀態(tài)的程序。說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄5分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：超越人類觸覺–紅外接近覺傳感器E3F-DS30C4授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、會(huì)使用E3F-DS30C4模塊2、學(xué)會(huì)連接模塊與樹莓派3、鞏固Python對(duì)樹莓派GPIO口的操作函數(shù)庫的使用4、學(xué)會(huì)編寫代碼，獲得距離范圍內(nèi)存在物體與否的Python程序5、學(xué)會(huì)使用中斷編程6、學(xué)會(huì)檢驗(yàn)結(jié)果的正確性1、熟練掌握紅外接近覺傳感器E3F-DS30C4的工作原理及測距范圍（<30CM）；2、熟練掌握E3F-DS30C4模塊的使用方法，例如可調(diào)電位器的作用2、熟練掌握E3F-DS30C4模塊與樹莓派的連接3、熟練掌握GPIO口的python代碼控制方法4、熟練掌握中斷的使用5、掌握使用測試結(jié)果的方法能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：連接E3F-DS30C4模塊至樹莓派相應(yīng)的gpio口任務(wù)2：編寫Python程序，獲得Pin40GPIO的輸入電平，并使用中斷處理任務(wù)3：檢測結(jié)果的可靠性，可以結(jié)合調(diào)整可調(diào)電阻，使結(jié)果更加符合應(yīng)用需要。參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】IrvKalb,《LearntoProgramwithPython》，ISBN:9787040422658，APress，2015年9月【3】RyanHeitz，《Hello，RaspberryPi》,ISBN:9781617292453,Manning,2016【4】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016【5】KimmoKarvinenandTeroKarvinen,《GettingStartedwithSensors》,ISBN：9781449367084，MakerMedia,Inc.,2014【6】樹莓派官網(wǎng)：/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1、介紹紅外接近覺傳感器E3F-DS30C4的工作原理及測距范圍（<80CM）；2、介紹E3F-DS30C4模塊的使用方法，例如可調(diào)電位器的作用2、介紹E3F-DS30C4模塊與樹莓派的連接3、介紹GPIO口的python代碼控制方法4、介紹傳感器代碼5、介紹測試結(jié)果的方法教師主講及實(shí)物演示多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）在距離物體幾十厘米內(nèi)探測物體的傳感器，其目的是在接觸對(duì)象前得到必要的信息，以便后續(xù)的動(dòng)作。作為機(jī)器人視覺系統(tǒng)的補(bǔ)充，為機(jī)器人在近距離或者視覺死角提供非視覺目標(biāo)探測。教師主講多媒體聽講解5鐘操練（掌握初步或基本能力）1：連接E3F-DS30C4模塊至樹莓派相應(yīng)的gpio口2：編寫Python程序，獲得Pin40GPIO的輸入電平3：檢測結(jié)果的可靠性，可以結(jié)合調(diào)整可調(diào)電阻，使結(jié)果更加符合應(yīng)用需要師生互動(dòng)討論小組討論25分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）繼續(xù)上次課的中斷方式編寫服務(wù)程序，提高整體代碼的效率。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操20分鐘歸納(知識(shí)和能力)對(duì)距離的感知，是機(jī)器人了解周圍事物、防止碰撞、避障的主要方法。而不同傳感器對(duì)不同距離還原有不同的精度。適當(dāng)選擇并使用距離傳感器，有利于建立更加精良的機(jī)器人。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論3分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)學(xué)會(huì)讓模塊的輸出量產(chǎn)生一個(gè)中斷輸入樹莓派的某個(gè)GPIO口，樹莓派相應(yīng)此中斷的編程方法。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操17分鐘總結(jié)采用輪詢或者中斷的方法，都可以得到外接傳感器的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用要求實(shí)時(shí)性來進(jìn)行選擇。有些應(yīng)用可能選擇CPU管腳有限，不適合使用中斷方法。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)后記使用中斷方法：（1）定義回調(diào)函數(shù)deftest_callback(channel)：print('Intest_callbackfuc')（2）定義檢測函數(shù)add_event_detect(channel,GPIO.RISING,callback=test_callback,bouncetime=200)上升沿檢測，關(guān)聯(lián)回調(diào)，bouncetime用于按鍵軟件防抖例如使用按鈕控制led燈亮滅：《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：感知相關(guān)--超聲波距離傳感器授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用樹莓派連接超聲波測距模塊2、能在Raspbian下使用nano編寫并且調(diào)試python測距程序3、會(huì)指定測試方案來測定距離的準(zhǔn)確性，1、熟練掌握超聲波測距技術(shù)的工作原理測距的公式表示為：L=C×T式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)。2、熟練掌握超聲波測距在機(jī)器人上的應(yīng)用：避障以及協(xié)助定位物體在三維空間的位置信息3、熟練掌握實(shí)驗(yàn)的硬件搭建4、熟練掌握程序的意思5、熟練掌握傳感器誤差的來源，并采用多次測距，求誤差的統(tǒng)計(jì)方法能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄方式連接上樹莓派并在樹莓派上連接超聲波測距模塊任務(wù)2：啟動(dòng)并使用編輯器nano,輸入一個(gè)python測距程序，并存盤；任務(wù)3：調(diào)試并執(zhí)行此python程序任務(wù)4：測試得到距離的準(zhǔn)確性，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析測量結(jié)果的可靠性，并用例如Excel等工具繪制誤差統(tǒng)計(jì)圖參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】賈海瀛,《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN:9787040422658，高等教育出版社，2015年9月【3】蘇煒等，《超聲波測距誤差分析》，傳感器技術(shù)，2004年第23卷第6期【4】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016【5】樹莓派官網(wǎng)：/【6】樹莓派實(shí)驗(yàn)室：/PAGEPAGE1二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1.介紹超聲波測距模塊的原理、距離計(jì)算及模塊的使用2.介紹硬件的搭建3.解釋測距程序4.介紹傳感器誤差的來源，并采用多次測距，求誤差的統(tǒng)計(jì)方法教師主講及實(shí)物演示多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）超聲波測距模塊是許多機(jī)器人的標(biāo)配。根據(jù)機(jī)器人相機(jī)看到的事物，測量物體表面到機(jī)器人的距離。此距離數(shù)值用于機(jī)器人接近（或遠(yuǎn)離）物體的參考，或者使用機(jī)器手臂抓取物體其中之一的參考值（需要多傳感器融合技術(shù)）。教師主講多媒體聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1.按要求連線，讓PC機(jī)能使用樹莓派并對(duì)超聲波測距模塊進(jìn)行控制2.編輯python程序并存盤、調(diào)試程序的正確性上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操25分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）講解多次測量求誤差的方法，并學(xué)會(huì)使用類似Matlab或者Excel等繪制誤差的統(tǒng)計(jì)分布圖。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操12分鐘歸納(知識(shí)和能力)通過學(xué)習(xí)在樹莓派上使用python對(duì)超聲波測距模塊進(jìn)行編程。讓學(xué)生了解在這樣的硬件環(huán)境下傳感器編程的一般方法：（1）連接傳感器模塊的輸入/輸出端口到樹莓派相應(yīng)的端口（2）使用一些python庫進(jìn)行程序編寫（3）結(jié)果輸出師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)讓學(xué)生結(jié)合上節(jié)課點(diǎn)亮LED等程序，結(jié)合超聲波測距模塊，當(dāng)手與測距模塊距離小于10cm時(shí)，點(diǎn)亮LED燈。當(dāng)手離開時(shí)熄滅。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操20分鐘總結(jié)機(jī)器人所具有的特點(diǎn)是模仿人類的特點(diǎn)而來的。對(duì)于距離的估計(jì)，剛靠看是不能得出的，還得結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)來具體判斷距離的估計(jì)值。而超聲波測距，也是對(duì)距離的一種估計(jì)。在有一定精度要求的情景下應(yīng)用，需要對(duì)估計(jì)值進(jìn)行修正。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)看教學(xué)視頻：3D旋轉(zhuǎn)的方法：Euler、axis-angle、quoternion說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：感知相關(guān)--陀螺儀傳感器MPU6050之IIC總線介紹授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能再Raspbian里面安裝IIC工具i2c-tools2、會(huì)使用i2cdetect–l命令列舉樹莓派上有幾組i2c總線3、會(huì)列舉在某個(gè)IIC總線（例如總線1）上掛載的設(shè)備情況i2cdetect-r-y14、會(huì)查看某個(gè)設(shè)備寄存器組（例如設(shè)備地址：0x20）的值，i2cdump-f-y10x205、會(huì)查看IIC總線1，設(shè)備0x20里的寄存器0x77的值：i2cget-f-y10x200x776、會(huì)設(shè)置上述寄存器的值為0x3f：i2cset-f-y10x200x770x3f1、熟練掌握陀螺儀傳感器的應(yīng)用案例2、熟練掌握陀螺儀與樹莓派的連接2、熟練掌握IIC協(xié)議3、熟練掌握陀螺儀模塊通過IIC接口與樹莓派通信的調(diào)試方法--i2c-tools工具介紹4、熟練掌握基于python語音的IIC編程庫函數(shù)能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：安裝pythonIIC讀取庫以及IIC輔助工具：sudoapt-getinstall-ypython-smbusi2c-tools任務(wù)2：列舉樹莓派IIC總線的數(shù)目及詳細(xì)信息任務(wù)3：列舉掛載在某總線上的設(shè)備總數(shù)及詳細(xì)信息任務(wù)4：列舉掛載在某總線上的某個(gè)設(shè)備的所有寄存器值任務(wù)5：列舉掛載在某總線上的某個(gè)設(shè)備的某個(gè)寄存器值任務(wù)6：設(shè)置掛載在某總線上的某個(gè)設(shè)備的某個(gè)寄存器值參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】賈海瀛,《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN:9787040422658，高等教育出版社，2015年9月【3】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1.講解陀螺儀的發(fā)展歷史及應(yīng)用案例2.講述陀螺儀MPU6050與樹莓派的連接3．講解IIC協(xié)議4.Linux下i2c-tools工具介紹5.講述IICpython庫函數(shù)及使用教師主講多媒體聽講解5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）通過介紹使用IIC協(xié)議的陀螺儀傳感器模塊，讓學(xué)生了解如何通過IIC協(xié)議得到采樣此協(xié)議工作的傳感器里面的數(shù)據(jù)。教師主講多媒體聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1.連接樹莓派及陀螺儀模塊2.通過IIC工具，測試此鏈接的有效性、獲取陀螺儀設(shè)備的地址、列舉寄存器值等任務(wù)。上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操20分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）通過講解如何使用python語言的IIC庫函數(shù)，讓學(xué)生能通過編程實(shí)時(shí)得到傳感器的數(shù)據(jù)。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操25分鐘歸納(知識(shí)和能力)通過對(duì)陀螺儀傳感器的連接，很多傳感器使用IIC協(xié)議將數(shù)據(jù)從傳感器端傳到另一端。因?yàn)槭褂玫耐ㄓ肐IC庫，對(duì)于其他使用IIC協(xié)議的傳感器也適用。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)學(xué)習(xí)連接另一種采用IIC協(xié)議傳感器，使用i2c-tools里面的工具進(jìn)行分析。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操15分鐘總結(jié)通過對(duì)陀螺儀傳感器的IIC連接，讓學(xué)生初步了解使用IIC協(xié)議的設(shè)備與樹莓派的通信方法。教師主講課件演示聽課2分鐘作業(yè)課后練習(xí)：查找并連接查看其他IIC協(xié)議的傳感器寄存器值。說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：感知相關(guān)--陀螺儀傳感器MPU6050授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用樹莓派連接陀螺儀模塊2、會(huì)通過IIC輔助工具測試陀螺儀模塊安裝的正確性3、能使用IIC庫函數(shù)對(duì)模塊編程并獲取數(shù)據(jù)4、懂得選擇3D旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)方法1、熟練掌握陀螺儀MPU6050模塊的原理2、熟練掌握陀螺儀技術(shù)在機(jī)器人上的應(yīng)用3、熟練掌握Python程序每一行程序的意義4、掌握從陀螺儀數(shù)據(jù)里獲得姿態(tài)的方法5、掌握3D選擇的數(shù)學(xué)方法：Euler、axis-angle、quoternion6、掌握上述方法的優(yōu)缺點(diǎn)能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：連接并測試陀螺儀模塊連接的正確性任務(wù)2：使用IIC庫進(jìn)行MPU6050傳感器的數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)任務(wù)3：調(diào)試上述代碼參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】賈海瀛,《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN:9787040422658，高等教育出版社，2015年9月【3】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016【4】KimmoKarvinenandTeroKarvinen,《GettingStartedwithSensors》,ISBN：9781449367084，MakerMedia,Inc.,2014【5】樹莓派官網(wǎng)：/【6】MPU6050姿態(tài)計(jì)算參考:http://rln.moe/appix/orange-pi-mpu6050/PAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1.講解陀螺儀的工作原理2.講解MPU6050芯片框圖3.講解陀螺儀程序4.介紹從陀螺儀數(shù)據(jù)里獲得姿態(tài)的方法教師主講及實(shí)物演示多媒體聽講解10分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）機(jī)器人最主要的部位就是身體，它定意了機(jī)器人的位置、朝向以及重心，從而決定機(jī)器人的平衡特性。從陀螺儀傳感器里正好能計(jì)算到一個(gè)坐標(biāo)系，從而可以獲得機(jī)器人的朝向及重心計(jì)算。教師主講多媒體聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1.連接樹莓派及陀螺儀模塊，并且測試IIC連接的有效性2.通過IIC庫函數(shù),編程讓樹莓派可以得到陀螺儀模塊里面的原始數(shù)據(jù)上機(jī)指導(dǎo)上機(jī)實(shí)操28分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）獲取的原始數(shù)據(jù)，需要轉(zhuǎn)變成姿態(tài)坐標(biāo)系。有以下兩種方法：1.直接從原始數(shù)據(jù)計(jì)算（較難）2.通過MPU6050內(nèi)置DigitalMotionProcessor(DMP)處理器計(jì)算，直接輸出類似歐拉角或者四元組等姿態(tài)數(shù)據(jù)。3、學(xué)會(huì)使用3D旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)運(yùn)算方法4、知道3D旋轉(zhuǎn)中g(shù)imballock的含義教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操20分鐘歸納(知識(shí)和能力)通過連接IIC協(xié)議獲取數(shù)據(jù)的實(shí)戰(zhàn)，讓學(xué)生獲得通過協(xié)議控制傳感器的經(jīng)驗(yàn)。從而可以推廣其他協(xié)議下獲取傳感器數(shù)據(jù)也有類似的過程。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)1．讓學(xué)生嘗試從陀螺儀得到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為姿態(tài)數(shù)據(jù)。2．得到的姿態(tài)數(shù)據(jù)有可能存在噪音，了解去噪音算法（卡爾曼濾波器）的使用。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操8分鐘總結(jié)機(jī)器人的平衡性、機(jī)器人的朝向等主要的參數(shù)都需要靠陀螺儀傳感器來完成。得到噪音較低的姿態(tài)數(shù)據(jù)，有利于幫助機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中不易摔倒，以及幫助機(jī)器人在環(huán)境中定位方向。教師主講課件演示聽課2分鐘作業(yè)查找資料，解釋3D旋轉(zhuǎn)：Euler、axis-angle、quoternion的意思教師主講課件演示聽課2分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：觸覺相關(guān)--腕力傳感器：ADCMCP3002原理及應(yīng)用授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用MCP3002ADC芯片2、學(xué)會(huì)使用SPI協(xié)議進(jìn)行通信3、學(xué)會(huì)閱讀MCP3002芯片的英文文檔4、會(huì)使用MCP3002python庫進(jìn)行編程開發(fā)1、熟練掌握模擬轉(zhuǎn)數(shù)字芯片的工作原理：其中包括采樣定理；用天平來類比ADC框圖的工作原理；2、熟練掌握MCP3002數(shù)字輸出SPI協(xié)議的工作時(shí)序3、掌握英文文檔的閱讀理解4、熟練掌握此ADCPython庫函數(shù)的使用能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：閱讀MCP3002芯片的英文文檔，解決問題(1)芯片管腳的功能及典型接法任務(wù)2：閱讀MCP3002芯片的英文文檔，解決問題(2)SPI讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序任務(wù)3：安裝python的SPI庫函數(shù)：gitclone/doceme/py-spidev.git參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】賈海瀛,《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN:9787040422658，高等教育出版社，2015年9月【3】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016【4】KimmoKarvinenandTeroKarvinen,《GettingStartedwithSensors》,ISBN：9781449367084，MakerMedia,Inc.,2014【5】樹莓派官網(wǎng)：/【6】SPI庫下載地址:/doceme/py-spidevPAGEPAGE2二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）1.講解ADC的工作原理2.講解MCP3002芯片框圖3.引導(dǎo)學(xué)生閱讀英文文檔4.介紹SPI協(xié)議的原理教師主講多媒體聽講解3分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）本課涉及到很多模擬量傳感器，例如可調(diào)電阻、溫度以及壓力等轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量必須使用的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊。通過對(duì)ADC模塊的編程操作，讓我們能對(duì)此類輸出模擬量的迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，接入MCU進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算處理教師主講多媒體聽講解5分鐘操練（掌握初步或基本能力）1.結(jié)合MCP3002DAC的英文文檔，了解其工作原理2.通過git源碼管理工具下載并安裝SPIpython庫py-spidev3.學(xué)習(xí)py-spidev庫的整體結(jié)構(gòu)及函數(shù)的用法師生互動(dòng)討論小組討論28分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）庫函數(shù)py-spidev是從C庫轉(zhuǎn)到python的應(yīng)用?？梢試L試對(duì)照SPI的時(shí)序圖，來理解C庫函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。教師主講上機(jī)指導(dǎo)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操20分鐘歸納(知識(shí)和能力)通過本課的學(xué)習(xí)，一共學(xué)習(xí)了兩個(gè)常用連接樹莓派及傳感器的協(xié)議：IIC及SPI。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇不同的接口，例如如果輸入輸出口數(shù)目有限，顯然IIC（2線）比SPI（3線）要好。從傳輸速度來說，SPI（>30Mbps）要比IIC（<4Mbps）快些。師生互動(dòng)小組討論討論小組討論6分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)讓學(xué)生嘗試將更多MCP3002英文文檔內(nèi)容翻譯成中文，通過此專業(yè)英文的閱讀訓(xùn)練，提高學(xué)生對(duì)芯片硬件資源的認(rèn)識(shí)。師生互動(dòng)實(shí)際操作演示指導(dǎo)+實(shí)操10分鐘總結(jié)通過本課學(xué)習(xí)，懂得如何使用MCP3002ADC進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，結(jié)合下節(jié)課的內(nèi)容，完成將壓力傳感器的模擬數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，提供給智能算法計(jì)算機(jī)器人手指握力的大小，從而讓機(jī)器手能抓取類似于雞蛋這樣脆的物體。其次通過閱讀英文文檔的訓(xùn)練，讓學(xué)生能自主得到最新最快的資訊。教師主講課件演示聽課5分鐘作業(yè)課程調(diào)研：查找樹莓派的SPI接口說明作業(yè)要求課件演示學(xué)生記錄3分鐘后記《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》一、教案頭本次課標(biāo)題：觸覺相關(guān)--腕力傳感器FlexiForce授課班級(jí)16電子信息3-1上課時(shí)間課時(shí)：2上課地點(diǎn)知行樓5-413教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能使用FlexiForce推薦的連接電路2、學(xué)會(huì)使用FlexiForce與樹莓派及ADC連接3、學(xué)會(huì)閱讀FlexiForce的英文文檔4、會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)表判斷數(shù)字輸出結(jié)果的正確性1、熟練掌握機(jī)器手概念、硬抓取及軟抓取2、FlexiForce的工作原理；3、熟練掌握FlexiForce輸出的預(yù)處理電路4、熟練掌握FlexiForce與MCP3002的連接方法，以及與樹莓派的連接方法5、讀懂程序，掌握FlexiForce輸出的正確性（需要參考datasheet了的“力—電壓”關(guān)系圖）能力訓(xùn)練任務(wù)及案例任務(wù)1：連接FlexiForce至運(yùn)算放大器形成一個(gè)腕力傳感器模塊任務(wù)2：連接腕力傳感器與MCP3002ADC芯片任務(wù)3：連接SPI至樹莓派相應(yīng)的SPI接口任務(wù)4：編寫并調(diào)試程序，輸出正確結(jié)果參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機(jī)器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】賈海瀛,《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，ISBN:9787040422658，高等教育出版社，2015年9月【3】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，O'Reilly，2016【4】KimmoKarvinenandTeroKarvinen,《GettingStartedwithSensors》,ISBN：978144936708