信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程
2024-11-161.8万
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本文介绍了基于苏教版八年级信息科技教材的模拟倒车雷达实验。实验分为三个任务：制作测距仪、模拟智能停车场和模拟倒车雷达。通过使用行空板M10和HC-SR04超声波传感器，学生可以学习超声波测距原理，并在实际操作中提升动手能力和逻辑思维。实验详细介绍了从环境部署到程序编写的步骤，确保学生能够顺利完成项目。
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教材再现： 信息科技教材八上（苏教版）物联网传感技术一节中“传感器的选择和应用”安排了“模拟倒车雷达的工作过程”的实验。该实验内容主要介绍了在物联系统中，如何根据需求和传感器特点来选择合适的传感器，重点学习超声波传感器，了解超声波传感器的测距原理，使用超声波传感器模拟倒车雷达工作过程。   实验设计： 教材中“实验室”栏目中只给出了“模拟倒车雷达工作过程”实验。我们根据教材内容增加了“智能停车场”实验。经分析两者关系如下：智能停车场是通过设定距离阈值来判断车位有无停车的简单逻辑；“模拟倒车雷达”则是通过分区段间阈值来提醒用户距离车位的距离的复杂逻辑。综上所述实验设计如下： 实验1：制作测距仪，解决实际问题（测桌高，测身高）。 实验2：模拟智能停车场实验。 实验3：模拟倒车雷达工作过程实验。实验效果：    教学建议： 本课教学内容分三个层次任务，教师课根据自己实际情况选用。 任务一：使用行空实验盒配套传感器完成超声波传感器测距，并将测量结果显示在屏幕上。并使用该测量工具尝试测量课桌高度和同学身高的测量方案。 任务二：使用行空实验盒+外接超声波传感器完成课本（P31）模拟智能地下停车场实验。（选做） 任务三：使用行空实验盒配套传感器完成模拟简易倒车雷达工作过程（必做），添加摄像头调用Opcv库模拟汽车倒车影像（选做）。 知识储备： （1）超声波：超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处：都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播。在自然界中，蝙蝠是利用超声波的能手，它通过发射和接收超声波在黑暗中飞行并捕捉食物。  （2）超声波测距原理：由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，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。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，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。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340×t/2 。这就是所谓的时间差测距法。  超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 （3）超声波传感器：我们使用的超声波传感器是HC-SR04，其性能比较稳定，盲区为2cm，是HC-SR04超声波传感器。 在使用HC-SR04超声波传感器时，应先将其插在电路板上后再通电，避免产生高电平的误操作。针脚定义，如表所示。 实验一：制作测距仪解决实际问题 实验目的： （1）认识超声波、超声波传感器，学习超声波传感器测距原理。 （2）利用传感器制作简易测距仪。 （3）能够根据实际设计超声波测距方案。 需求分析： （1）利用超声波传感器制作简单测距仪，并将测距结果屏幕显示 （2）能够根据实际情况，设计合理的测距方案。 技术分析： 利用超声波检测出与目标物体的距离，并实时在行空板屏幕显示。 实验器材： （1）行空板M10实验盒 （2）超声波传感器HC-SR04 （3）Mind+编程软件   实验一操作步骤 Step01:认识超声波传感器HC-SR04，观察超声波传感器，识别四根引脚（vcc、gnd、trig、echo）。 其中vcc电源正极，gnd电源负极，trig输入端（超声波发射端），echo（超声波接收端），工作时超声波发射器（trig）向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，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（echo）收到反射波就立即停止计时，再根据公式s=340×t/2计算出距离。具体过程如下图所示。  Step02:连接电路：将超声波传感器插入实验箱上方前端的超声波接口连接如下图所示。   Step03:编写程序读取测距值。 （1）环境部署：打开mind+软件，在“官方库”选项卡中添加“行空板”，在“用户库”中添加“行空板信息科技实验盒”。具体操作：点击扩展，切换到用户库选项卡在“用户库”的搜索栏中，选择实验盒用户库。输入用户库链接，选择实验盒用户库（链接：https://gitee.com/zhaoruiz/ext-unihiker-box）。入下图所示。  （2）编写程序：在用户库中找到ZRZ:行空板信息科技实验盒其高配功能指令拖拽指令“读取超声波距离指令”入下图所示。  编写程序完成测距屏幕显示功能，完整程序如下图所示。  （3）记录数据：对于不同目标物体进行测距测试，并记录相关数据。  探究：用手指分别堵在超声波传感器的两个孔位记录测量结果，得出相关结论。  （4）小组探究设计测量桌高和身高的方案，并分析这样设计的原因。 测量桌高方案：直接测量（桌高小于100cm）;测量身高方案：转换测量（身高大于100cm）  信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程 信息科技实验（苏教版）——模拟公交卡充值扣费过程 信息科技实验（苏教版）——体验智能开发板连接Wi-Fi 信息科技实验（苏教版）——探究蓝牙的数据传输距离 |
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[align=left]Step02:编写程序驱动车体，在用户库中添加“信息科技实验盒”库，这里不再赘述，从“高配”指令中添加电机驱动指令，如图所示。[/align][align=left]
[/align][align=left][font=宋体]逻辑关系表：设[/font][font=Calibri]L[/font][font=宋体]为车位与倒车雷达之间的距离，示例逻辑如下表，实验室也可根据自己情况重新设定。[/font][/align][align=left]
[/align][align=left][font=宋体]编写不同距离的程序，[/font][font=Calibri]25-50[/font][font=宋体]区间的程序如下。[/font][/align][align=left]
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[/align][align=left]Step03:点击拓展，在官方库中添加OpenCV库如下图所示。[/align][align=left]
[/align][align=left]由于本程序中既涉及到视频又涉及到主程序中小车的运动，为避免视频卡死，将视频采集定义线程。多线程指令在行空板指令集中，如下图所示。[/align][align=left]
[/align][align=left]Step04:[font=楷体]编程实现功能，主程序循环部分运行前线程[/font][font=楷体]thread1，循环中执行测距检测判断逻辑。完整程序如下所示（选做）[/font][/align][align=left]
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[/align][align=left][backcolor=rgb(250, 250, 250)][font=微软雅黑][font=微软雅黑]信息科技实验（苏教版）——声音数据的采集及可视化[/font][/font][/backcolor][/align][backcolor=rgb(250, 250, 250)][font=微软雅黑][font=微软雅黑]信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程[/font][/font][/backcolor]
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[/align][align=center][font=黑体]实验二操作步骤[/font][/align][align=left][font=黑体]Step01:认识超声波传感器[/font][font=宋体][font=Calibri]URM09[/font][/font][font=黑体]，观察超声波传感器，识别[/font][font=黑体][font=黑体]三根引脚（[/font][font=黑体]A,+,-）[/font][/font][font=宋体][font=宋体]其中[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]是信号口，[/font][font=Calibri]+[/font][font=宋体]电源正极，[/font][font=Calibri]-[/font][font=宋体]电源负极。[/font][/font][/align][align=left][/align][align=left][font=黑体]Step02:连接电路：将超声波传感器插入实验箱P21、P22（如下图[/font][font=Calibri]①②[/font][font=黑体]）接口，具体连线如下图所示。[/font][/align][align=left]
[/align][align=left][font=黑体] [/font][/align][align=left][font=黑体]Step03:编写程序读取测距值。[/font][/align][align=left]（1）[font=宋体]环境部署：打开[/font][font=Calibri]mind+[/font][font=宋体]软件，在“官方库”选项卡中添加“行空板”，在“[/font][font=Calibri]pinpong[/font][font=宋体]”库中添加“模拟超声波测距传感器”。具体操作：点击扩展，切换到“[/font][font=Calibri]pinpong[/font][font=宋体]”库选项卡，选择“模拟超声波测距传感器”库。如下图所示。[/font][/align][align=left]
[/align][align=left]（2）[font=宋体]车位逻辑表：依据三个车位是否停放车辆，填写车位逻辑表如下（红[/font][font=宋体]—[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]；黄—[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]；绿—[/font][font=Calibri]C[/font][font=宋体]）[/font][/align][align=left]
[/align][align=left]（3）编写程序：超声波传感器指令如下[/align][align=left]
[/align][align=left][font=宋体]分别初始化两个超声波传感器如下所示[/font][/align][align=left]
[/align][align=left][font=宋体]依据上述逻辑表编写程序逻辑如下[/font][/align]
[align=left][font=黑体]Step04设计车位示意图，并完成屏幕显示。[/font][/align][align=left]（1）根据功能需求设计四种情况下的车位示意图。[/align][align=left]
[/align][align=left][font=宋体]（[/font][font=宋体][font=Calibri]2[/font][/font][font=宋体]）[/font][font=宋体]添加图片到文件系统中，拖过拖拽方式将四个车位文件拖拽到文件系统中，如下图所示。[/font][/align][align=left]
[/align][align=left][font=宋体]（[/font][font=宋体][font=Calibri]3[/font][/font][font=宋体]）[/font][font=宋体]程序中添加显示图片及更新图片指令，完整程序如下图所示。[/font][font=Calibri] [/font][/align][align=left]
[/align][align=left][backcolor=rgb(250, 250, 250)][font=微软雅黑][font=微软雅黑]信息科技实验（苏教版）——声音数据的采集及可视化[/font][/font][/backcolor][/align][backcolor=rgb(250, 250, 250)][font=微软雅黑][font=微软雅黑]信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程[/font][/font][/backcolor]
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