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[M10项目] 信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程

本帖最后由 hnyzcj 于 2024-12-2 11:10 编辑

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。
信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程图5

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。
信息科技实验（苏教版）——模拟倒车雷达工作过程图7

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。