1、综合实践活动：“阳光寻觅者”的制作 龙泉中学 杜艳梅 一、 教学目标 1、知识目标： 、了解 ROBOLAB 的编程环境。 、认识机器人软件 ROBOLAB，学会用 ROBOLAB 下载固件。 、掌握编写程序采集数据、上传数据并分析处理的方法。 2、能力目标： 、设计和搭建实验。 、学会编写机器人程序。 、ROBOLAB 固件下载及程序调试和数据分析。 3、情感目标： 、培养学生的观察能力、动手能力、创造能力，养成良好的思维习惯。 、培养学生对待知识的科学态度和辩证唯物主义观点。 、培养学生探索机器人的兴趣和科学精神。 二、教学重点、难点 重点：认识 ROBOLAB 的编程环境，理解固件与 R
2、CX 的关系。 难点： 、编写机器人程序； 、ROBOLAB 固件下载； 、程序调试和数据分析。 三、教学方法 以学生直接实践体验为主，辅以教师演示、启发、引导。 四、教学准备 乐高机器人套装、电脑、网络教室，机器人调试场地或模拟平台环境。 五、教学过程 1、 引入：大家知道，我们所使用的煤、石油、天然气，水能、风能、海洋能、生物 质能等都来自太阳能。事实上，地球上的一切能源都直接或间接使用的太阳能。太阳每秒 钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤。同时，太阳能又是一种对环境友好的，可再 生的取之不尽、用之不竭的能源。在当前世界能源紧张，各种能源价格飞涨的形势下，太 阳能无疑是最引人瞩目
3、的能源。 2、新课：预备实验太阳能小车 A B 图 15-1 太阳能小车 图 15-1A 是一辆太阳能小车，如果我们把它放在阳光下，至少是一盏台灯下，它就 能运动起来。我们看到小车本身没有能源，只是接了一块乐高太阳能电池板，由于乐高太 阳能电池板能把光能转换成电能。小车上的马达就是靠太阳能电池板提供电能的。 实验一 验证光具有能量。 把一只马达和太阳能电池板按图 15-1B 所示的方式连接起来，再用一盏台灯照射太 阳能电池板，观察马达会不会转动。试着转变灯光的方向，观察马达的转动情况。 我们看到在光的照射下马达转动起来了，但如果光线不是直射太阳能电池板，马达 转动会慢一些。 实验证明：光和太阳
4、都具有能量。 那么，我们能收集光能或太阳能吗？ 实验二 电容器能储存电能。 按如图 15-2A 所示将一只乐高电容器与一只马达连接，观察马达能否转动？如果按 图 15-2B 所示的方法，将乐高电容器与太阳能电池板连接（注意二者的“十” 、 “”极） ， 再用光线照射一段时间，再将电容器与马达相连，观察马达能否转动。 A B 图 15-2 电容器的放电和充电 我们看到原来不能使马达转动的电容器，通过与被光照射的太阳能电池板连接一定 的时间后，就能驱动马达转动了，这说明电容器能储存电能。实际上将太阳能电池板与电 容器连接以后，我们说太阳能电池板为电容器充了电；而把电容器与马达连接时，电容器 又放电
5、，将自身的电能转化为马达的机械能。 3、 “阳光寻觅者”的制作 实验目标 搭建一辆机器人小车，使它可以跟踪光线，并用太阳能电池板为电容器充电。当光 线的方向改变时，机器人小车可以自动找到新的光线最强的位置。 为了验证电容器已充电，实验后要求电容器能点亮小灯。 为了验证小车找到并停止在光线最强的位置，要求在小车寻找光线最强位置的过程 中，同时采集各个方向的光值；当小车停下时，液晶屏上显示这时的光值。实验后，将读 出的光值与采集到的数据集中的最大值比较，从而判断小车是否停在光线最强的方向。 如果这个目标能实现，那么我们的机器人就是一个能自动收集太阳能的阳光寻觅者。 如何实现目标 为方便改变小车行驶
6、方向，我们用两个马达搭建一辆后驱式小车。由程序控制小车 前行，用一个光电传感器检测太阳能电池板正对方的光值。当触动传感器被按下时，车辆 原地慢速转动一周，找出光线最强的光值。完成一周的扫描后，小车再次转动到光线最强 的方向上，停下等待太阳能电池板为电容器充电。在充电的过程中，如果外界光线方向改 变，机器人发现自己所对方向光值减小 2%，这时重新寻找新的光线最强的方向，并停下 继续为电容器充电，如此反复，收集太阳能同时将太阳能转变为电能储存起来。 搭建机器人小车 图 15-3 是阳乐寻觅者的参考搭建。也许你有更妙的搭建方法。提醒，注意太阳能电 池板与电容器的正负极。 图 15-3 阳光寻觅者 4
7、、 赋予“阳光寻觅者”智力 聪明的阳光寻觅者的智力是我们赋予的。下面我们直接进入发明家级别的编程级别 5，为阳光寻觅者编写程。 研究者级别编程等级 5 编程等级 5 是研究者级别的最高编程级别， 这里包括了全部的控制、运算和数据采集 与分析处理的全部功能。 （1） 当我们进入研究者级别，建立一个新项目“阳光寻觅者” ； （2） 在编程工作区菜单中选择“Program Level 5”，进入如图 15-4 所示的编程等级 5； 图 15-4 编程等级 5 （3） 点击编程工作区的箭头，开始编程； （4） 点击功能面板中的“数据采集和马达”按钮 ，打开“数据采集和马达” 功能面板，它包括了所有马达
8、和灯的控制，传感器的数据采集等功能图标。 如图 15-5 所示，是研究者编程等级 5 的编程区、功能面板和工具面板，它与编程者 点击这里开 始编程 中的发明家级别 5 的编程环境类似，只是功能更强了。 图 15-5 编程等级 5 编程区 简单的数据采集程序 在每一个数据采集程序中，至少包括以下三个工作： （1） 初始化传感器 ； （2） 开始采集数据 ； （3） 停止采集数据 它们对应的功能图标在功能面板（以后我们说到功能面板，在没有特别指明的情况 下，都是指如图 15-5 所示的 “数据采集的马达”功能面板）的 “研究者”子面板中，如图 15-6 所示。 图 15-6 与数据采集相关的“研究
9、者”子面板 请用鼠标探测一下图 15-6 中各图标的功能。 例如：图 15-7A 程序功能是：初始化 1 号端口的光电传感器，指明采集的数据保存 在红色数据集中；开始采集，以每隔 1.5 秒采集一次的速度采集；一共采集 10 次后停止采 集。 图 15-7B 程序功能是：初始化安装在 1、2 端口上的温度和光电传感器，指明采集的 数据分别存放在红色和蓝色的数据集中；开始以 1 秒钟一次的采集速度采集；一共采集 20 次。 A B 图 15-7 简单地数据采集程序 程序中除初始化传感器、开始、停止采集图标外，其它的图标均可以在“修饰量” 子面板或“等待” 子面板中找到。 学习了如何为带数据采集的
10、机器人编写程序后，下面我们为阳光寻觅者编写程序。 阳光寻觅者程序 图 15-7 阳光寻觅者程序 程序说明： （1） 开始，初始化 1 号输入端口的光电传感器，将采集数据保存在红色数据集中； （2） A、C 马达前进，当按下 3 号输入端口的触碰传感器后，开始采集，采集时 间间隔为 0.05 秒，同时 C 马达反转， “阳光寻觅者”原地转动。 （3） 设置红色着陆点并对红色容器和计时器清零； （4） 接下来的一段程序非常重要。图标 表示循环开始，循环条件是，计时器 小于 20 秒则执行循环体内图标， 表示循环结束。循环 20 秒是保证 “阳光寻觅者”原地转动一周； （5） 循环体内图标：判断 1
11、 号输入端口的光电传感器测得的光值，是否大于红色 容器的值，如果大于，则将 1 号光感测得的光值赋给红色容器，并在 LCD 屏 上显示这个光值，反之不作任何处理。可见循环程序的功能就是测出 3600 范 围内阳光最强的光值； （6） 下一个图标 是等待“阳光寻觅者”再次转到阳光最强的方向。当找到这 个方向时，结束采集，小车停止。此时太阳能电源板聚集太阳能，并转化为 电能，再对电容器充电储存电能； （7） 一天当中太阳在转动，当光线改变，光值降低 2%时，恢复数据采集，同时 小车再次转动，程序跳转到着陆点，再次寻觅阳光最强的方向。 注意，小车寻觅阳光与同时采集光值没有直接关系，采集光值是为了分析、判断小车 是否停在光线最强的方向。 5、.开始试验，验证结果 1将程序下载到 RCX 内存中，运行程序，同时观察 RCX 显示屏，记下小车停止时 的光值。此时的光值为 。 2手动改变小车的位置和方向，或者是光源的方向，观察小车能否重新寻觅阳光。 3将 RCX 采集的数据上传到计算机中，查看光值变化曲线； 4在比较和查看工作区，查出采集的数据集中，最大的光值。 5比较数据集中的最大值与小车停止时显示屏上显示的光值是否一致，如果不一致 分析其原因； 6 用电容器为一盏小灯供电，观察小灯是否被点亮。 实验结论： 。 你一定还有别的方法搭建一个自己的“阳光寻觅者” ，不妨动手试试。
