Конспект занятия по теме Виды датчиков. Датчик звука назначение, способы крепежа

Тема: «Виды датчиков. Датчик звука назначение, способы крепежа»

Подлесных Елена Викторовна, МБОУ ДО Дом детского творчества, педагог дополнительного образования, учитель информатики и ИКТ МБОУ «СШ №17», ЯНАО, г. Новый Уренгой

Предмет (направленность): робототехника (научно-техническое творчество).

Возраст детей: 11 - 15 лет

Место проведения: класс.

Цели занятия:

Ввести понятие «датчик» (сенсор) Lego Mindstroms NXT, познакомить обучающихся с принципом работы датчика звука и способами его крепежа.

Задачи:

Образовательные: Сконструировать и запрограммировать базовую модель робота с использованием датчика звука.

Развивающие: развитие абстрактного и логического мышления, умения ориентироваться в пространстве, развитие мелкой моторики, развитие навыков работы с браузером и Google-формами

Воспитательные: Формировать навыки бережного отношения к собственным вещам и школьному имуществу

Форма занятия - групповая (практическая работа)

Оборудование:

компьютеры, проектор;

Лего-конструкторы Mindstroms NXT 2.0; ПК с установленной средой программирования ПервоРоботNXT 1.1.

План занятия:

I.                    Организационный момент

II.                 Изучение нового материала

III.              Практическая работа №1: «Калибровка датчика звука. Восстановление заводских значений датчика»

IV.              Практическая работа №2: «Программирование робота»

V.                Испытание робота

VI.              Рефлексия

VII.           Итоги занятия

Ход занятия:

I.         Организационный момент

Рассадка, подготовка конструктора и организация рабочего места. Напоминание правил техники безопасности.

II.      Изучение нового материала

Слайд №1.

Добрый день! Сегодня на занятии мы продолжим изучать принципы работы датчиков MINDSTORMS NXT. И датчик, о котором пойдет речь - это датчик звука.

Вопрос: Давайте вспомним, что же такое датчик (сенсор)?

Ответы обучающихся:

Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Вопрос: А как вы думаете, для чего нужен датчик звука?

Ответы обучающихся:

А давайте поближе познакомимся с этим сенсором!

1.      Датчик звука (sound sensor) Слайд №2.

Датчик звука (или просто микрофон) измеряет уровень громкости звукового сигнала в (децибелах) dB и dBA. Для справки, dBA - звуки дипазона 20-20000 Гц, воспринимаемые ухом человека, dB - весь дипазон, включая инфразвук и ультразвук. Максимальное звуковое давление, которое может измерить датчик, - около 90 dB, что соответствуюет громкости газонокосилки. Показания датчика звука выражаются в процентах [%] от максимальной громкости, которую он способен зафиксировать. Для сравнения уровень 4-5% соответствует фоновому шуму жилой комнаты, 5-10% - разговору на небольшом отдалении, 10-30% - разговору в непосредственной близости от микрофона. Наконец уровень 30-100% соответствует крику или громкой музыке. Измерения проводятся, когда микрофон находится на расстоянии 1 м от источника звука. 2.      Режим просмотра (View) Проверить датчик звука можно в режиме Просмотра. Подсоедините датчик ко входу 2 NXT. Перейдите в режим Просмотра (View) и выберите иконку Sound dB. Выберите порт 2. Издавайте звуки в микрофон и наблюдайте за показаниями датчика на экране дисплея. Попробуйте исследовать на предмет громкости окружающие вас источники звука.   Добавив в конструкцию робота датчик звука, вы можете сделать так, чтобы робот изменил поведение при активации датчика.

3.      Калибровка датчика звука. Слайд №3-4

Условия внешней среды могут повлиять на чувствительность датчиков, поэтому очень важно откалибровать эти датчики к конкретной обстановке (к зашумленности) для более эффективной работы.

 Есть два способа для калибровки звукового датчика с помощью программного обеспечения MINDSTORMS NXT.

 Первый заключается в использовании функции калибровки датчиков из меню Tools. С помощью этой функции, можно откалибровать датчик, используя специальную утилиту MINDSTORMS NXT  (не используя вашу программу). Например, если вы посещаете соревнования LEGO MINDSTORMS NXT или изменили внешние условия, вы можете откалибровать датчик один раз (у себя на столе) и вам не придется беспокоиться о калибровке каждый раз, когда вы запустите программу.

 Второй вариант для калибровки включает в себя использование нескольких блоков калибровки в вашей программе. Каждый раз, когда вы запускаете программу, эти блоки будут калибровать датчики для текущих условий.

III.             Практическая работа: «Калибровка датчика звука. Восстановление заводских значений датчика»

 Сегодня мы рассмотрим первый вариант калибровки, используя функцию калибровки датчиков.

1.      Калибровка датчика

 Чтобы использовать эту функцию, сначала убедитесь, что ваш NXT подключен к компьютеру, и что он включен. Кроме того, убедитесь, что датчики, которые вы хотите калибровать подключены к NXT. Обратите особое внимание на порты, к которым они подключены. После проверки выберите функцию калибровки датчиков в меню Tools. При этом появится диалоговое окно "Калибровка датчиков". Если Lego NXT не подключен к компьютеру, диалоговое окно будет неактивно.

Выберите датчик звука ("Sound Sensor") и укажите, к какому порту подключен датчик. Затем нажмите на кнопку Калибровка ("Calibrate"). После этого в контроллер NXT будет загружена программа для калибровки датчика, она запустится автоматически.

 На экране NXT  вы увидите текст: "Минимальное значение". Создайте для датчика условия, соответствующие минимальному уровню шума. Нажмите оранжевую кнопку "Enter" на NXT.

 Далее вы увидите текст: "Максимальное значение". Создайте для датчика условия, соответствующие максимальному уровню шума.  Нажмите оранжевую кнопку "Enter" еще раз.

 Калибровка завершена. 

Примечание:

·           Значения калибровки  устанавливаемые с помощью функции калибровки датчиков могут быть перезаписаны. Самая последняя калибровка будет иметь преимущество. Калибровка будет оставаться в силе, пока вы не перекалибруете или не сбросите их.

·           после завершения процесса калибровка будет работать для конкретного датчика независимо от того, какой порт вы подключаете. Если вы проводили калибровку датчика звука на порту 3, калибровка останется в силе, даже если вы переключите датчик на порт

2.      Восстановление значений калибровки по умолчанию

 Если вы хотите вернуться к заводским значениям калибровки,  "по умолчанию", следуйте инструкциям ниже:

1.      Во-первых, включите NXT, и подключите его к компьютеру.

2.      Выберите калибровки датчиков - пункт меню "Tools". Появится диалоговое окно "Калибровка датчиков" ("Calibrate Sensor").

3.      Выберите датчик, которому нужно восстановить заводские настройки и нажмите  кнопку "По умолчанию" (Default).

3.      Сборка базовой модели робота и крепеж датчика звука. Слайд №5-33

Мы откалибровали датчик, теперь можно приступить к сборке базовой модели робота и к установке на нее датчика звука.

Для создания базовой модели воспользуемся инструкцией:

Презентация (Слайды № 5-33)

Производим крепеж модуля звука Слайд №34-35

IV.             Практическая работа: «Программирование робота»

Мы создали автономного робота на базе трёхколёсной тележки и оснастили его датчиком звука, теперь можно перейти к программированию робота.

1.      Обнаружение звука. Слайд №36-38

Первая задача, которую должен выполнить робот – это остановка после превышения порогового значения уровня звука.

То есть робот, продолжая движение, должен ожидать наступления  определенного события-превышения уровня громкости, после чего должен остановиться.

Для решения данной задачи сначала заставим робота двигаться. Для этого выполним шаги 1-2.

1.  2.

Теперь необходимо заставить робота  ожидать превышения порогового значения уровня громкости (за пороговое значение мы принимаем среднее арифметическое между минимальным и максимальным значениями).

Для этого выполним шаги 3-4 (используем блок ОЖИДАНИЕ)

3.  4.

После того как произойдет превышение уровня громкости, робот должен выполнить полную остановку. Шаги 5-6

5.  6.   7.

После программирования робота нужно загрузить алгоритм в блок NXT, выполнив шаг 7.

2.      Управление по звуку. Слайд №39-41

Следующая задача, которую нам предстоит решить - это «управление по звуку».

Необходимо составить программу, которая будет управлять направлением движения робота с помощью датчика звука. В данной программе используется блок-переключатель (условие). Если уровень звука превышает 50, то робот должен двигаться назад, если не превышает, робот должен двигаться вперед.

Для решения данной задачи выполним шаги 1-8.

1.  2.

3.  4.           

5. 6.          

7.  8.

После окончания работы над программой ее необходимо загрузить в микроконтроллер  (шаг 9), теперь робот готов к испытаниям.

9

V.                Испытания робота.

Обучающиеся проводят испытания собранной и запрограммированной модели.

VI.             Рефлексия. Слайд №42

Ответы на вопросы Google-формы

https://docs.google.com/forms/d/13om2oZgBWB3ZM08fRq7dE_elgvaRzZbBanEiQlI8-ZM/viewform

VII.          Итоги занятия

В ходе занятия вы научились использовать свойства датчика звука для решения различного рода задач. Предлагаю вам ответить на вопрос: существует ли возможность улучшить параметры ваших роботов? И как это можно сделать?

Ответы обучающихся:

 Приведите примеры возможного использования свойства датчиков звука в других областях науки и техники, на производстве и в быту.

Ответы обучающихся:

Знания и навыки, которые вы получили на занятии, будут способствовать быстрому пониманию принципов работы сложных механизмов и способов управления техническими устройствами.

Слайд №43 Спасибо всем за активную работу!

• 1 слайд

  Тема:
  «Виды датчиков:
  датчик звука назначение, способы крепежа»
  Автор:
  Подлесных Елена Викторовна
  учитель информатики и ИКТ МБОУ «СШ №17»,
  педагог дополнительного образования
  МБОУ ДО Дом детского творчества
  

• 2 слайд

  Датчик звука
  Датчик звука
  (или просто микрофон) измеряет уровень громкости звукового сигнала в (децибелах) dB и dBA.
  

• 3 слайд

  Калибровка сенсора
  

• 4 слайд

• 5 слайд

  Сборка
  основного модуля
  

• 6 слайд

• 7 слайд

• 8 слайд

• 9 слайд

• 10 слайд

• 11 слайд

• 12 слайд

• 13 слайд

• 14 слайд

• 15 слайд

• 16 слайд

• 17 слайд

• 18 слайд

• 19 слайд

• 20 слайд

• 21 слайд

• 22 слайд

• 23 слайд

• 24 слайд

• 25 слайд

• 26 слайд

• 27 слайд

• 28 слайд

• 29 слайд

  Сборка
  модуля звука
  

• 30 слайд

• 31 слайд

• 32 слайд

• 33 слайд

• 34 слайд

  Крепеж
  модуля звука
  

• 35 слайд

  Добавьте датчик звука нашему роботу и подключите его в порт № 2
  

• 36 слайд

  Программирование
  «Обнаружение звука»
  

• 37 слайд

  1
  2
  3
  4
  

• 38 слайд

  5
  6
  7
  

• 39 слайд

  Программирование
  «Управление по звуку»
  

• 40 слайд

  1
  2
  3
  4
  

• 41 слайд

  5
  6
  7
  8
  9
  

• 42 слайд

  Рефлексия
  https://docs.google.com/forms/d/13om2oZgBWB3ZM08fRq7dE_elgvaRzZbBanEiQlI8-ZM/viewform
  
  Заполните карту
  эффективности занятия
  

• 43 слайд

  Спасибо всем за активную работу!