《智能機器人與傳感器》教案課程單元設計08 - 接近覺（超聲波測距傳感器）

PAGEPAGE2《傳感器技術(shù)與應用》一、教案頭本次課標題：感知相關(guān)--超聲波距離傳感器授課班級16電子信息3-1上課時間課時：2上課地點知行樓5-413教學目標能力（技能）目標知識目標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、會指定測試方案來測定距離的準確性，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間差(T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半)。2、熟練掌握超聲波測距在機器人上的應用：避障以及協(xié)助定位物體在三維空間的位置信息3、熟練掌握實驗的硬件搭建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)計方法能力訓練任務及案例任務1：采用遠程網(wǎng)絡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2：啟動并使用編輯器nano,輸入一個python測距程序，并存盤；任務3：調(diào)試并執(zhí)行此python程序任務4：測試得到距離的準確性，進行統(tǒng)計分析測量結(jié)果的可靠性，并用例如Excel等工具繪制誤差統(tǒng)計圖參考資料【1】郭彤穎，張輝，《機器人傳感器及其信息融合技術(shù)》，化學工業(yè)出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月【2】賈海瀛,《傳感器技術(shù)與應用》，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】樹莓派實驗室：/二、教學設計步驟教學內(nèi)容教學方法教學手段學生活動時間分配告知（教學內(nèi)容、目的）1.介紹超聲波測距模塊的原理、距離計算及模塊的使用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)計方法教師主講及實物演示多媒體聽講解5分鐘引入（任務項目）超聲波測距模塊是許多機器人的標配。根據(jù)機器人相機看到的事物，測量物體表面到機器人的距離。此距離數(shù)值用于機器人接近（或遠離）物體的參考，或者使用機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機能使用樹莓派并對超聲波測距模塊進行控制2.編輯python程序并存盤、調(diào)試程序的正確性上機指導上機實操25分鐘深化（加深對基本能力的體會）講解多次測量求誤差的方法，并學會使用類似Matlab或者Excel等繪制誤差的統(tǒng)計分布圖。教師主講上機指導實際操作演示指導+實操12分鐘歸納(知識和能力)通過學習在樹莓派上使用python對超聲波測距模塊進行編程。讓學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的端口（2）使用一些python庫進行程序編寫（3）結(jié)果輸出師生互動小組討論討論小組討論5分鐘訓練鞏固拓展檢驗讓學生結(jié)合上節(jié)課點亮LED等程序，結(jié)合超聲波測距模塊，當手與測距模塊距離小于10cm時，點亮LED燈。當手離開時熄滅。師生互動實際操作演示指導+實操20分鐘總結(jié)機器人所具有的特點是模仿人類的特點而來的。對于距離的估計，剛靠看是不能得出的，還得結(jié)合使用經(jīng)驗來具體判斷距離的估計值。而超聲波測距，也是對距離的一種估計。在有一定精度要求的情景下應用，需要對估計值進行