《第13节 智能马桶（二）—传感器、控制器与执行器》精品教案.docxVIP

学而优教有方

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第13节智能马桶（二）—传感器、控制器与执行器

【学习目标】

1、了解红外传感器原理及应用。

2、学会给智能马桶添加久坐提醒功能并编写程序、调试完善功能。

【教学重点】

学会给智能马桶添加久坐提醒功能并编写程序、调试完善功能。

【教学难点】

学会给智能马桶添加久坐提醒功能并编写程序、调试完善功能。

【教学过程】

导入新课

前面我们学习了制作智能马桶，实现了自动打开马桶盖与马桶圈，是不是还可以有其他功能？比如：自动清洗、具有按摩效果和促进血液循环等功能。我们是不是可以增加一些个性化的功能呢？这节课我们来试一试。

讲授新课

活动任务

使用者久坐马桶不利于健康，试着给智能马桶添加久坐提醒功能,完善智能马桶项目。

提出问题

(1)常见马桶的使用不便之处有哪些？

(2)智能马桶根据什么条件判断是否需要执行马桶盖打开与关闭

(3)智能马桶如何实现久坐提醒功能？

活动建议

智能家居是基于物联网的智能应用，系统结构通常包含三部分：用于感知环境的传感器、用于判断逻辑的控制器、用于执行命令的执行器，如同人类的感知器官、大脑、手脚。

传感器包括按钮传感器、人体红外传感器、光线传感器等；micro:bit主控板就是控制器；执行器包含LED灯、舵机等。

完善的智能马桶作品，也可以从这三个方面进行考虑，并具体实现。

首先，从需求分析入手，设计规划整体项目；其次，从实际出发选择器件；最后，依据设计，不断调整、完善项目。

活动过程

一、工作规划

为了实现智能马桶的各种功能，可参考如下工作过程:

1.智能马桶的功能设计与电子元器件选型；

2.使用顺序图和程序流程图进行智能马桶系统设计；

3.使用乐高零件与其他电子元器件完成马桶结构的搭建；

4.根据顺序图和程序流程图完成智能马桶的程序设计；

5.调试程序，判断程序的合理性；

6.分享作品，发现不足，进行修改调整和高级创作。

二、需求分析、功能设计与电子元器件选型

1.需求分析

卫生间的马桶是否有用户使用不方便等问题？如何解决这些问题呢？请把这些问题和解决办法记录在传统马桶问题记录表中。

2.功能设计和电子元器件选型

根据传统马桶问题记录表整理的问题和解决方法，我们选择两个问题作为智能马桶的功能进行设计。设计时既要考虑功能实施的效果，也要考虑实现功能的电子元器件选型。

问题一：使用马桶时，弯腰抬起马桶盖或马桶圈，对于老年人或残疾人很不方便。

问题二：使用马桶时，久坐对身体不好。

回想实现智能门铃和智能照明时的设计方法，根据问题设计功能的细节,根据功能实现进行电子元器件选型。

针对智能马桶的这两个问题，进行设计方案的构思，将设计方案填写在功能设计表中。

三、绘制顺序图和程序流程图，完成系统设计

智能照明活动中的顺序图呈现了系统各部分之间的相互关系，能够帮助我们以清晰的思路进行系统搭建。

在智能马桶的设计中，我们继续按传感器、控制器、执行器三类电子元器件的关系完成顺序图的绘制，要体现出解决功能设计表中两个问题的系统模块间的信息交互。

请你使用纸和笔，将智能马桶交互顺序图绘制完善。

理清系统不同模块的信息交互关系后，开始进行程序设计。

根据三种结构流程图示例，自主完成对马桶翻盖和久坐提醒程序的流程图绘制。

四、智能马桶的结构设计

为了更好地呈现智能马桶作品，需要设计一个类似马桶的结构，用于展示智能马桶具备的诸多功能。

为了便于结构搭建，选择使用乐高零件，并安装与乐高插口兼容的micro:bitgeek舵机。

智能马桶包含以下部分：马桶基座、马桶盖、马桶圈、分别驱动马桶盖和马桶圈的两个micro:bitgeek舵机和马桶水箱。

使用乐高零件和micro:bitgeek舵机完成结构搭建。

由于Robotbit扩展板上有乐高插孔，可以在水箱上预留插接Robotbit扩展板的位置,将扩展板安装在水箱上。

如果还有其他电子元器件需要安装，如红外避障传感器，也需要预留插接位置。

红外避障传感器

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类，按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。

红外避障传感器工作原理

利用物体的反射性质，在一定范围内，如果没何障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。

如果右障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调完成躲避障碍物动作。

想一想

智能马桶结构设计中使用了两个舵机，分别连接马桶盖和马桶圈，你能明白这两个舵机的用途吗？

议一议

结构中使用了两个红外避障传感器，你能明白这两个传感器的用途吗？把你理解的用途填写在下表中。

试一试

两个舵机和两个红外避障传感