《第三节 无人驾驶智能小车 程序设计与实践》名师教案.docxVIP

学而优教有方

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第三节无人驾驶智能小车程序设计与实践

一、教材分析

（一）内容分析

本节是在机器人上安装三个具有精确测距功能的超声波测距传感器，通过检测机器人小车左前方、正前方、右前方距障碍物的距离值，用程序设计的方式实现自动避障功能。这辆小车更确切的名称应该是无人驾驶自动避障智能小车。

（二）教学目标

（1）通过实践活动，在小车上加装测距传感器，掌握使用超声波测距传感器和红外测距传感器设计无人驾驶智能小车程序的方法。

（2）通过测试测距传感器的数据和查找资料的方式，理解测距传感器原理，及其程序模块的使用技巧与参数设置技巧。

（3）通过程序设计和机器人的运行实践活动，让学生了解无人驾驶小车C语言代码程序及参数的含义。

（三）教学重点和难点

1.教学重点

使用超声波测距传感器及其程序模块完成无人驾驶智能小车程序设计与调试的方法。

2.教学难点

超声波测距传感器及其程序模块的使用技巧与参数设置。

二、学情分析

学生在经过仿真学习和真实机器人巡线程序设计实践后，他们的编程水平都会得到大幅度的提高。本节再来学习用超声波测距传感器和红外测距传感器进行无人智能车的程序设计，从学生的认知能力来说，不存在障碍。但是，学生之前学习红外测障传感器，返回值是数字量，而这节学习的超声波测距传感器和红外测距传感器返回值是模拟量，二者间是有差别的。因此，在教学中需要教师在这方面进行启发引导，发现返回值的变化，提示这一变化的实质。

三、教学建议

（一）课前准备

设备：按分组情况准备好若干套鲸鱼机器人，即搭建好的巡线小车，每个小组外加三套超声波测距传感器。

学生：预习本节内容，了解鲸鱼机器人编程软件。

教师：提前准备好鲸鱼机器人编程软件安装包AIModuleSetup.exe，本校自制的无人驾驶避障场地；自己录制或网上下载无人驾驶（避障）短视频（包括比赛视频），或介绍无人驾驶的短视频，以便导入新课时使用。

（二）过程设计

1.创设情境，导入新课

本节可以采用无人驾驶（避障）短视频导入新课，也可以采用介绍无人驾驶的短视频导入新课。

2.超声波测距传感器安装与调试传感器

教材详细介绍了超声波测距传感器的性能与用法，从实物照片开始认知学习，再到程序模块性能、功能学习，最后学习超声波测距传感器具体安装位置及电缆线插座的接口名称。

（1）实践活动1：本实践活动是让学生用超声波测距传感器设计程序，分别在屏幕上显示出超声波测距传感器检测返回的数值。学生设计程序时，超声检测程序模块中的变量名称设置较容易出错，教学中要在这方面进行加强。

（2）思考与探索：本部分教学是让学生通过“实践活动1”设计完成的程序，通过场地障碍物来观察、探索这一检测数值及变化规律，填写本“思考与探索”的练习题。本部分教学要注意：不要把超声波传感器检测返回的数值以结论性的数据及变化规律告诉学生，要让学生自己动手去研究、探索、观察、记录传感器检测返回数值及变化规律。

3.无人驾驶智能小车的程序设计与场地试验

（1）实践活动2：无人驾驶智能小车程序设计，因为没有用到巡线模块库的程序模块，因此程序最前面的模块就应该是“反转电机”模块，而且不用巡线模块库的话，只能用“反转电机”模块把右电机进行反转设置。

之后，可以设计避障程序了。在设计程序中，仍然用到三个超声变量，超声变量名称设置容易出错，教学中要想办法进行突破。

（2）练习提升：本部分是把“实践活动2”的超声波测距传感器换成另一种红外测距传感器，让学生体验用不同的测距传感器设计程序实现避障无人驾驶任务。通过“练习提升”活动掌握不同测距传感器的性能。

四、实践活动指导

1.实践活动1

解析：

按教材图5-3-1正确安装超声波测距传感器到相应的控制器接口，参考教材中的流程图程序和标准C语言代码程序，设置程序中各模块的参数，之后把设计好的测试程序下载到机器人中，启动程序。按要求移动机器人并认真观察返回值，做好数值的记录工作。

2.实践活动2

解析：

本实践活动是让学生根据教材上的流程图程序和代码程序，在教师的引导下，自己动手设计程序，体验无人驾驶小车的实践活动。

课堂中不要求学生设计创新程序，只要求学生在听懂、读懂程序的基础上，仿照教材中例题来完成程序的设计、下载、运行。

如果机器人顺利完成避障，实现无人驾驶就完成了本实践活动的任务。如果机器人避障存在问题，需要观察、分析是哪个方向避障出现了问题。之后要查找程序：程序模块用得对吗？参数设置的对吗？还要逐行对照代码程序，找到代码错误的地方，再去设置流程图程序中的参数。

五、思考与探索参考答案

调整超声波测距传感器与前方障碍物之间的距离，观察值的变化情况。

解析：

第1题：距障碍物越近，采集到的数值（越小)；距障碍物越远，采集到的数