全国青少年机器人等级考试四级课件

1、空白演示Speaker name and title here全国青少年机器人等级考试四级普惠课程机器人基础技术教学系列目录Goodmaker创客工作室06舵机的使用07超声波之迎宾招财猫08遥控小灯09按键调档风扇四级考试纲要前言知识点：10超声波调档风扇11红外遥控变速风扇12红外遥控摇头风扇13人工闸道14超声波自动闸道15智能小车拼搭16红外自动避障车17仿扫地机悬崖躲避车18巡线小车19红外遥控小车实操搭建：01舵机的介绍02超声波的介绍03红外遥控器的介绍04红外传感器的介绍05电机的介绍实操搭建：器件介绍Goodmaker创客工作室01舵机的介绍舵机是一种精确定位角度的执行器。舵

2、机由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成。在微机电系统和航模中舵机常用作基本的输出执行机构。舵机类库舵机工作电压：3.5-6V转动范围：0-180扭矩：1.6N.m（电压4.8V时）舵机有三个杜邦线母口接口，含义分别如下：褐色连线：GND红色连线：VCC黄色连线：信号端什么是Arduino类库呢？Arduino类库是操控特定硬件的源程序代码的集合。在Arduino程序中，直接调用类库中封装的功能函数，就可以直接使用该硬件。有了类库，就可以忽略硬件复杂的底层操作，把更多的精力放到创意中去。Arduino类库从安装方式分为三类： 核心库，例如Serial库 软件安装自带库，例如Servo库等

3、 外部库，例如IRemote库等类库一般由四个部分组成： 实现类库功能的源代码文件，该文件为C+，后缀为.cpp 类库的头文件，为.h文件后缀的头文件。头文件定义了类库的数据和成员函数。 示例文件，是演示类库的使用方法，一般放置在类库文件的examples文件夹里。它可以通过选择菜单“文件”“示例”，然后选择相应类库的示例文件即可。 keword.txt文件，用于描述类库给Arduino词汇表添加了哪些新的关键词，这样在ArduinoIDE里输入库的名称或功能函数时，就会显示为彩色字体。外部库的安装。外部库有两种发布方式，常用的发布方式为.zip压缩包，另一种发布方式为库源文件。类库的使用。系

4、统安装自带库和外部库的使用方法一样，使用时遵循如下三个步骤。 引用库的头文件 定义库对象 使用库函数示例程序# include /导入库的头文件Servo myServo; /新建一个舵机对象myServoconst int servoPin = 12; /设置舵机的连接引脚为12const int potPin = A0; /设置电位器的连接引脚为A0void setup() /必备函数 只执行一次，通常放置程序的初始化语句 myServo.attach(servoPin); /舵机库功能函数，该函数功能是告诉arduino将定义的舵机对象myServo连接引脚9void loop() /必

5、备函数 在程序运行时，往复执行，通常放置主执行程序 int angle = analogRead(potPin); angle = map(angle,0,1023,0,180); /舵机库功能函数，该函数功能是设定舵机旋转角度，角度范围0-180 myServo.write(angle); delay(100);注释说明：红色本节需掌握，蓝色机器人考级4级基础知识，黑色示例说明器件介绍Goodmaker创客工作室02超声波的介绍超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波接收到触发信号后，模块自动发出8个40kHz的方波，同时开始计时并自动检测是否有信号返回，通过记录超声波从开始发

6、送到接收到回波的时间间隔，来判断前方障碍物的距离。搭设说明工作电压：5V有效探测距离：2mm-2.5m感应角度范围：15超声波转接板的作用是为了便于连接和固定超声波传感器。超声波有四个引脚，分别如下：GND、VCC、Trig（触发引脚）、Echo（接收引脚）先将超声波传感器连接到转接板；然后用4P数据线将转接板和主控板相连接； VCC连接到主控板的5V引脚 GND连接到GND引脚 Echo连接到引脚2 Trig连接到引脚3示例程序const int TrigPin = 3; /超声波的触发引脚连接引脚3const int EchoPin = 2; /超声波的接收引脚连接引脚2int dista

7、nce; /定义全局变量，保存距离void setup() /必备函数 只执行一次，通常放置程序的初始化语句 Serial.begin(9600); pinMode(TrigPin,OUTPUT); pinMode(EchoPin,INPUT);void loop() /必备函数 在程序运行时，往复执行，通常放置主执行程序 digitalWrite(TrigPin,LOW); /使发出超声波信号接口低电平2us（微秒） delayMicroseconds(2); digitalWrite(TrigPin,HIGH); /使发出超声波信号接口高电平10us，至少10us delayMicrose

8、conds(10); digitalWrite(TrigPin,LOW); /保持发出超声波信号接口低电平 distance = pulseIn(EchoPin,HIGH) ; /系统内建函数，用来读取一个引脚的脉冲（HIGH或LOW）时间 distance = distance / 58; /将脉冲时间转化为距离（单位：厘米） Serial.print(distance); /串口输出变量值 Serial.println(“cm”); delay(100);注释说明：红色本节需掌握，蓝色机器人考级4级基础知识，黑色示例说明超声波扩展知识距离换算中的58是如何推导而来的呢？ 声音在空气中的速度

9、约340m/s=0.034cm/us 如果测距脉冲宽度是x微秒，距离：0.034*x=0.017*t 1/580.017pulseIn（）函数的用法：pulseIn(pin,value,timeout);pin：要进行脉冲计时的引脚号value：要读取的脉冲类型（HIGH或LOW）timeout：可选，指定脉冲计数的等待时间，单位us， 默认值是1s返回值：脉冲时长，单位us，如果超时返回0器件介绍Goodmaker创客工作室03红外遥控器组件的介绍红外遥控组件分别由红外遥控器和红外接收模块两部分组成。红外遥控器将按键的编码值发送到红外接收器模块；红外接收器模块接收遥控器的编码值，并将编码值传

10、送给主控板。红外遥控模块对应的红外库为IRremote。该库能接收Sony、飞利浦、NEC和其他品牌的遥控器信号。红外接收器有三个引脚，分别如下：GND、VCC、DO红外遥控器：红外遥控器上的每一个按键都有各自的编码，按下按键后，遥控器就会发送对应编码的红外波。红外遥控器有多种编码方式，最常见的红外遥控器大多使用NEC编码。红外接收模块：红外接收模块由红外接收头组成，红外接收头是一个一体化的红外接收电路，包含了红外监测二极管、放大器、滤波器、积分电路、比较器等。其功能是接收红外信号并还原成发射端的波形信号。红外接收器接收38kHz左右的红外信号。红外遥控器红外接收模块获取红外编码通过简单的代码

11、，打印串口查看遥控中的数字1,2键分别对应的是怎样的串码？通过串口代码我们可以得知：遥控器中的数字1键，对应的是：FFA25D遥控器中的数字2键，对应的是：FF629D示例程序# include /引入红外函数库const int ledPin = 2; /定义led灯信号引脚const int irPin = 12; /定义红外接收器信号引脚IRrecv irRecv(irPin); /声明一个红外遥控对象irRecv，并初始化引脚为常量irPindecode_results results; /声明一个用于存储接收红外按键值的变量，名为resultsvoid setup() /必备函数 只

12、执行一次，通常放置程序的初始化语 pinMode(ledPin,OUTPUT); irRecv.enableIRIn(); /启动红外接收功能 enableIRln()红外类库的成员函数：功能是初始化接收器 Serial.begin(9600); /初始化串口波特率为9600void loop() /必备函数 在程序运行时，往复执行，通常放置主执行程序 if(irRecv.decode(&results) /接收红外数据并赋值给results decode()红外类库的成员函数：如果有数据返回true Serial.println(results.value,HEX); /将results的值

13、以十六进制输出 switch() case 0 xFFA25D; /如果接收到信号是遥控器的数字1，点亮led灯 digitalWrite(ledPin1,HIGH); break; case 0 xFF629D; /如果接收到信号是遥控器的数字2，熄灭led灯 digitalWrite(ledPin1,LOW); break; irRecv.resume(); 注释说明：红色本节需掌握，蓝色机器人考级4级基础知识，黑色示例说明器件介绍Goodmaker创客工作室04红外传感器的介绍红外传感模块由红外发射管、红外接收管及整形放大电路组成。其工作原理是：利用红外线对颜色的反射率不一样，将反射信号

14、的强弱转化为电压信号。红外发射管发射光线到路面，红外光遇到白色则被反射，接收管接收到反射光，经整形电路后输出低电平；当红外光遇到黑线时则被吸收，接收管没有接收到反射光，经整形电路后输出高电平。工作电压：3.3-5V检测反射距离：10-150mm红外传感器有三个引脚，分别如下：GND、VCC、DO（数字引脚）数字值可通过蓝色十字旋钮调节敏感度示例程序const int trackLeft = 11; /左侧红外传感器DO连接引脚11const int trackRight = 10; /右侧红外传感器DO连接引脚10ini intSpeed = 110; /设置小车运行的初始速度void loo

15、p() lineTrack(); /运行巡线函数/*/ 功能：巡线模式/ 参数：无/*void lineTrack() intleftValue = digitalRead(trackLeft); /读取左侧引脚值 intrightValue = digitalRead(trackRight); /读取右侧引脚值 analogWrite(leftSpeed,intSpeed); /设定左侧马达的速度 analogWrite(rightSpeed,intSpeed); /设定右侧马达的速度 if (leftValue = 0) & (rightValue = 0) /左右两侧都返回低电平，说明都

16、没有遇到黑线，执行前行函数 forward(); else if(leftValue = 1) & (rightValue = 0) /左侧返回高电平，右侧返回低电平，说明右侧遇到黑线，执行左转函数 while (digitalRead(trackLeft) rotateLeft(); delay(5); else if(leftValue = 0) & (rightValue = 1) /右侧返回高电平，左侧返回低电平，说明左侧遇到黑线，执行右转函数 while (digitalRead(trackRight) rotateRight(); delay(5); else if (leftVa

17、lue = 1) & (rightValue = 1) /左右两侧同时返回高电平，说明都在黑线上，小车暂停 pause(); 注释说明：红色本节需掌握，蓝色机器人考级4级基础知识，黑色示例说明红外传感器红外传感模块的红外发射和接收头受环境光的干扰较大，一般来说，越靠近反射面，效果越好。GND5V电源OUT器件介绍Goodmaker创客工作室05电机的介绍常用电机根据电源不同有直流驱动和交流驱动两种，而直流驱动电机又分为直流电机和步进电机。本系列教程采用直流电机。直流电机的工作电压：1.5-6V直流电机有两个引脚通过改变两个引脚的电压，控制电机的转速变化、正转或者反转，直流马达也可以发电，将机械

18、能转化成电能。示例程序void setup() pinMode(4, INPUT); /按键引脚为4号引脚 pinMode(9, OUTPUT); /晶体三级管基极连接引脚为9号引脚void loop() if (digitalRead(4) = 0) /读取按键的值，由于按键默认是上拉电路，默认状态返回值为1，按键按下时返回值为0 digitalWrite(9, HIGH); /按键按下时，往三极管中写入高电平，三极管导通，马达加电后启动旋转 else digitalWrite(9, LOW); /释放按键时，往三极管中写入低电平，三极管处于默认断开状态，马达停止旋转 注释说明：红色本节需掌

19、握，蓝色机器人考级4级基础知识，黑色示例说明晶体三极管有三只引脚，分别叫做B（基极）、C（集电极）、E（发射极）。三个引脚的功能可以概述为：基极（Base）相当于控制台，集电极（Collector）代表收集电流，发射极（Emitter）代表射出电流。二极管是极性器件，单项导电。直流马达内部有线圈，通过电磁感应，通电时，把电能转化为机械能；断电的瞬间，马达会产生感应电流，感应电流的方向和原来相同。并联二极管将感应电流导回电机，防止进入电路，损坏电路中的晶体管。晶体三极管根据构造结构不同，分为NPN和PNP两种类型。NPN型晶体三极管通常情况下是断开状态，当一个小的电流流入基极（B）时它就处于导通

20、状态，允许一个较大的集电极-发射极电流，用于开关电路和放大电路。PNP型晶体三极管与NPN型相反，当一个小的电流流出基极（B）时它就处于导通状态，允许一个较大的发射极-集电极电流，用于开关电路和放大电路。直流电机NPNPNPS8050晶体三极管是NPN型有三个引脚1，发射极2，基极3，集电极S8050晶体三极管电路接线所需器件： 主控板 S8050晶体三极管 直流电机 FR107二极管 100电阻 220电阻 轻触开关 5号电池*2 电池盒 杜邦线知识点讲解Goodmaker创客工作室06舵机的运用认识一些传感器和执行器什么是Arduino的类库Arduino类库从安装方式分三类: 核心库，例

21、如Serial库 软件安装自带库，例如Servo库等 外部库，例如IRemote库等电位器模块介绍编程代码电位器所需器材电位器模块1个舵机1个3P数据线1根舵机电路搭设电位器（可变电阻）连接在A0号模拟引脚舵机连接在12号引脚舵机电位器知识点讲解Goodmaker创客工作室07迎宾招财猫电路搭设超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，它的功能类似于人的喉咙和耳朵。舵机是一种精确定位角度的执行器，类似于人的手数码管是执行器，功能相当于人通过手把数字写出来的实现过程超声波传感器蜂鸣器舵机蜂鸣器是执行器，相当于人的嘴巴所需器件超声波传感器 1块转接板 2块舵机 1个蜂鸣器 1个8段4位数码管

22、 1个3P数据线 2个猫形亚克力板 1块积木模块 若干招财猫流程图编程代码Goodmaker创客工作室07迎宾招财猫知识点讲解Goodmaker创客工作室08遥控小灯根据材料的导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。二极管是最常见的半导体器件之一，最基本的特性是单向导电性。晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一单元，多指双极型晶体管和场效应晶体管。双极型晶体管有三只引脚:B（基极）、C（集电极）、E（发射极）基极（Base）相当于控制台；集电极（Collector）代表收集电流；发射极（Emitter）代表射出电流。B（基极Base）：控制台E（发射极Emitter）：射出电流C（集电极Colle

23、ctor）：收集电流红外遥控组件：红外通信是常用的一种无线通信方式。除了红外通信以外，还有蓝牙、Wi-Fi、RFID等方式。红外通信是一种利用红外光编码进行数据传输的无线通信方式，是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。红外遥控装置具有体积小、功耗及成本低等特点，因而被广泛使用。日常生活中的电视遥控器、空调遥控器，均使用红外遥控。红外接收头是一个一体化的红外接收电路包含了红外检测二极管、放大器、滤波器、积分电路、比较器等。其功能是接收红外信号并还原成发射端的波形信号。红外接收器能接收38kHz左右的红外信号。GND VCC DO电路原理所需配件获取红外编码Goodmaker创客工作室08遥控小灯

24、电路原理遥控小灯编程通过简单的代码，打印串口查看遥控中的数字1,2键分别对应的是怎样的串码？通过串口代码我们可以得知：遥控器中的数字1键，对应的是：FFA25D遥控器中的数字2键，对应的是：FF629D程序讲解：程序运行：将刚刚得到的红外遥控按键对应的值，在前面加上0 x，只有这样才能被程序识别到是16进制而不是10进制数值，从而逻辑可以正确进行判断。程序现象：按下按键1，红灯亮，黄灯灭，按下按键2，黄灯亮，红灯灭。注意事项：不同种类的红外遥控器，按键的编码值也不相同，所以程序中每个按键对应的功能应根据实际需要调试修改。知识点讲解Goodmaker创客工作室09按键调档风扇pinMode（pi

25、n,mode）功能：设置指定数字引脚的工作模式。参数：pin为数字引脚013、A0A5； Mode为INPUT/OUTPUT/INPUT_PULLUP。返回值：无。电路连接所需配件数字信号操作函数digitalRead（pin）功能：从指定的数字引脚读取值。参数：pin为数字引脚013、A0A5。返回值：1（HIGH）或0（LOW）。digitalWrite（pin，value）功能：向指定的数字引脚写入HIGH或者LOW。参数：pin为数字引脚013、A0A5； value为HIGH（1）或LOW（0）。返回值：无。模拟信号操作函数analogRead（pin）功能：从指定的模拟输入引脚读取

26、值。参数：pin为模拟引脚A0A5；返回值：01 023。analogRead（pin，value）功能：从指定的模拟引脚写入值。参数：pin为引脚3/5/6/9/10/11；value为0255。返回值：无。按键 三个直流电机 一个主控板 一个7号电池（1.5V） 四节电池盒 一个3P数据线 三根三个按键分别接入三个引脚13#、12#、11#，风速由小至大。编程代码volatile int speed;void setup() speed = 0; /设置速度变量，并初始设置为0 pinMode(12, INPUT); /获取数字引脚12的输入值 pinMode(11, INPUT); /获

27、取数字引脚11的输入值 Serial.begin(9600); /初始化串口波特率为9600void loop() if (digitalRead(12) = 1) /数字引脚12的输入值为1，高电平，即：12号口的按钮被按下时 speed = 160; /设置电机速度为低速160 else if (digitalRead(11) = 1) /数字引脚11的输入值为1，高电平，即：11号口的按钮被按下时 speed = 255; /设置电机速度为低速255 else speed = 0; /如果任何按钮都没有被按下，则设置电机速度为0，停止运转 analogWrite(3,speed); /模

28、拟输出3号口设置为变量speed的速度，即电机转速 Serial.println(speed); /串口打印speed的当前速度值用以检验，可不加本行代码知识点讲解Goodmaker创客工作室10超声波调档风扇人类根据蝙蝠的生物学原理发明了超声波超声波转接板的作用是为了便于连接和固定超声波传感器。超声波转接板也有四个引脚：GND、VCC、Trig、Echo。Trig引脚为触发引脚，Echo引脚为数据接收引脚。VCCTrigEchoGND超声波传感器及转接板该函数可以控制电机的正反转和速度该函数可以控制电机的停止硬件连接volatile int distance;float checkdista

29、nce_1_2() /获取超声波的值 digitalWrite(1, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(1, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(1, LOW); float distance = pulseIn(2, HIGH) / 58.00; delay(10); return distance;void setup() distance = 0; /初始化距离变量为0 pinMode(1, OUTPUT); /获取1号引脚的输出值（超声波的读取） pinMode(2, INPUT); /获

30、取2号引脚的输出值（超声波的读取）void loop() distance = checkdistance_1_2(); /将距离变量赋值为获取的超声波值 if (distance 20) /如果距离小于20 analogWrite(5,200); /将5号引脚的模拟值设置为200（即设置电机2的转速为200） else /距离不小于20，也就是大于等于20的场合 analogWrite(5,0); /将5号引脚的模拟值设置为0（即设置电机2的转速为0，停止转动） 超声波模块 一个直流电机 一个主板 一个电池盒 一个积木 若干编程代码知识点讲解Goodmaker创客工作室11红外遥控变速风扇常

31、用的电机根据电源不同有直流驱动和交流驱动两种，而直流驱动电机又分为直流电机和步进电机。马达是通过电磁感应，将电能转换为机械能的装置，通过改变直流电机两个引脚的电压，控制电机的转速变化、正转或者反转，直流马达也可以发电，将机械能转换成电流。直流电机用于驱动机器人（左边的图）；通过导线将直流电机与机器人的主控板连接（右边的图）。所需器材编程代码接到电机1接口主板电池盒电机红外组件积木若干Mixly程序：程序运行：上传程序并打开串口监视器（注意修改波特率为9 600），将红外遥控器对准红外接收模块，按下红外遥控器各个按键并记录其对应的编码值。如果接收到的按键编码值与程序中的不一样，在程序中，请修改程

32、序以反映正确的编码值，重新上传程序。程序现象：当按下红外遥控器按键1，电机转速为160，当按下红外遥控器按键2，电机转速为210，当按下红外遥控器按键3，电机转速为255，注意事项：不同种类的红外遥控器，按键的编码值也不相同，所以程序中每个按键对应的功能应根据实际需要调试修改。知识点讲解Goodmaker创客工作室12红外遥控摇头风扇复习红外遥控器的运用。编程代码复习舵机的运用。复习电机的运用。褐色连线：GND红色连线：VCC黄色连线：信号端所需器材主板电池盒 电机 红外组件舵机组件积木 程序运行：上传程序并打开串口监视器（注意修改波特率为9 600），将红外遥控器对准红外接收模块，按下红外遥

33、控器各个按键并记录其对应的编码值。如果接收到的按键编码值与程序中的不一样，在程序中，请修改程序以反映正确的编码值，重新上传程序。程序现象：当按下红外遥控器按键1，电机启动，当按下红外遥控器按键2，电机停止，当按下红外遥控器按键3，电机启动，同时舵机转到45度，当按下红外遥控器按键，电机启动，同时舵机转到0度，注意事项：不同种类的红外遥控器，按键的编码值也不相同，所以程序中每个按键对应的功能应根据实际需要调试修改。知识点讲解Goodmaker创客工作室13人工闸道所需器材使用舵机是为了控制方向。舵机方向的改变是通过以下程序进行设置的。舵机函数库的作用：函数库是多个函数的集合,舵机函数库就是把控制

34、舵机的各种动作集合到一个函数库里。在Mixly的指令库中，有专门驱动电机工作的程序代码，在 程序模块中，找到舵机程序模块，将管脚改为9.将角度设置为你想转动的角度即可。任务发布：使用两个按键控制道闸，按下按键1，绿灯亮道闸升起；按下按键2，红灯亮道闸放下。 编程代码舵机模块 一个按键 两个红/绿LED灯 各一个7号电池（1.5V） 四节主控板 一个电池盒 一个3P数据线 四根积木 若干知识点讲解Goodmaker创客工作室14超声波自动闸道所需器材通过超声波测量距离，当靠近闸机时，闸机自动开启。延时等待5秒待车辆通过后，再次反转电机，使闸机关闭。编程代码超声波模块 一个直流电机 一个主板 一个

35、电池盒 一个积木 若干复习超声波和电机的使用。演示效果知识点讲解Goodmaker创客工作室15智能小车拼搭所需器材什么是智能小车 智能小车可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，远程传输图像等功能。 智能小车可以分为三部分传感器部分、控制器部分、执行器部分。 控制器部分：接收传感器部分传递过来的信号，并根据事前写入的决策系统（软件程序），来决定机器人对外部信号的反应，将控制信号发给执行器部分。好比人的大脑。 执行器部分：驱动机器人做出各种行为，包括发出各种信号（点亮发光二极管、发出声音）的部分，并且可以根据控制器部分的信号调整自己的状态。对机器人小车来说，最基本的就是轮子。这部分就好比人的四肢一样。 传感器部分：机器人用来读取各种外部信号的传感器，以及控制机器人行动的各种开关。好比人的眼睛、耳朵等感觉器官。电机转接板马达螺丝连接销小车底盘马达主控板舵机舵机板车轮万向轮拼搭步骤注意两块板的摆放方向，两个镂空的矩形放在中间偏上的位置，两个三角尖统一朝向左边。电机转动轴左侧马达模块右侧马达模块将马达从上至下插入连接板，用螺丝固定，注意两个三角尖的朝向大圆孔对应电机转动轴小圆孔对应马达塑料突出点步骤一：步骤二：Goodmaker