电子电路装调与应用 教案 项目六 智能巡更机器人的装配与调试

《电子电路装调与应用》教师科目电子产品装配及应用班级专业日期授课地点课题智能巡更机器人电路方框图的绘制课程时间1课时课型理实一体教学目标㈠知识目标1、进一步熟悉电路工作原理。2、进一步掌握方框图绘制方法。㈡能力目标能够绘制智能巡更机器人电路方框图。㈢情感态度与价值观1、在完成任务中加强安全意识和规范操作意识。2、通过解决实训问题感受成功的喜悦。教学重点能够绘制智能巡更机器人电路方框图。教学难点能够绘制智能巡更机器人电路方框图。教学方法任务驱动法教学资源教学课件、工艺卡片、工作页、学习页教学准备教学软件、实物、焊接工具教学反思教学过程教学环节教学内容和教师活动学生活动设计意图引入新课5’1、复习工作原理。2、提问学生工作原理。学生聆听教师讲解。回答问题。理论联系实际激发学生学习热情。分析任务讲解任务60’讲解智能巡更机器人的工作原理：智能巡更机器人有三块电路板作为核心控制电路，这三块电路板协同工作，实现智能巡更机器人的所有功能。这三块电路板的作用分别是：1号电路板是WIFI无线接收模块，如图6-30所示。主要作用是接收来自控制端的无线信号和摄像头的图像信号，并将控制信号和图像信号进行转换传输。2号板是程序编译控制板，如图6-31所示。主要作用是编译来自电脑的控制程序，将程序烧制到本机器人的“大脑”元件ATMEGA328P单片机中，实现单片机对外围设备的控制功能。3号板是这个机器人的控制执行板，如图6-32所示。通过控制信号驱动四个直流电机，驱动摄像头的舵机，同时还接收来自红外传感器信号和超声波信号。智能车控制系统采用基于AVR内核的ATMEGA328P单片机芯片为核心的中央控制电路，该芯片的时钟频率为20MHz，同时内建的USB通信功能可以省去外围电路中UART转USB的设计。WIFI控制电路通过USB2接口中的VBUS为摄像头提供5V左右的电源，摄像头将图像数据DM（数据正信号）、DP（数据负信号）传输给AR9331芯片的A50脚和B43脚。SW2为AR9331芯片的复位按钮，B48脚是芯片的RTS功能脚（复位管脚），使用RTS功能来起始芯片的数据流。按下SW2按钮芯片B48脚的供电电压由3.3V变为1.2V从而使芯片复位。天线（WIFIANTENNA）与芯片A62(RFOUTN)、A63(RFOUTP)管脚相连，接收上位控制机信号，例如：手机控制信号，同时利用天线发射图像信号给上位机。WIFI控制电路通过USB1接口与中央控制电路进行连接，通过连接到3号驱动电路板的USB接口间接连接到中央控制电路。电源采用7.4V直流电源，通过SY8100稳压芯片，第5脚输入电源，将电源电压稳定在5V通过第6脚和第3脚输出，D2为电源指示灯，供电正常此灯常亮。反射式红外传感器接收到反射信号输出为低电平，反之输出高电平给单片机，左侧传感器输出信号给A3接口，右侧传感器输出信号给A2接口，单片机对接到的左右两侧信号进行对比分析作出判断是否偏离引导线。单片机通过A4接口向超声波传感器发射头（T）传送脉冲信号，超声波传感器的接收头（R）通过A5接口将信号传送给单片机，单片机计算发射信号与接收信号的时间差计算出机器人与障碍物的距离。车轮的转动靠4个直流电机来带动，4个车轮分为两组分别为M1和M2，从电机驱动角度来讲相当于驱动了两个电动机，只不过每个电动机旁边又并联了一个电动机，单片机发出两组PWM波形给缓冲电路74HC244的2、8管脚，同时输出单片机4路中断信号INT1-4到4、6、11、13，缓冲电路通过第2、8管脚将信号传输给直流电机逻辑控制电路TB6122的15、23管脚，74HC244将中断信号INT1-4连接到TB6122的21、22、17、16管脚进行电机控制，最终TB6122将输出四路（OUT1-4）信号给电机H桥驱动电路，从而驱动电机转动。电动机的速度通过PWM波的占空比来调节，通过INT1-4的中断信号，来控制电动机转与停，从而实现机器人的转向。学生讨论说出开关的工作逻辑。学生聆听并观看教师的讲解和演示。学生聆听并观看教师的讲解和演示。学生聆听并观看教师的讲解和演示。理实一体提升学生动手操作能力绘制方框图有助于学生理解工作原理。实施任务一、教师布置学生绘制方框图二、教师巡视指导学生的绘制过程，帮助学生顺利完成任务。三、教师利用手机记录学生操作的影像记录。学生按照范完成方框图绘制，遇到困难向同学、教师求助，或自主在平台进行学习。理实一体提升学生操作技能。评价任务1.讲评学生学习、工作态度。2.讲评学生动手操作过程的规范和标准执行情况。3.引导学生分享讲解自己的方框图4.讲评本节课知识点和技能点学生聆听、反思、分享。强化学生规范操作意识和学习反思能力。总结提升1、总结电路的工作原理。2、总结方框图绘制方法。学生反思自己的操作过程并再次巩固所学知识。巩固所学知识板书设计流程图绘制方法课下任务复习本次任务知识技能要点，预习下次要完成的任务。教师科目电子产品装配及工艺班级专业日期授课地点课题智能巡更机器人芯片拖焊方法课程时间4课时课型理实一体教学目标㈠知识目标1、掌握超声波传感器、红外线传感器、直流电机识别和检测方法。2、掌握芯片拖焊的焊接方法。㈡能力目标能够按照正确的操作流程和焊接工艺规范完成电路的焊接。㈢情感态度与价值观1、在完成任务中加强安全意识和规范操作意识。2、通过解决实训问题感受成功的喜悦。教学重点能够按照正确的操作流程和焊接工艺规范完成电路的焊接。教学难点能够按照正确的操作流程和焊接工艺规范完成电路的焊接。教学方法任务驱动法教学资源教学课件、工艺卡片、工作页、学习页教学准备教学软件、实物、焊接工具教学反思教学过程教学环节教学内容和教师活动学生活动设计意图引入新课5’1、以生活中的实际应用案例引入本节课。2、反馈课前所学，提问学生智能巡更机器人的特点。学生聆听教师讲解。回答问题。理论联系实际激发学生学习热情。分析任务讲解任务60’一、工艺卡片的编制教师布置学生完成以下工作：1、清点元器件。2、检测易损元器件。3、填写工艺卡片。二、教师讲解元器件的使用1、讲解并演示超声波传感器的使用与检测。2、讲解并演示光电传感器的使用与检测。3、讲解并演示直流电机的使用与检测。4、教师讲解并演示部分芯片元件的焊接方法和芯片的功能及识别方法：第一步：在焊盘上涂抹适量助焊剂，把引脚和焊盘对齐。这一步十分重要，，因为引脚不对齐焊盘，后面的焊接都是没有用的。如果芯片引脚多，间距小，导致看不清楚，可以使用放大镜观察。第二步：固定芯片。芯片对齐之后就用焊锡将芯片固定好，最好固定两点以上，防止在焊接过程中芯片发生位移。第三步：堆锡。在拖焊的起始位置堆一定量的焊锡，拖动时保证这一列管脚都能够有和适量的焊锡。第四步：拖焊。在烙铁头上粘上松香，接下来就开始进行脱焊了。拖焊过程注意事项：1.焊接过程中要控制好温度。温度不能太高也不能太低，太低不能熔化锡丝，太高容易将芯片烧坏。在焊接过程中，一般在300-380℃之间。2.拖焊焊接之前一定要对齐芯片。3.有些芯片的引脚特别近，焊接过程中容易管脚连焊，在分开管脚的过程中，要注意防止焊接时间过长，温度过高将芯片烧坏。4.拖焊最好不要使用圆头的电烙铁。一般使用的刀头或者马蹄铁头的烙铁。5.焊接之后，由于使用了松香，会在板子上留下焊接残渣，可用洗板水或者酒精洗去。6.焊接直插型的器件，焊接的时候边焊接边给锡就可以了。7.使用完电烙铁之后，要在烙铁头上镀上一层锡，防止氧化，起到保护的作用。学生完成教师布置的任务。学生聆听并观看教师的讲解和演示后自主进行练习操作，也可以反复观看微课视频进行再次学习。学生反复观看贴片元件的焊接方法。学生反复观看贴片元件的焊接方法。理实一体提升学生动手操作能力学习新知为后续顺利完成任务做准备。学习新知为后续顺利完成任务做准备。实施任务一、教师讲解焊接安全注意事项1、禁止带电操作。2、注意电烙铁烫伤，严禁甩锡。3、正确使用仪器仪表。4、严禁随意走动和大声说话。5、遵守6S管理标准。二、教师巡视指导学生的操作过程，帮助学生顺利完成任务。三、教师利用手机记录学生操作的影像记录。学生利用芯片焊接练习版进行芯片拖焊练习。理实一体提升学生操作技能。评价任务1.讲评学生学习、工作态度。2.讲评学生动手操作过程的规范和标准执行情况。3.讲评本节课知识点和技能点学生聆听、反思。强化学生规范操作意识和学习反思能力。总结提升1、总结工艺卡片填写的原则。2、总结超声波传感器的使用与检测方法。3、总结光电传感器的使用与检测方法。4、总结拖焊方法。学生反思自己的操作过程并再次巩固所学知识。巩固所学知识板书设计1、超声波传感器的使用与检测方法。2、光电传感器的使用与检测方法。3、总结拖焊方法。课下任务复习本次任务知识技能要点，预习下次要完成的任务。教师科目电子产品装配及工艺班级专业日期授课地点课题智能巡更机器人电路的焊接课程时间4课时课型理实一体教学目标㈠知识目标1、掌握超声波传感器、红外线传感器、直流电机识别和检测方法。2、掌握芯片拖焊的焊接方法。㈡能力目标能够按照正确的操作流程和焊接工艺规范完成电路的焊接。㈢情感态度与价值观1、在完成任务中加强安全意识和规范操作意识。2、通过解决实训问题感受成功的喜悦。教学重点能够按照正确的操作流程和焊接工艺规范完成电路的焊接。教学难点能够按照正确的操作流程和焊接工艺规范完成电路的焊接。教学方法任务驱动法教学资源教学课件、工艺卡片、工作页、学习页教学准备教学软件、实物、焊接工具教学反思教学过程教学环节教学内容和教师活动学生活动设计意图引入新课5’1、讲解电路板及元器件的特点。2、反馈拖焊任务，强调拖焊要领，提问拖焊心得。学生聆听教师讲解。回答问题。理论联系实际激发学生学习热情。分析任务讲解任务60’一、工艺卡片的编制教师布置学生完成以下工作：1、清点元器件。2、检测易损元器件。3、填写工艺卡片。二、教师再次讲解元器件的使用三、机器人装配方法及要领讲解学生完成教师布置的任务。学生聆听并观看教师的讲解和演示后自主进行练习操作，也可以反复观看微课视频进行再次学习。理实一体提升学生动手操作能力学习新知为后续顺利完成任务做准备实施任务一、教师讲解焊接安全注意事项1、禁止带电操作。2、注意电烙铁烫伤，严禁甩锡。3、正确使用仪器仪表。4、严禁随意走动和大声说话。5、遵守6S管理标准。二、教师巡视指导学生的操作过程，帮助学生顺利完成任务。三、教师利用手机记录学生操作的影像记录。学生按照操作规范和6S管理标准完成任务，遇到困难向同学、教师求助，或自主在平台进行学习。理实一体提升学生操作技能。评价任务1.讲评学生学习、工作态度。2.讲评学生动手操作过程的规范和标准执行情况。3.掌握焊接作品分享心得。4.讲评本节课知识点和技能点学生聆听、反思。强化学生规范操作意识和学习反思能力。总结提升1、总结工艺卡片填写的原则。2、总结拖焊方法。3、总结超声波传感器使用方法。4、总结光电传感器的使用与检测方法。学生反思自己的操作过程并再次巩固所学知识。巩固所学知识板书设计1、机器人装配要领。2、焊接注意事项。3、焊接完成时间及质量。课下任务复习本次任务知识技能要点，预习下次要完成的任务。教师科目电子产品装配及工艺班级专业日期授课地点课题智能巡更机器人电路的检修课程时间3课时课型理实一体教学目标㈠知识目标1、进一步熟悉电路的工作原理。2、进一步熟悉电路的检修方法。㈡能力目标能够按照操作规范正确检修电路。㈢情感态度与价值观1、在完成任务中加强安全意识和规范操作意识。2、通过解决实训问题感受成功的喜悦。教学重点能够按照操作规范正确检修电路。教学难点能够按照操作规范正确检修电路。教学方法任务驱动法教学资源教学课件、工艺卡片、工作页、学习页教学准备教学软件、实物、焊接工具教学反思教学过程教学环节教学内容和教师活动学生活动设计意图引入新课5’1、复习电路的检修方法。2、提问检修思路。学生聆听教师讲解。回答问题。理论联系实际激发学生学习热情。分析任务讲解任务60’一、讲解机器人的工作原理智能巡更机器人有三块电路板作为核心控制电路，这三块电路板协同工作，实现智能巡更机器人的所有功能。这三块电路板的作用分别是：1号电路板是WIFI无线接收模块，如图6-30所示。主要作用是接收来自控制端的无线信号和摄像头的图像信号，并将控制信号和图像信号进行转换传输。2号板是程序编译控制板，如图6-31所示。主要作用是编译来自电脑的控制程序，将程序烧制到本机器人的“大脑”元件ATMEGA328P单片机中，实现单片机对外围设备的控制功能。3号板是这个机器人的控制执行板，如图6-32所示。通过控制信号驱动四个直流电机，驱动摄像头的舵机，同时还接收来自红外传感器信号和超声波信号。二、教师讲解机器人的检修方法（1）先观察后检测（2）先静态后动态（3）电压测量法（4）“顺藤摸瓜”故障点定位法三、教师再次讲解芯片检测方法学生讨论说出开关的工作原理。学生聆听并观看教师的讲解和演示。学生学习电路检修方法。理实一体提升学生动手操作能力学习新知为后续顺利完成任务做准备实施任务一、教师讲解调试安全注意事项1、正确使用仪器仪表。2、严禁随意走动和大声说话。3、遵守6S管理标准。4、禁止触碰焊点和电路。二、教师巡视指导学生的操作过程，帮助学生顺利完成任务。三、教师利用手机记录学生操作的影像记录。一、学生绘制流程图二、学生检修机器人学生按照操作规范和6S管理标准完成功能调试和任务，遇到困难向同学、教师求助，或自主在平台进行学习。理实一体提升学生操作技能。评价任务1.讲评学生学习、工作态度。2.讲评学生动手操作过程的规范和标准执行情况。3.学生分享故障排除的方法。4.讲评本节课知识点和技能点学生聆听、反思。强化学生规范操作意识和学习反思能力。总结提升1、总结电路的检测方法。2、总结电路维修方法。3、总结顺藤摸瓜的故障点检修方法。学生反思自己的操作过程并再次巩固所学知识。巩固所学知识板书设计1、电路的检修方法。2、电路检修中顺藤摸瓜法。课下任务复习本次任务知识技能要点，预习下次要完成的任务。教师科目电子产品装配及工艺班级专业日期授课地点课题智能巡更机器人电路的老化课程时间4课时课型理实一体教学目标㈠知识目标1、掌握整机老化步骤。2、掌握整机老化方法。㈡能力目标能够按照操作规范正确进行电路老化操作。㈢情感态度与价值观1、在完成任务中加强安全意识和规范操作意识。2、通过解决实训问题感受成功的喜悦。教学重点能够按照操作规范正确调试和检测电路。教学难点能够按照操作规范正确调试和检测电路。教学方法任务驱动法教学资源教学课件、工艺卡片、工作页、学习页教学准备教学软件、实物、焊接工具教学反思教学过程教学环节教学内容和教师活动学生活动设计意图引入新课5’1、反馈学生装配操作过程。2、提问操作过程要点。学生聆听教师讲解。回答问题。理论联系实际激发学生学习热情。分析任务讲解任务60’电路老化的意义：电路板老化就是在一定的条件下使电路板通电工作一定时间，目的是因为电路板上的一些元件参数会在使用初期会随着使用时间的改变而发生变化，对于一些要求要求较为严格的应用这是不允许的，因此在使用前先做老化处理，使电路稳定后在使用。一、电路老化的步骤检查环境条件需要准备条件检查老化前的要求检查老化设备检查老化检测二、老化方法检查环境条件检测应在下列环境条件下进行：温度：15~50℃相对湿度：45％~75％大气压力：86~106Kpa，考虑现有条件用暖风机（或者可控制温度的加热器）加热至50度以上。在密闭空间（盒子）中进行。通过密闭保温。保障盒内温度维持在50度左右。需要准备测试用的盒子，板卡以及并联的电源线，PIP测试线，TAG管和温度计。暖风机。（可有可控制温度加热器代替）。老化前的要求电路板的老也有两点要求，这两点要求分别是：1. 外观检测所有要老化的功能板需先进行目测，对于有明显缺陷的功能板，如有短路，断路，元器件安装错误，缺件等缺陷的功能板应予以剔除。(这一部分应由质检初筛)。2. 电参数检测所有要老化的功能板还需进行电参数检测，对参数不符合要求的功能板应予以剔除。具体分为基本分，只要芯片的输入输出导通测试，外设的导线连接有无开路，是否经过测试已经对电路板产生损害。老化设备1.热老化设备内工作空间的任何点应满足以下要求：1. 能保持热老化所需要的高温。2. 上电时间足够长。（测试时间定位最少72小时连续上电）2.功能板的安装与支撑1. 功能板应以正常使用位置安装在支架上（六脚柱）。2. 功能板的支架的热传导应是低的，以使功能板与支架之间实际上是隔热的。3. 功能板的支架应是绝缘的，以确保受试功能板与支架之间不漏电。3.电功率老化设备1. 电功率老化设备应保证提供老化功能板所需要的电压和电流，并能提供可变化的输入信号，并可随时检测每块功能伴。（间断性通信测试，与PIP-TAG的测试）2. 电功率老化设备应保证在老化过程中不应老化设备的缘故而中途停机。老化1.热老化条件1. 如无其他规定，温度循环范围应为：0~60℃或?10~60℃，可自行选定。（定于50度）2. 热老化时间至少为72h。2.老化方法老化的方法，这几步分别是：1. 将处于环境温度下的功能板放入处于同一温度下的热老化设备内（盒子），板卡以罗列方式叠放。2. 功能板处于运行状态。3. 然后设备内的温度应该以规定的速率上升到规定的温度值。4. 保持上电状态，每隔2小时进行功能测试。5. 之后取出是温度降低俩小时在进行功能测试。6. 连续重复3至7。直到规定的老化时间，并且按规定的老化时间对功能板进行一次测量和记录。7. 测试时间整体内板卡处于运行上电状态。.最后检测在规定条件下对功能板进行电参数检测，不符合要求的予以剔除。学生讨论说出开关的工作逻辑。学生聆听并观看教师的讲解和演示。学生在中找到被测点。学生学习电路调试方法。学生学习电路老化方法。理实一体提升学生动手操作能力学习新知为后续顺利完成任务做准备。学习新知为后续调试任务做准备。学习新知为后续老化任务做准备。实施任务一、教师巡视指导学生的操作过程，帮助学生顺利完成任务。二、教师记录学生操作。学生模拟完成电路板的老化操作理实一体提升学生操作技能。评价任务1.讲评学生学习、工作态度。2.讲评学生动手操作过程的规范和标准执行情况。3.讲评本节课知识点和技能点学生聆听、反思。强化学生规范操作意识和学习反思能力。总结提升总结电路的老化方法。学生反思自己的操作过程并再次巩固所学知识。巩固所学知识板书设计1、电路老化的意义。2、电路老化的方法。课下任务复习本次任务知识技能要点，预习下次要完成的任务。教师科目电子产品装配及工艺班级专业日期授课地点课题智能巡更机器人电路的调试课程时间4课时课型理实一体教学目标㈠知识目标1、掌握整机调试步骤。2、掌握整机调试方法。㈡能力目标能够按照操作规范正确调试和检测电路。㈢情感态度与价值观1、在完成任务中加强安全意识和规范操作意识。2、通过解决实训问题感受成功的喜悦。教学重点能够按照操作规范正确调试和检测电路。教学难点能够按照操作规范正确调试和检测电路。教学方法任务驱动法教学资源教学课件、工艺卡片、工作页、学习页教学准备教学软件、实物、焊接工具教学反思教学过程教学环节教学内容和教师活动学生活动设计意图引入新课5’1、反馈学生装配操作过程。2、提问操作过程要点。学生聆听教师讲解。回答问题。理论联系实际激发学生学习热情。分析任务讲解任务60’一、讲解整机操作的步骤及方法1、硬件调试通电静态调试：接通电源驱动电路板中D1闪烁，电源指示灯D2常亮，驱动板预热完毕D1熄灭，WIFI控制电路LED7闪烁，稳压电源SY8100的第6脚输出电压稳定在5V,程序编译控制主板电源指示灯常亮。当LED7闪烁停止，WIFI模块预热完毕，可以用控制端搜索机器人的WIFI信号进行连接，如果连接正常且现实摄像头图像，则WIFI模块运行正常，摄像系统正常，此时机器人处于待控制阶段。电机驱动系统调试：H桥电压为3V，D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11电压都为3V，TB6122电机逻辑控制电路电压为5V，EA、EB为高电平、I1-I4都为低电平。机器人前进时D5、D6、D9、D10电压为6V，D4、D7、D8、D11电压为0.3V，控制信号I2、I3为高电平，I1、I4为低电平，电机前进转变为后退时电桥中的二极管和I1-I4电平进行翻转，倒退时程序编译控制主板L13指示灯亮。传感器系统调试：红外线传感器正常供电5V。请将传感器信号收发面与地面平行