План-конспект к занятию "Программирование блока "Ожидание". Датчики цвета и освещенности"

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

Центр детского технического творчества

«Юный автомобилист»

Творческое объединение

«Робототехника»

Методическая разработка

Форма разработки: Комбинированное занятие

Направленность: Техническая

Тема разработки: «Состояния и события. Сенсоры цвета и освещенности»

Возраст обучающихся: 10 - 18 лет

Автор - составитель: Деулина Светлана Александровна,

Педагог дополнительного образования

г. Нижний Новгород

2021 г.

Пояснительная записка

Цель занятия: изучить средства для получения роботом информации из окружающего мира.

Задачи:

1. изучить способы программирования блока Ожидание;

2. научиться составлять программы с использованием блока Ожидание с сенсорами цвета и освещенности;

3. развивать исследовательские навыки учащихся и умения анализировать полученные результаты;

4. формировать умение работать с компьютером.

Планируемые результаты:

• Умение использовать блок основной палитры Ожидание с сенсорами цвета и освещенности для составления программ;

• Умение создавать простые программы в среде программирования LEGO Mindstorms NXT;

• Проводить доказательные рассуждения, умения делать выводы.

Материалы и оборудование:

1. конструктор LEGO Mindstorms NXT 2.0;

2. модель робота;

3. компьютеры с необходимым ПО;

4. проектор;

5. презентация к занятию;

ХОД ЗАНЯТИЯ

Учителю следует открыть вместе с учащимися программу и выполнять вместе с учащимися все действия.

1. Организационный момент

1. Приветствие детей, настрой на работу.

2. Запуск ПО LEGO Mindstorms NXT.

1. Актуализация знаний

1. Определи по рисунки и зачеркни лишнее

1. Изучение нового материала

Поведение робота - это череда сменяющих друг друга состояний (состояние движения, состояние поиска и т. п.). Смена состояний происходит в зависимости от внешних событий. Робот регистрирует события при помощи различных датчиков. Всё поведение робота можно схематично изобразить в виде диаграммы переходов между состояниями.

Пример 3.1. Диаграмма переходов "Состояние 1 → Событие → Состояние 2" соответствующая движению робота до чёрной линии (рис. 1):

Рис. 1. Диаграмма переходов: движение робота до чёрной линии

1. Робот находится в состоянии движения.

2. Датчик света регистрирует понижение яркости до некоторого порогового значения - это новое событие, которое можно назвать "робот доехал до чёрной линии".

3. В результате регистрации события робот меняет своё состояние на бездействие (остановка).

Таким образом, можно сказать, что робот должен всё время ждать возникновения событий. Для этого в среде NXT-G имеется специальный блок «Ожидание»:

Рис. 2. Варианты блока «Ожидание» в общей палитре

Источниками событий могут являться:

• различные датчики (сенсоры): цвета, освещённости, касания, и пр.;

• таймер;

• кнопки NXT-блока;

• сообщения от других роботов, переданные по Bluetooth соединению.

Далее в этой теме мы рассмотрим работу с некоторыми наиболее часто используемыми датчиками.

Датчик цвета (Color Sensor)

Датчик цвета (RGB-датчик) совмещает три функции:

1. Позволяет роботу различать цвета.

2. Позволяет роботу различать уровень освещённости путём измерения яркости отражённого света.

3. Цветовая подсветка.

Работа в режиме определения цвета

Пример Ожидание события от датчика цвета.

Робот движется по тестовому полю вперёд до тех пор, пока не зарегистрирует синий цвет.

Рис. 3. Пример программы "Движение до синего"

Ранее в теме "Программирование моторов: команда Move" мы отметили, что параметр «Ограничения нет» в настройках блока «Движение» позволяет роботу двигаться без каких-либо ограничений до наступления очередного события. После этого можно изменить состояние робота. Изменение состояния не происходит автоматически: его надо запрограммировать! В нашем примере после наступления события (регистрация датчиком синего цвета) запрограммирована остановка моторов B и C.

Обратите внимание:

• в поле Условие возможен один из двух вариантов:

• Внутри интервала - ожидается событие "попадание регистрируемого цвета внутрь указанного диапазона цветов";

• Вне интервала - ожидается событие "попадание регистрируемого цвета во вне указанного диапазона цветов";

• цвет в поле Условие задаётся при помощи двух слайдеров.

Задание 3.1. Протестируйте датчик цвета:

• Добавьте на поле программы блок Ожидание датчика цвета и протестируйте его на предметах различных цветов:

1. Подключите блок NXT к компьютеру через USB-соединение.

2. Выделите блок Ожидание и нажмите на кнопку «Загрузить и запустить выбранное» контроллера NXT (Рис.4).

3. Не отсоединяя USB-шнур, подносите предметы различной окраски к датчику на расстояние примерно 1 см.

4. Следите за результатом в поле обратной связи панели настроек датчика (левый нижний угол панели настроек).

5. Проведите те же тесты при помощи меню View NXT. Совпадают ли результаты тестов?

Рис.4. Компиляция и выполнение выделенного фрагмента

Задание 3.2. Напишите программу для движения робота по тестовой полосе до обнаружения красного (синего, зелёного и др.) цвета. После того, как заданный цвет обнаружен, робот должен произнести этот цвет.

Задание 3.3. Напишите программу для движения робота по тестовой полосе до обнаружения синего или зелёного цвета. Проверьте работу программы, запуская робот с разных сторон тестовой полосы.

Работа в режиме измерения освещённости

Датчик цвета из нашего набора может работать в двух режимах: собственно датчик цвета, и датчик света, измеряющий освещённость. Переключите в настройках блока Ожидание датчика цвета в режим датчика освещённости. Для этого в поле Действие выберите Датчик освещенности (Рис.5). Обратите внимание, что внешний вид блока Ожидание изменился.

Рис.5. Настройки блока Ожидание датчика цвета в режиме измерения освещённости

Чтобы лучше представить себе, что "видит" датчик освещённости, вообразите, что он перемещается над чёрно-белой фотографией. Результатом измерения будет яркость в диапазоне от 0 (чёрный цвет) до 100 (белый цвет), хотя крайних значений на практике зафиксировать не удаётся.

Обратите внимание:

• уровень освещённости в поле Условие задаётся при помощи слайдера или вводом числового значения;

• знак в ожидаемом событии переключается щелчком по яркому или тёмному "солнышку" (по умолчанию стоит знак "");

• поле Условие читается: "до тех пор пока освещённость не станет...". Так, на Рис.5 ожидается событие "уровень освещённости 50", что означает выполнение действия, предшествующего блоку Ожидание до тех пор, пока освещённость не станет 50;

• поле Функция позволяет использовать датчик цвета в качестве лампы красного, зелёного или синего света (включённый флажок Свет). Измеряя интенсивность отражённого от поверхности света можно оценить её яркость: от светлой поверхности отразится больше света, чем от тёмной. Вообще говоря, если замеры освещённости происходят при хорошем дневном свете, то подсветку можно выключить (снять флажок Свет). Однако производитель рекомендует в режиме измерения освещённости использовать красную подсветку. Также при выключенном свете можно измерять общую освещённость в окружающем пространстве.

Задание 3.4. Протестируйте работу датчика цвета в режиме измерения освещённости на предметах различных цветов так же, как делали в предыдущем задании:

• Выпишите значения освещённости, которые датчик показывает для чёрного, синего, голубого, жёлтого, зелёного, красного и чёрного цветов на тестовом поле.

• Используйте в качестве подсветки лампы разных цветов. Как изменяются показания датчика?

• Выключите подсветку и сравните показания датчика с подсветкой и без неё.

• Поэкспериментируйте с окружающими предметами.

Задание 3.5. Используя RGB-датчик в режиме измерения освещённости, напишите программу для движения робота по белому полю до обнаружения чёрного цвета. Для этого в поле Условие укажите необходимый порог чёрного цвета. После остановки робот должен вывести на экран соответствующую информацию (например, "Black color found!").

1. Рефлексия

«По выбору»

Лесенка успеха. Каждая ступень — один из видов работы. Чем больше заданий выполнено, тем выше поднимается нарисованный человечек.

Список использованных источников

1. Дженжер В.О. Введение в программирование LEGO-роботов на языке NXT-G. Учебное пособие для студентов и школьников / В.О. Дженжер, Л.В. Денисова – М.: Национальный открытый университет «ИНТУИТ», 2014. -87 с.

2. Нетесова О.С. Программирование в среде NXT-G: рабочая тетрадь по робототехнике (первый год обучения) / О.С. Нестерова. – Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2015. -28 с.

3. Методическая копилка "Упражнения на рефлексию занятия". [Электронный ресурс]: https://infourok.ru/metodicheskaya-kopilka-uprazhneniya-na-refleksiyu-zanyatiya-3741108.html (Дата обращения 3 января 2021 г.).