Программирование дополнительных механизмов

Класс: 7-Б

№ 52 "Программирование дополнительных механизмов". Практическая работа.

20.03.2025

Цели урока:

1. Ознакомить учащихся с основами программирования дополнительных механизмов.

2. Научить создавать простые программы для управления механизмами.

3. Развивать логическое мышление и навыки работы в команде.

Планируемые результаты:

Личностные результаты:

Развитие умения работать в команде, обсуждать идеи и делиться мнениями, ответственности за выполнение заданий в группе, с соблюдением сроков и качества работы.

Метапредметные результаты:

Развитие исследовательских навыков, умение ставить цели и планировать действия, навыков самооценки и рефлексии

Предметные результаты:

Создание простых программ для управления дополнительными механизмами (например, сервоприводами или датчиками); знакомство с основными принципами работы дополнительных механизмов и их взаимодействием с программным обеспечением; умение отлаживать код

Оборудование:

- Компьютеры с установленным программным обеспечением для программирования (например, Scratch, Arduino IDE или другое).

- Механизмы (например, сервоприводы, датчики) для практической работы.

- Проектор и экран для демонстрации материала.

- Раздаточные материалы (инструкции, схемы).

Ход урока:

1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ (5 МИНУТ)

- Приветствие учащихся.

- Проверка присутствия.

- Объявление темы и целей урока.

2. ВВЕДЕНИЕ В ТЕМУ (10 МИНУТ)

- Объяснение понятия "дополнительные механизмы" и их роли в программировании.

Понятие "дополнительные механизмы" в контексте программирования обычно относится к устройствам или компонентам, которые могут быть добавлены к основным системам для расширения их функциональности. Эти механизмы могут включать в себя различные сенсоры, приводы, модули и другие устройства, которые взаимодействуют с программным обеспечением для выполнения определенных задач.

- Примеры использования механизмов в реальных проектах (робототехника, автоматизация).

Вот несколько примеров использования дополнительных механизмов в реальных проектах в области робототехники и автоматизации:

1. Робототехника

- Мобильные роботы: Использование колесных или гусеничных механизмов для создания мобильных роботов, которые могут перемещаться по различным поверхностям. Например, роботы для доставки товаров в магазинах или на складах.

- Манипуляторы: Применение сервоприводов и шаговых двигателей для создания роботизированных манипуляторов, которые могут выполнять задачи, такие как сборка деталей на производственной линии или выполнение хирургических операций.

- Дроны: Использование различных сенсоров (GPS, камеры, ультразвуковые датчики) и механизмов для создания дронов, которые могут выполнять задачи по мониторингу окружающей среды, доставке грузов или съемке видео.

2. Автоматизация

- Умные дома: Интеграция различных датчиков (температуры, движения, света) и исполнительных механизмов (умные выключатели, термостаты) для создания систем автоматизации дома. Например, системы управления освещением и климатом в зависимости от присутствия людей.

- Промышленные автоматизированные системы: Использование конвейерных лент и роботизированных систем для автоматизации производственных процессов. Например, на заводах по сборке автомобилей используются роботы для сварки и покраски кузовов.

- Системы управления доступом: Применение электронных замков и систем видеонаблюдения с возможностью удаленного управления через приложения. Это позволяет автоматизировать процессы контроля доступа в здания.

3. Сельское хозяйство

- Автоматизированные тракторы: Использование GPS и сенсоров для создания автономных тракторов, которые могут обрабатывать поля без участия человека. Эти механизмы могут оптимизировать использование ресурсов и повысить урожайность.

- Системы капельного орошения: Автоматизация полива растений с помощью датчиков влажности почвы и насосов. Это позволяет эффективно использовать воду и улучшать условия роста растений.

4. Здравоохранение

- Роботизированные хирургические системы: Использование манипуляторов с высокой точностью для выполнения сложных хирургических операций. Такие системы позволяют врачам выполнять операции с минимальным вмешательством.

- Мониторинг здоровья: Применение носимых устройств (фитнес-трекеров) с сенсорами для сбора данных о состоянии здоровья пациентов в реальном времени.

Эти примеры демонстрируют широкий спектр применения дополнительных механизмов в различных областях, что способствует повышению эффективности процессов и улучшению качества жизни.

- Краткий обзор языка программирования или платформы, которая будет использоваться на уроке.

Язык программирования Python

Общая информация

- Создатель: Python был создан Гвидо ван Россумом и впервые выпущен в 1991 году.

- Тип: Высокоуровневый, интерпретируемый язык программирования.

- Сфера применения: Широко используется в веб-разработке, анализе данных, машинном обучении, автоматизации, научных вычислениях и многом другом.

Преимущества

- Простота и читаемость: Синтаксис Python очень простой и интуитивно понятный, что делает его идеальным для начинающих программистов.

- Большое сообщество: У Python есть обширное сообщество разработчиков, что обеспечивает множество библиотек и фреймворков для различных задач.

- Кроссплатформенность: Python работает на различных операционных системах, включая Windows, macOS и Linux.

Основные особенности

- Динамическая типизация: Переменные не требуют явного указания типа данных, что упрощает процесс написания кода.

- Поддержка парадигм программирования: Python поддерживает объектно-ориентированное, функциональное и процедурное программирование.

- Библиотеки и фреймворки: Существует множество библиотек для работы с данными (например, NumPy, Pandas), создания веб-приложений (Flask, Django) и машинного обучения (TensorFlow, scikit-learn).

Вот простой пример программы на Python, которая выводит "Hello, World!" на экран:

print("Hello, World!")

Использование в образовании

Python часто используется в образовательных учреждениях благодаря своей простоте и доступности. Он идеально подходит для обучения основам программирования и разработки проектов в таких областях как робототехника и автоматизация.

Python — это мощный инструмент для изучения программирования. Его простота в освоении и широкий спектр применения делают его отличным выбором для уроков по программированию.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (10 МИНУТ)

- Основные команды и конструкции программирования, которые будут использоваться:

- Условия (if/else)

- Циклы (for/while)

- Функции

- Примеры кода для управления механизмами.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА (15 МИНУТ)

- Разделение класса на группы по 3–4 человека.

- Каждая группа получает задание: создать программу для управления выбранным механизмом (например, заставить сервопривод двигаться в определенном направлении).

Для управления сервоприводом с помощью Python можно использовать библиотеку `RPi.GPIO`, при работе с Raspberry Pi. Ниже приведен пример программы для управления сервоприводом на Raspberry Pi.

Пример программы для управления сервоприводом на Raspberry Pi

Необходимые компоненты:

- Raspberry Pi

- Сервопривод

- Блок питания для сервопривода (если требуется)

- Провода для подключения

Подключение:

1. Подключите управляющий провод сервопривода к одному из GPIO-пинов Raspberry Pi (например, GPIO 18).

2. Подключите питание и землю сервопривода.

Установка библиотеки

Убедитесь, что у вас установлена библиотека RPi.GPIO. Если нет, установите ее с помощью команды:

```bash

pip install RPi.GPIO

```

Код программы

```python

import RPi.GPIO as GPIO

import time

Настройка пина

servo_pin = 18 # Пин, к которому подключен сервопривод

# Настройка режима GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(servo_pin, GPIO.OUT)

# Создание объекта PWM для управления сервоприводом

pwm = GPIO.PWM(servo_pin, 50) # Частота 50 Гц

pwm.start(0) # Инициализация с нулевым значением

def set_angle(angle):

duty_cycle = angle / 18 + 2 # Преобразование угла в длительность импульса

pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)

time.sleep(1) # Ожидание завершения движения

try:

while True:

angle = float(input("Введите угол (0-180): ")) # Ввод угла от пользователя

if 0

set_angle(angle)

else:

print("Пожалуйста, введите угол в диапазоне от 0 до 180.")

except KeyboardInterrupt:

pass

Завершение работы и очистка ресурсов

pwm.stop()

GPIO.cleanup()

```

Как работает программа:

1. **Импорт библиотек**: Импортируются необходимые библиотеки для работы с GPIO и временем.

2. **Настройка пинов**: Устанавливается режим работы пинов и настраивается пин для управления сервоприводом.

3. **Создание PWM**: Создается объект PWM для управления углом поворота сервопривода.

4. **Функция set_angle**: Эта функция принимает угол и преобразует его в соответствующий коэффициент заполнения (duty cycle), который передается на сервопривод.

5. **Цикл ввода**: Программа запрашивает у пользователя угол и вызывает функцию `set_angle`, чтобы установить нужное положение сервопривода.

6. **Обработка исключений**: Программа может быть остановлена с помощью комбинации клавиш Ctrl+C.

- Использовать условия и циклы для создания интерактивного поведения.

5. ПРЕЗЕНТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ (5 МИНУТ)

- Каждая группа демонстрирует свою программу и объясняет логику ее работы.

- Обсуждение успешных решений и возможных проблем.

6. ИТОГИ УРОКА (5 МИНУТ)

- Подведение итогов: что нового узнали ученики, какие трудности возникли.

- Ответы на вопросы учащихся.

- ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: написать краткий отчет о проекте, включая код программы и описание работы механизма.

Этот план-конспект можно адаптировать в зависимости от уровня подготовки класса и доступного оборудования.