1ЕСЛИ показание > порог_высокий ТО
2 состояние = "высокий уровень"
3ИНАЧЕ ЕСЛИ показание < порог_низкий ТО
4 состояние = "низкий уровень"
5ИНАЧЕ
6 состояние = "средний уровень"
7КОНЕЦ ЕСЛИ
⏰ Временные фильтры:
Игнорировать кратковременные всплески
Учитывать только стабильные изменения
Защита от ложных срабатываний
🔬 Демонстрационные эксперименты
Проверяем теорию на практике
👁️ Эксперимент 1: Световой датчик
🎯 Цель: Исследовать зависимость показаний датчика освещенности от яркости света.
🧰 Оборудование:
Фоторезистор, подключенный к контроллеру
Настольная лампа
Листы бумаги для затенения
📋 Методика:
Измерить показания при комнатном освещении
Приблизить лампу к датчику
Закрыть датчик рукой
Использовать разное количество листов бумаги как фильтры
📊 Результаты измерений:
Условие освещения
Показание датчика
Примечания
Комнатный свет
___
Базовый уровень
Лампа близко
___
Максимум
Закрыт рукой
___
Минимум
1 лист бумаги
___
Легкое затенение
2 листа бумаги
___
Среднее затенение
3 листа бумаги
___
Сильное затенение
🧮 Анализ:
Как изменяются показания при изменении освещенности?
Линейная ли эта зависимость?
Какой диапазон значений выдает датчик?
📏 Эксперимент 2: Ультразвуковой дальномер
🎯 Цель: Проверить точность измерения расстояния ультразвуковым датчиком.
🧰 Оборудование:
Ультразвуковой датчик HC-SR04
Линейка или рулетка
Различные объекты для отражения
📋 Методика:
Поставить плоский объект на известном расстоянии
Измерить расстояние датчиком
Сравнить с реальным расстоянием
Повторить для разных расстояний
📊 Результаты измерений:
Реальное расстояние, см
Показание датчика, см
Погрешность, см
Погрешность, %
10
___
___
___%
20
___
___
___%
30
___
___
___%
50
___
___
___%
100
___
___
___%
200
___
___
___%
🔍 Дополнительные испытания:
Как влияет материал объекта? (картон, металл, ткань)
Как влияет угол поверхности?
Работает ли датчик на очень близких расстояниях?
🎵 Эксперимент 3: Датчик звука
🎯 Цель: Исследовать чувствительность микрофона к звукам разной громкости.
🧰 Оборудование:
Микрофон, подключенный к АЦП контроллера
Источники звука разной громкости
📋 Методика:
Измерить фоновый шум в тишине
Хлопнуть в ладоши на разных расстояниях
Произнести слова разной громкости
Использовать музыкальные инструменты
📊 Результаты измерений:
Источник звука
Расстояние, см
Показание датчика
Характер сигнала
Тишина
-
___
Постоянный
Шепот
10
___
Слабые колебания
Обычная речь
50
___
Средние колебания
Громкий голос
50
___
Сильные колебания
Хлопок
100
___
Короткий импульс
Музыка
30
___
Сложные колебания
🎼 Интересные наблюдения:
Отличаются ли показания для разных голосов?
Как датчик реагирует на высокие и низкие звуки?
Можно ли различить музыкальные ноты?
🤚 Эксперимент 4: Датчик касания
🎯 Цель: Исследовать различные типы касаний и их влияние на показания датчика.
🧰 Оборудование:
Тактильная кнопка
Датчик давления (если есть)
Предметы разной жесткости
📋 Методика:
Легкое касание
Сильное нажатие
Нажатие разными предметами
Многократные быстрые нажатия
📊 Результаты наблюдений:
Тип воздействия
Показание датчика
Время срабатывания
Примечания
Легкое касание
___
___ мс
Сильное нажатие
___
___ мс
Касание ручкой
___
___ мс
Касание резинкой
___
___ мс
Быстрые нажатия
___
___ мс
🔍 Вопросы для анализа:
Есть ли разница между быстрым и медленным нажатием?
Влияет ли материал на качество контакта?
Как быстро срабатывает датчик?
🤖 Практическое применение датчиков
Роботы в действии
🚗 Робот-следопыт
🎯 Задача: Робот должен ехать по черной линии на белом фоне.
📡 Необходимые датчики:
2-3 датчика освещенности расположенных рядом
Направлены вниз на поверхность
🧠 Алгоритм работы:
1ПОСТОЯННО:
2 левый_датчик = Считать_левый_датчик()
3 центральный_датчик = Считать_центральный_датчик()
4 правый_датчик = Считать_правый_датчик()
5 6 ЕСЛИ центральный_датчик < порог ТО
7 // Едем по линии
8 Двигаться_прямо()
9 ИНАЧЕ ЕСЛИ левый_датчик < порог ТО
10 // Линия ушла влево
11 Поворачивать_влево()
12 ИНАЧЕ ЕСЛИ правый_датчик < порог ТО
13 // Линия ушла вправо
14 Поворачивать_вправо()
15 ИНАЧЕ
16 // Линия потеряна
17 Искать_линию()
18 КОНЕЦ ЕСЛИ
19КОНЕЦ ПОСТОЯННО
📊 Настройка пороговых значений:
Измерить показания на белой поверхности
Измерить показания на черной линии
Установить порог посередине между ними
🏃 Робот-избегатель препятствий
🎯 Задача: Робот ездит по комнате, обходя препятствия.
📡 Необходимые датчики:
Ультразвуковой дальномер спереди
Дополнительно: ИК-датчики по бокам
🧠 Алгоритм работы:
1ПОСТОЯННО:
2 расстояние = Измерить_расстояние_впереди()
3 4 ЕСЛИ расстояние > безопасное_расстояние ТО
5 Двигаться_вперед()
6 ИНАЧЕ
7 Остановиться()
8 9 // Выбираем направление поворота
10 расстояние_слева = Измерить_расстояние_слева()
11 расстояние_справа = Измерить_расстояние_справа()
1213 ЕСЛИ расстояние_слева > расстояние_справа ТО
14 Повернуть_налево()
15 ИНАЧЕ
16 Повернуть_направо()
17 КОНЕЦ ЕСЛИ
18 КОНЕЦ ЕСЛИ
19КОНЕЦ ПОСТОЯННО
🎚️ Настройка параметров:
Безопасное расстояние: 20-30 см
Угол поворота: 15-45 градусов
Скорость движения: средняя
🕹️ Робот с дистанционным управлением
🎯 Задача: Управлять роботом с помощью звуковых команд.
📡 Необходимые датчики:
Микрофон для восприятия команд
Датчики столкновения для безопасности
🧠 Алгоритм работы:
1ПОСТОЯННО:
2 уровень_звука = Считать_микрофон()
3 4 ЕСЛИ уровень_звука > порог_команды ТО
5 Ждать 0.5 секунды // Пауза для завершения команды
6 7 длительность_звука = Измерить_длительность_команды()
8 9 ЕСЛИ длительность_звука < 0.5 секунды ТО
10 // Короткая команда - поворот
11 Повернуть_направо()
12 ИНАЧЕ ЕСЛИ длительность_звука < 1.5 секунды ТО
13 // Средняя команда - движение вперед
14 Двигаться_вперед()
15 ИНАЧЕ
16 // Длинная команда - движение назад
17 Двигаться_назад()
18 КОНЕЦ ЕСЛИ
19 КОНЕЦ ЕСЛИ
2021 // Проверка безопасности
22 ЕСЛИ Нажата_кнопка_столкновения() ТО
23 Остановиться()
24 Двигаться_назад()
25 КОНЕЦ ЕСЛИ
26КОНЕЦ ПОСТОЯННО
🏠 Умный дом на колесах
🎯 Задача: Робот следит за климатом и освещением.
📡 Необходимые датчики:
Датчик температуры для контроля климата
Датчик освещенности для управления светом
Датчик влажности для полива растений
Часы реального времени для расписания
🧠 Алгоритм работы:
1ПОСТОЯННО:
2 температура = Считать_температуру()
3 освещенность = Считать_освещенность()
4 влажность = Считать_влажность()
5 время = Считать_время()
6 7 // Контроль температуры
8 ЕСЛИ температура > 25°C ТО
9 Включить_вентилятор()
10 ИНАЧЕ ЕСЛИ температура < 20°C ТО
11 Включить_обогреватель()
12 ИНАЧЕ
13 Выключить_климат()
14 КОНЕЦ ЕСЛИ
1516 // Контроль освещения
17 ЕСЛИ освещенность < 100 И время > 18:00 ТО
18 Включить_свет()
19 ИНАЧЕ ЕСЛИ освещенность > 500 ИЛИ время < 7:00 ТО
20 Выключить_свет()
21 КОНЕЦ ЕСЛИ
2223 // Полив растений
24 ЕСЛИ влажность < 30% И время = 8:00 ТО
25 Включить_полив()
26 Ждать 10 секунд
27 Выключить_полив()
28 КОНЕЦ ЕСЛИ
2930 Ждать 1 минуту // Проверяем раз в минуту
31КОНЕЦ ПОСТОЯННО
🎮 Игровой робот
🎯 Задача: Робот играет в простые игры с человеком.
📡 Необходимые датчики:
Кнопки для ввода команд
Светодиоды для вывода информации
Зуммер для звуковых сигналов
Датчик случайности (таймер)
🎲 Игра “Угадай число”:
1НАЧАЛО_ИГРЫ:
2 загаданное_число = Случайное_число(1, 10)
3 попытки = 0
4 5 ПОКА попытки < 3:
6 Показать_приглашение_ввода()
7 8 // Ввод числа кнопками (1-10)
9 введенное_число = Ждать_ввод_числа()
10 попытки = попытки + 1
1112 ЕСЛИ введенное_число = загаданное_число ТО
13 Показать_победу()
14 ВЫХОД
15 ИНАЧЕ ЕСЛИ введенное_число < загаданное_число ТО
16 Показать_сигнал("больше")
17 ИНАЧЕ
18 Показать_сигнал("меньше")
19 КОНЕЦ ЕСЛИ
20 КОНЕЦ ПОКА
2122 Показать_поражение()
23 Показать_правильный_ответ(загаданное_число)
24КОНЕЦ_ИГРЫ
🏠 Домашнее задание
📋 Обязательные задания
1. Исследование датчика (на выбор)
Выберите один тип датчика и подготовьте о нем подробное сообщение:
📋 План сообщения:
Физический принцип работы
Где применяется в технике
Преимущества и недостатки
Интересные факты
Примеры использования в роботах
Варианты датчиков:
📸 Камеры и системы технического зрения
🗣️ Датчики голоса и распознавания речи
🧭 GPS и системы навигации
🌡️ Тепловизоры и ИК-датчики
⚖️ Датчики веса и силы
💨 Датчики газов и химического состава
2. Проект робота с датчиками
Придумайте и опишите робота, который использует не менее 3 различных датчиков:
📝 Описание проекта:
Назначение робота (что он делает?)
Список всех датчиков с обоснованием выбора
Алгоритм работы в виде блок-схемы
Примеры ситуаций, когда робот будет полезен
🎯 Дополнительные задания (по выбору)
🔬 Для исследователей:
Проведите домашний эксперимент с “датчиками”:
Используйте смартфон как многофункциональный датчик
Измерьте освещенность в разных комнатах
Определите уровень шума в разное время дня
Проверьте точность акселерометра при наклонах
Сделайте выводы о точности и применимости
💻 Для программистов:
Изучите приложения, использующие датчики смартфона:
Шагомер (акселерометр)
Компас (магнетометр)
Уровень (гироскоп)
Барометр (датчик давления)
Термометр (датчик температуры)
Опишите принцип работы 2-3 приложений.
🎨 Для творческих:
Придумайте фантастический датчик будущего:
Что он будет измерять?
Как будет работать?
Где применяться?
Нарисуйте схему устройства
Опишите принцип работы
🌐 Полезные ресурсы
📚 Для изучения:
Энциклопедия датчиков и сенсоров
Принципы работы MEMS-устройств
Системы технического зрения
Беспроводные сенсорные сети
💻 Симуляторы:
Виртуальные лаборатории физики
Симуляторы работы датчиков
Программы для анализа сигналов
🎥 Видеоматериалы:
“Как работают датчики в смартфоне”
“Сенсоры в автомобилях будущего”
“Роботы с искусственными органами чувств”
🎉 Подведение итогов урока
🏆 Наши открытия
🔍 Что мы узнали:
✅ Датчики - это “органы чувств” роботов
✅ Физические явления превращаются в электрические сигналы
✅ Компьютеры работают с цифровыми значениями
✅ Калибровка необходима для точных измерений
✅ Комбинирование датчиков создает “умное” поведение
🛠️ Практические навыки:
✅ Различать типы датчиков по назначению
✅ Понимать принципы преобразования сигналов
✅ Проводить простые эксперименты с датчиками
✅ Анализировать показания и делать выводы
✅ Программировать алгоритмы обработки данных
🌟 Главные выводы
🎯 Ключевые идеи урока:
“Датчики - это мост между физическим и цифровым миром”
“Чем больше датчиков, тем умнее робот”
“Правильная калибровка - основа точных измерений”
🔮 Датчики будущего:
Искусственная кожа с тактильными ощущениями
Электронный нос для распознавания запахов
Нейрочипы для чтения мыслей
Квантовые сенсоры сверхвысокой точности
📊 Рефлексия “Датчик знаний”
🎯 Оцените свое понимание темы:
1Мой "датчик знаний" показывает:
230────2────4────6────8────10
4│ │ │ │ │ │
5Ничего Немного Половину Много Все понял!
💭 Отметьте на шкале:
Где вы находитесь сейчас?
Что было самым интересным?
Какие вопросы остались?
О чем хотите узнать больше?
🔮 Следующий урок: “Практическая работа: программирование датчиков”
🎯 Готовимся к практике:
Подключение датчиков к контроллеру
Программирование считывания данных
Создание системы реагирования на сенсоры
Отладка работы датчиков
📡 ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В МИР УМНЫХ ДАТЧИКОВ! Теперь роботы могут чувствовать мир как мы!