12. Практическая работа «Программирование пульта дистанционного управления. Дистанционное управление роботами»

Модуль: Системы дистанционного управления робототехническими комплексами

Тема урока: Практическая работа «Программирование пульта дистанционного управления. Дистанционное управление роботами»

Цель урока: Сформировать практические навыки программирования и настройки систем дистанционного управления для робототехнических устройств.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать принципы работы систем дистанционного управления роботами
• Понимать особенности настройки приемников и передатчиков
• Уметь программировать интерфейс управления и обрабатывать входящие сигналы
• Владеть навыками создания системы дистанционного управления роботом

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий, контролировать и корректировать процесс настройки системы управления
• Познавательные УУД: анализ работы приемо-передающих устройств, поиск оптимальных решений для обеспечения стабильной связи
• Коммуникативные УУД: умение работать в группе, распределять обязанности, координировать действия

Личностные:

• Развитие технического мышления и творческого подхода к решению задач
• Формирование ответственного отношения к управлению техническими системами
• Воспитание настойчивости при преодолении технических трудностей

Задачи урока:

1. Актуализировать знания о принципах дистанционного управления и беспроводных каналах связи
2. Освоить технологию настройки и оптимизации работы приемо-передающих устройств
3. Научить программировать интерфейс пульта дистанционного управления
4. Сформировать навыки обработки команд, поступающих от пульта к роботу
5. Создать и отладить систему беспроводного управления роботом

Тип урока: Практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Робототехнические наборы с контроллерами, поддерживающими беспроводную связь
• Модули беспроводной связи (Bluetooth, Wi-Fi, радиомодули)
• Пульты дистанционного управления или смартфоны/планшеты
• Компьютеры с установленной средой программирования
• Программное обеспечение для создания мобильных приложений (при необходимости)
• Презентация с примерами программного кода для обработки сигналов
• Таблицы с техническими характеристиками беспроводных модулей
• Инструкционные карты для настройки связи
• Полигон для тестирования управляемых роботов

Образовательные технологии: Проектная деятельность, работа в малых группах, практико-ориентированное обучение, проблемное обучение

Межпредметные связи:

• Физика: настройка приемника и передатчика, оптимизация дальности связи, принципы распространения радиоволн
• Информатика: программирование интерфейса управления, обработка входящих сигналов, протоколы передачи данных
• Математика: расчеты параметров сигналов, калибровка датчиков
• Технология: конструирование пультов управления, эргономика

Задача: Создать систему управления роботом через Bluetooth-соединение с использованием смартфона в качестве пульта. Требования:

• Создание мобильного приложения с виртуальными джойстиками и кнопками
• Настройка Bluetooth-модуля на роботе
• Реализация функций движения и выполнения дополнительных действий
• Индикация состояния соединения

Задача: Настроить систему управления роботом с помощью радиоканала. Требования:

• Настройка радиомодуля на роботе для приема сигналов
• Программирование обработки сигналов от стандартного RC-пульта
• Реализация плавного управления скоростью и направлением движения
• Добавление аварийной остановки при потере сигнала

Задача: Создать веб-интерфейс для управления роботом через Wi-Fi соединение. Требования:

• Настройка Wi-Fi модуля на роботе
• Создание веб-сервера с интерфейсом управления
• Реализация передачи команд через веб-сокеты
• Добавление элементов обратной связи (статус выполнения команды)

#include <SoftwareSerial.h>

// Настройка пинов для Bluetooth-модуля
SoftwareSerial bluetoothSerial(10, 11); // RX, TX

// Пины для управления моторами
const int motorLeftA = 3;
const int motorLeftB = 5;
const int motorRightA = 6;
const int motorRightB = 9;

// Переменные для хранения команд
char command = 0;
int speedLeft = 0;
int speedRight = 0;

void setup() {
  // Инициализация последовательных портов
  Serial.begin(9600);
  bluetoothSerial.begin(9600);
  
  // Настройка пинов моторов на выход
  pinMode(motorLeftA, OUTPUT);
  pinMode(motorLeftB, OUTPUT);
  pinMode(motorRightA, OUTPUT);
  pinMode(motorRightB, OUTPUT);
  
  Serial.println("Bluetooth система управления инициализирована");
}

void loop() {
  // Проверка наличия данных от Bluetooth
  if (bluetoothSerial.available()) {
    // Чтение команды
    command = bluetoothSerial.read();
    
    // Обработка команд
    switch(command) {
      case 'F': // Вперед
        moveForward();
        break;
      case 'B': // Назад
        moveBackward();
        break;
      case 'L': // Влево
        turnLeft();
        break;
      case 'R': // Вправо
        turnRight();
        break;
      case 'S': // Стоп
        stopMotors();
        break;
      case 'X': // Скорость (следующие два байта - значения)
        if (bluetoothSerial.available() >= 2) {
          speedLeft = bluetoothSerial.read();
          speedRight = bluetoothSerial.read();
          setSpeed(speedLeft, speedRight);
        }
        break;
    }
    
    // Отправка подтверждения
    bluetoothSerial.println("OK");
  }
  
  // Проверка состояния связи
  static unsigned long lastCommandTime = 0;
  if (millis() - lastCommandTime > 3000) {
    // Если давно не было команд - остановка моторов
    stopMotors();
  }
}

// Функции управления движением
void moveForward() {
  analogWrite(motorLeftA, speedLeft);
  analogWrite(motorLeftB, 0);
  analogWrite(motorRightA, speedRight);
  analogWrite(motorRightB, 0);
  Serial.println("Движение вперед");
}

void moveBackward() {
  analogWrite(motorLeftA, 0);
  analogWrite(motorLeftB, speedLeft);
  analogWrite(motorRightA, 0);
  analogWrite(motorRightB, speedRight);
  Serial.println("Движение назад");
}

void turnLeft() {
  analogWrite(motorLeftA, 0);
  analogWrite(motorLeftB, speedLeft);
  analogWrite(motorRightA, speedRight);
  analogWrite(motorRightB, 0);
  Serial.println("Поворот налево");
}

void turnRight() {
  analogWrite(motorLeftA, speedLeft);
  analogWrite(motorLeftB, 0);
  analogWrite(motorRightA, 0);
  analogWrite(motorRightB, speedRight);
  Serial.println("Поворот направо");
}

void stopMotors() {
  analogWrite(motorLeftA, 0);
  analogWrite(motorLeftB, 0);
  analogWrite(motorRightA, 0);
  analogWrite(motorRightB, 0);
  Serial.println("Остановка");
}

void setSpeed(int left, int right) {
  speedLeft = left;
  speedRight = right;
  Serial.print("Установка скорости: L=");
  Serial.print(speedLeft);
  Serial.print(", R=");
  Serial.println(speedRight);
}

Arduino     HC-05 Bluetooth
5V    --------- VCC
GND   --------- GND
Pin 10 --------- TXD (через делитель напряжения)
Pin 11 --------- RXD

[Схема блоков MIT App Inventor для создания простого пульта управления]

1. Блок инициализации Bluetooth-соединения
2. Блок управления джойстиком (преобразование координат в команды)
3. Блок отправки команд на робота
4. Блок индикации состояния соединения
5. Блок обработки кнопок дополнительных функций

1. Настройка приемника и передатчика:

   • Правильное расположение антенн (перпендикулярно направлению сигнала)
   • Корректная настройка скорости передачи данных (бодрейта)
   • Выбор оптимальной мощности передатчика

2. Оптимизация дальности связи:

   • Использование внешних антенн для увеличения дальности
   • Минимизация помех от металлических конструкций
   • Учет ограничений по прямой видимости для некоторых типов связи

3. Повышение надежности:

   • Внедрение проверки целостности данных
   • Реализация автоматического восстановления соединения
   • Программная фильтрация помех и ложных сигналов

Настройка системы связи (0-5 баллов):

• Правильность подключения и настройки модуля связи (0-2)
• Стабильность соединения (0-2)
• Оптимальная дальность действия (0-1)

Программирование пульта управления (0-5 баллов):

• Функциональность интерфейса управления (0-2)
• Эргономичность и удобство использования (0-1)
• Эффективность формирования и передачи команд (0-2)

Программирование обработки команд (0-5 баллов):

• Корректность обработки всех типов команд (0-2)
• Плавность и точность управления роботом (0-2)
• Обработка нештатных ситуаций (0-1)

Общий результат работы (0-5 баллов):

• Надежность работы системы в целом (0-2)
• Скорость отклика на команды (0-1)
• Качество практической демонстрации (0-1)
• Оригинальность и творческий подход (0-1)

Максимальный балл: 20 Шкала перевода в оценку:

• 18-20 баллов - “5”
• 14-17 баллов - “4”
• 10-13 баллов - “3”
• менее 10 баллов - “2”

Фамилия, имя: _________________________
Группа: _______

3 вещи, которые удалось реализовать:
1. ________________________________________
2. ________________________________________
3. ________________________________________

2 трудности, с которыми столкнулись:
1. ________________________________________
2. ________________________________________

1 идея для усовершенствования системы:
________________________________________
________________________________________

Моя оценка работы нашей группы (от 1 до 5): _______