МИССИЯ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ 001

Smart House Lab

РЕЖИМ СЦЕНЫ • ARDUINO UNO

ПРИКЛЮЧЕНИЕ JSS1 ПО СБОРКЕ И ПРОГРАММИРОВАНИЮ

Сможем ли мы построить дом, который обнаруживает посетителей?

Умный дом, который видит приближающийся объект, зажигает свет и подает звуковой сигнал.

ПОДХОД→ИЗМЕРЕНИЕ→РЕШЕНИЕ→ОПОВЕЩЕНИЕ

Сначала посмотрите на готовый проект. Затем мы вместе построим точно такой же дом.

AI-generated three-quarter view of the completed cardboard smart house project

Generating concept image…

СИМУЛЯЦИЯ МИССИИ

Посмотрите, как работает умный дом

Это визуальная симуляция, а не реальное подключение оборудования.

ДИСТАНЦИЯ100 cm

ОБНАРУЖЕН ПОСЕТИТЕЛЬ!

Повторить симуляцию

ЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

01ПОДХОДПосетитель движется к двери.

02ИЗМЕРЕНИЕУльтразвуковое эхо возвращает расстояние.

03РЕШЕНИЕПрограмма проверяет правило 50 см.

04ОПОВЕЩЕНИЕСветодиод горит; один короткий сигнал отмечает новое приближение.

КОМПЛЕКТ ДЛЯ СБОРКИ

Познакомьтесь с компонентами

У каждой детали в нашем умном доме есть одна четкая задача.

UNO

Arduino Uno

Мозг: считывает данные с датчика и управляет оповещением.

Датчик HC-SR04

Посылает звуковой импульс и измеряет возвращающееся эхо.

Светодиод

Визуальное оповещение, которое светится у двери.

Зуммер

Издает один короткий звук при каждом новом приближении.

Макетная плата

Многоразовая платформа для аккуратных соединений.

Перемычки

Электрические пути между деталями.

Резистор 220–330 Ом

Защищает светодиод, ограничивая ток.

Картон или пенопласт

Доступный корпус дома и устойчивое основание.

СПЛАНИРУЙТЕ, ПРЕЖДЕ ЧЕМ РЕЗАТЬ

Разработайте чертеж дома

Датчик должен быть направлен наружу и не перекрываться картоном.

SENSOR
направлен наружу

LED

ELECTRONICS
отсек доступа

СТЕНЫ

КРЫША

ПЕРЕДНЯЯ ДВЕРЬ

УСТОЙЧИВОЕ ОСНОВАНИЕ

01Оставьте дверной проем для посетителя.

02Установите HC-SR04 над входом или рядом с ним.

03Оставьте Arduino и провода в доступном месте, не запечатывайте их внутри.

ЧЕРТЕЖ → СБОРКА

ЦЕХ СБОРКИ

Соберите картонный дом

Соберите такую же простую и прочную конструкцию, как показано в обзоре.

01
Измерьте и отметьте
Отметьте на картоне стены, дверной проем и крышу.
✓
02
Вырежьте панели
Аккуратно вырежьте детали, оставляя ровные края для соединения.
✓
03
Соедините стены
Соберите квадратный корпус и прикрепите переднюю панель.
✓
04
Прикрепите крышу и основание
Закрепите крышу на устойчивом основании; обеспечьте доступ к электронике.
✓

!Безопасность прежде всего:пользуйтесь режущими инструментами осторожно и под присмотром взрослых.

ПРОВОДКА 01 / ВХОД

Подключите ультразвуковой датчик

По одному проводу за раз. Сопоставьте каждую метку с соответствующим пином Arduino.

ARDUINO
UNO5VGNDD9D10

HC-SR04VCCGNDTRIGECHO

Карта пинов датчика
Контакт датчика	Arduino Uno
VCC	5V
GND	GND
TRIG	D9
ECHO	D10

)))

Идея эха
Датчик посылает звуковой импульс и измеряет время возвращения эха.

ПРОВОДКА 02 / СВЕТ

Подключите светодиод

Светодиод расположен рядом с дверью, чтобы посетитель мог видеть оповещение.

Светодиод у двери

D13

220–330 Ω

GND

D13 → резистор → длинная ножка светодиода → короткая ножка светодиода → GND

Резистор должен оставаться в цепи для ограничения тока и защиты светодиода.

ПРОВОДКА 03 / ЗВУК

Подключите зуммер

Короткий сигнал оповещает о новом приближении, а не о каждом показании датчика.

+−

Зуммер внутри / рядом с входом

+Положительный контакт зуммера (+)D8

−Отрицательный контакт зуммера (−)GND

Одно приближение = один короткий сигнал

Переменная памяти предотвращает повторные сигналы, пока кто-то находится рядом.

ПРЕДПОЛЕТНАЯ ПРОВЕРКА

Проверьте всю цепь

Проследите весь путь перед подключением питания USB.

UNO

✓Питание датчика проверено

✓Пины датчика проверены

✓Полярность светодиода проверена

✓Резистор светодиода установлен

✓Полярность зуммера проверена

✓Все заземления подключены

ВЫКЛЮЧИТЕ ПИТАНИЕ ПРИ МОНТАЖЕОтключите питание USB перед изменением соединений.

ПРОГРАММНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

Входите в лабораторию PictoBlox

Сначала визуальные блоки: учащиеся создают логику, не печатая программу.

PictoBlox • Stage Mode

BLOCKS

РЕЖИМ СЦЕНЫ

when green flag clicked

forever

read distance

01Откройте PictoBlox.
02Выберите Block Coding и Arduino Uno.
03Подключите соответствующий COM-порт.
04Выберите Stage Mode (Режим сцены).
05Загрузите необходимую прошивку, если появится запрос.
06Держите Arduino подключенным во время работы в режиме Stage Mode.

Интерфейс показан в качестве иллюстрации. Названия блоков PictoBlox могут отличаться в зависимости от версии и расширения.

ПАЛИТРА БЛОКОВ

Найдите необходимые блоки PictoBlox

Ищите функцию, затем подберите наиболее подходящее название в вашей версии.

СОБЫТИЯ

when green flag clicked

УПРАВЛЕНИЕ

forever

if then

if then else

wait

ОПЕРАТОРЫ

< less than

= equals

ПЕРЕМЕННЫЕ

create someoneNear

set someoneNear to 0

ARDUINO / РАСШИРЕНИЕ

ultrasonic distance in cm

digital pin HIGH / LOW

play tone, if available

ПРОВЕРКА ВЕРСИИНазвания блоков могут отличаться. Не выдумывайте блоки: если блок тона недоступен, используйте совместимый резервный код Arduino или задокументированную поддерживаемую альтернативу.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПАМЯТИ

Создайте переменную someoneNear

Этот крошечный переключатель памяти делает оповещение «умным».

someoneNear0

READY FOR A NEW APPROACH

0Ни одно из текущих приближений не вызвало звукового сигнала. Новый посетитель может активировать зуммер.

1Этот подход уже подал сигнал. Оставьте светодиод включенным, но больше не шумите.

0→1→0приходит посетитель → посетитель остается → посетитель уходит

БЛОЧНАЯ ПРОГРАММА / ОСНОВНОЙ МЕТОД

Создайте программу в PictoBlox

Расположите визуальную логику в таком порядке. Это целевые функции; точные названия могут отличаться.

when green flag clicked

set someoneNear to 0

set digital pin 13 output to LOW

forever

read ultrasonic distance: TRIG 9 / ECHO 10

if distance < 50 then

set digital pin 13 output to HIGH

if someoneNear = 0 then

set someoneNear to 1

play tone on pin 8: 1000 Hz / 0.3 s

else

set digital pin 13 output to LOW

set someoneNear to 0

wait 0.1 seconds

МЕНЬШЕ 50 СМСветодиод горит.

ПЕРВОЕ ОБНАРУЖЕНИЕОдин короткий сигнал, затем someoneNear становится равным 1.

ОТДАЛЯЕТСЯСветодиод выключен; сброс в 0 для следующего приближения.

СОВЕТ ПО НАДЕЖНОСТИРассматривайте некорректное или отсутствующее показание как отсутствие обнаружения, если ваши блоки предусматривают такое условие.

ДУМАЙТЕ КАК ПРОГРАММИСТ

Разберитесь в логике программы

Следуйте по светящемуся пути: цикл никогда не прекращает проверку.

СТАРТ

↓

СЧИТАТЬ РАССТОЯНИЕ

↓

Расстояние меньше 50 см?

YES

ВКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОД

↓

Уже прозвучал сигнал?

NOОДИН СИГНАЛ УСТАНОВИТЬ 1

YESМОЛЧАТЬ

СВЕТОДИОД ВЫКЛ УСТАНОВИТЬ 0

↻ ПОВТОРЯТЬ БЕСКОНЕЧНО

ТЕСТ МИССИИ

Загрузка и тестирование в PictoBlox

Анимация показывает ожидаемые результаты; она не считывает данные с реальной платы Arduino.

МОНИТОР СИМУЛЯЦИИ

> distance = 72 cmСВЕТОДИОД ВЫКЛ • БЕЗ ЗВУКА

> distance = 38 cmСВЕТОДИОД ВКЛ • ОДИН СИГНАЛ

> distance = 91 cmСВЕТОДИОД ВЫКЛ • СБРОС

01Подтвердите плату Arduino.
02Подтвердите COM-порт и прошивку.
03Проверьте подключения датчика и исполнительного механизма.
04Запустите программу PictoBlox.
05Протестируйте, поднеся руку или объект на разном расстоянии.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫДальше 50 см: выключено и тихо. В пределах 50 см: светодиод включен и один звуковой сигнал. Удаление: выключено и снова готово.

РЕЗЕРВНЫЙ РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС

Блоки отсутствуют? Не проблема.

Этот скетч на Arduino C++ является резервным вариантом для совместимого процесса программирования Arduino, а не для визуальных блоков PictoBlox.

arduino_backup.inoКопировать код

СООТВЕТСТВИЕ ПИНОВTRIG 9, ECHO 10, LED 13, зуммер 8.

РАСЧЕТ РАССТОЯНИЯpulseIn считывает время эха; формула переводит его в сантиметры.

ПАМЯТЬsomeoneNear предотвращает повторные сигналы, пока объект находится рядом.

КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬПереключитесь на совместимый рабочий процесс, например Arduino IDE, загрузите скетч, затем протестируйте.

ОТЛАДОЧНЫЙ ОТСЕК ИНЖЕНЕРА

Поиск и устранение неисправностей для инженеров

Найдите симптом, проверьте самую простую причину и протестируйте снова.

Отсутствует блок датчика

Подтвердите использование Arduino Uno и правильного расширения. Проверьте поддержку в вашей версии PictoBlox; при необходимости используйте резервный вариант.

Отсутствует блок зуммера

Проверьте блоки тона или актуатора. Цифровые значения HIGH/LOW не автоматически создают правильный тон.

Светодиод не горит

Проверьте полярность, резистор, D13 и GND.

Зуммер не пищит

Проверьте полярность, D8, GND и выбранный метод программирования.

↺

Показания расстояния недостоверны

Проверьте TRIG, ECHO, направление датчика, питание и надежность соединений.

↺

Программа не запускается

Проверьте выбор платы, COM-порт, USB-кабель и прошивку Stage Mode.

МИССИЯ ВЫПОЛНЕНА

Вы спроектировали его. Вы построили его. Вы его запрограммировали.

Теперь объясните, как ваш умный дом обнаруживает приближающегося посетителя.

ПОДХОД→ИЗМЕРЕНИЕ→РЕШЕНИЕ→ОПОВЕЩЕНИЕ

✓Дом построен

✓Датчик установлен

✓Светодиод и зуммер подключены

✓Блоки расставлены и протестированы

✓Резервный код доступен

Используйте клавиши-стрелки ← → для навигации