«Датчик цвета. Составление программ с использованием датчика цвета».
план-конспект занятия (5 класс)

Конспект занятия «Датчик цвета.

Составление программ с использованием датчика цвета».

Цель: изучить датчик цвета и его применение.

Задачи:

• закрепить умения строить модели роботов в зависимости от поставленной цели, научиться решать задачи с использованием датчика цвета;
• развитие памяти, воображения и технического мышления, развитие мелкой моторики рук;
• воспитание самостоятельности, аккуратности и внимательности в работе, умения работать в группе.

Ход занятия:

- Давайте вспомним какие датчики есть у робота? Какие мы уже подробно изучили? Для чего они нужны?

Целью нашего сегодняшнего занятия будет изучить датчик цвета и научиться решать задачи с его использованием.

Датчик цвета может работать в трех различных режимах:

• в режиме "Цвет" датчик может определить цвет поднесенного к нему предмета;
• в режиме "Яркость отраженного света", датчик направляет световой луч на близкорасположенный предмет и по отраженному пучку определяет яркость предмета;
• в режиме "Яркость внешнего освещения" датчик может определить, насколько ярко освещено пространство вокруг.

Датчик цвета. Режим "Цвет"

В режиме "Цвет" датчик цвета достаточно точно умеет определять семь базовых цветов предметов, находящихся от него на расстоянии примерно в 1 см.

Это цвета: "черный"=1, "синий"=2, "зеленый"=3, "желтый"=4, "красный"=5, "белый"=6 и "коричневый"=7. Если предмет удален от датчика или некорректно определяется цвет предмета - датчик информирует об этом состоянием "Без цвета"=0.

А теперь перейдем к практическому занятию.

Задача 1: необходимо написать программу, называющую цвета предметов, подносимых к датчику цвета.

- Вы уже собирали своего тренировочного робота по инструкции этого курса, у вас датчик цвета уже размещен внутри робота и направлен вниз. Потребуется приложить некоторые усилия, может быть даже слегка разобрать или собрать нашу конструкцию, чтобы подключить кабелем датчик цвета, например к порту "2" модуля EV3. Для отладки программы нам также понадобится несколько цветных предметов: это могут быть кирпичики конструктора Lego, полоски цветной бумаги или цветные кубики. Для лучшего результата следует взять цвета, максимально приближенные к основным, но датчик довольно неплохо справляется с распознаванием подходящих оттенков. Чтобы не снимать датчик цвета и не крепить его в другом месте, во время выполнения программы можно держать робота перевернутым вверх колесами.

Оранжевая палитра, программный блок "Переключатель"

- В решении задачи нам поможет программный блок "Переключатель" оранжевой палитры. Этот блок в зависимости от настроек выбирает для выполнения программные блоки, расположенные в одном из своих контейнеров. Рассмотрим настройку этого блока в режиме работы с датчиком цвета.

- Создадим новую программу, установим в программе блок "Переключатель", выберем режим "Датчик цвета" - "Измерение" - "Цвет". В отличие от программного блока "Ожидание", программный блок "Переключатель" не ждет, пока наступит определенное событие, а проверяет текущее состояние и выполняет программные блоки, находящиеся в контейнере, сопоставленном текущему состоянию.

- Рассмотрим подробнее настройки программного блока "Переключатель":

• выбранный режим устанавливает изображение датчика цвета в блоке;
• порт, к которому подключен датчик, отображается в соответствующем поле блока (поз. 2);
• в настройках каждого программного контейнера выбирается значение, в соответствии с которым будут выполняться программные блоки, вложенные в этот контейнер (поз. 3);
• один из контейнеров должен быть "Вариантом по умолчанию" - в случае, если значению, полученному от датчика, не соответствует ни один контейнер, то выполняется контейнер, объявленный, "Вариантом по умолчанию" (поз. 4);
• кнопка "+" добавляет программный контейнер в блоке "Переключатель" (поз. 5);
• программный блок "Переключатель" может автоматически растягиваться, чтобы вместить все блоки, помещаемые внутрь. С помощью меток, помеченных красными стрелками, можно самому изменять размеры блока.

 - Продолжим формирование программного блока "Переключатель":

• создадим необходимое количество контейнеров, соответствующее количеству цветов для распознавания + вариант "Без цвета",
• в настройках контейнеров установим распознаваемые цвета,
• вариантом по умолчанию выберем вариант "Без цвета",
• в каждый контейнер кроме варианта "Без цвета" (этот контейнер останется пустым) поместим программный блок "Звук" зеленой палитры.
• каждому цвету сопоставим соответствующий звуковой файл.

 - Продолжим формирование программного блока "Переключатель":

• создадим необходимое количество контейнеров, соответствующее количеству цветов для распознавания + вариант "Без цвета",
• в настройках контейнеров установим распознаваемые цвета,
• вариантом по умолчанию выберем вариант "Без цвета",
• в каждый контейнер кроме варианта "Без цвета" (этот контейнер останется пустым) поместим программный блок "Звук" зеленой палитры.
• каждому цвету сопоставим соответствующий звуковой файл.

- Наш программный блок "Переключатель" значительно увеличился в размерах. Специальная кнопка (поз. 1) позволяет переключить режим отображения блока на экране на "Вид с вкладками". Изменим размеры блока для комфортного визуального отображения. 

Осталось вставить наш настроенный программный блок "Переключатель" внутрь программного блока "Цикл" Оранжевой палитры. Программа готова! Загрузим её в робота и протестируем работу!

Оранжевая палитра, программный блок "Прерывание цикла"

- Добавим в нашу программу движение. Сделаем следующее поле для выполнения задания:

• возьмем белый лист бумаги формата A4 или A3;
• нанесем на него последовательно, на равном расстоянии, несколько цветных полос (полосы можно наклеить из цветной бумаги, цветной изоленты или нарисовать и закрасить);
• можно также загрузить подготовленное изображение и распечатать его на цветном принтере;
• последнюю полосу сделаем черного цвета.

Задача 2: необходимо написать программу прямолинейного движения робота, называющего цвета полос, над которыми он проезжает. При достижении черной полосы робот проговаривает "Stop" и останавливается.

- За основу решения данной задачи возьмем программу, решающую задачу 1. При решении задачи 2 нам потребуется прервать выполнение цикла. Этой цели служит программный блок "Прерывание цикла" оранжевой палитры. С помощью данного блока можно организовать выход из цикла, заданного параметром "Имя прерывания" (поз. 1).

Датчик цвета – режим "Яркость отраженного света"

- Итак, мы приступаем к изучению следующего режима работы датчика цвета, который называется "Яркость отраженного света". В этом режиме датчик цвета направляет поток красного света на близкорасположенный предмет или поверхность и измеряет количество отраженного света. Более темные предметы будут поглощать световой поток, поэтому датчик будет показывать меньшее значение, по сравнению с более светлыми поверхностями. Диапазон значений датчика измеряется от 0 (очень темный) до 100 (очень яркий). Данный режим работы датчика цвета используется во множестве задач по робототехнике, например, для организации движения робота по заданному маршруту вдоль черной линии, нанесенной на белое покрытие. При использовании этого режима рекомендуется располагать датчик таким образом, чтобы расстояние от него до исследуемой поверхности составляло примерно 1 см.

- Перейдем к практическим заданиям: датчик цвета уже установлен на нашем роботе и направлен вниз к поверхности покрытия, по которому будет передвигаться наш робот. Расстояние между датчиком и полом соответствует рекомендуемому. Датчик цвета уже подключен к порту "2" модуля EV3. Давайте загрузим среду программирования, подключим робота к среде и для проведения замеров воспользуемся полем с цветными полосами, изготовленным нами для выполнения заданий. Установим робота, таким образом, чтобы датчик цвета расположился над белой поверхностью. "Страницу аппаратных средств" среды программирования переключим в режим "Просмотр портов" (поз. 1). В этом режиме мы можем наблюдать все выполненные нами подключения.

- На рисунке изображено подключение к портам "B" и "C" двух больших моторов, а к порту "2" - датчика цвета.    

- Для выбора варианта отображения показаний датчиков необходимо нажать на изображение датчика и выбрать нужный режим.

- Давайте теперь порешаем практические задачи.

Задача 3: необходимо написать программу движения робота, останавливающегося при достижении черной линии.

Решение:

- Проведенный эксперимент показал нам, что при пересечении черной линии, значение датчика цвета в режиме "Яркость отраженного света" равняется 6. Значит, для выполнения задачи 3, наш робот должен двигаться прямолинейно, пока искомое значение датчика цвета не станет меньше 7. Воспользуемся уже знакомым нам программным блоком "Ожидание" оранжевой палитры. Выберем требуемый условию задачи режим работы программного блока "Ожидание".

- Необходимо также настроить параметры программного блока "Ожидание". Параметр "Тип сравнения" (поз. 1) может принимать следующие значения: "Равно"=0, "Не равно"=1, "Больше"=2, "Больше или равно"=3, "Меньше"=4, "Меньше или равно"=5. В нашем случае установим "Тип сравнения" в значение "Меньше". Параметр "Пороговое значение" установим равным 7 (поз. 2).

- Как только установится значение датчика цвета меньше 7, что случится, когда датчик цвета окажется расположенным над черной линией, нам необходимо будет выключить моторы, остановив робота. Задача решена.

- Данное поле пригодится нам для решения нескольких классических задач курса робототехники.

Задача 4: необходимо написать программу для робота, передвигающегося внутри круга, окантованного черной окружностью по следующему правилу:

• робот движется вперед прямолинейно;
• достигнув черной линии, робот останавливается;
• робот отъезжает назад на два оборота моторов;
• робот поворачивает вправо на 90 градусов;
• движение робота повторяется.

- Знания, полученные на предыдущих уроках, помогут вам самостоятельно создать программу, решающую задачу 4.

Датчик цвета – режим "Яркость внешнего освещения"

- Режим работы датчика цвета "Яркость внешнего освещения" очень похож на режим "Яркость отраженного света", только в этом случае датчик не излучает освещение, а измеряет естественное световое освещение окружающей среды. Визуально данный режим работы датчика можно определить по слабо светящемуся синему светодиоду. Показания датчика изменяются от 0 (отсутствие света) до 100 (самый яркий свет). При решении практических задач, требующих измерения внешнего освещения, рекомендуется располагать датчик, так, чтобы датчик оставался максимально открытым и не загораживался другими деталями и конструкциями.

- Давайте закрепим датчик цвета на нашем роботе так же, как мы крепили датчик касания. Подключим датчик цвета кабелем к порту "2" модуля EV3 и перейдем к решению практических задач.

Задача 5: необходимо написать программу, изменяющую скорость движения нашего робота в зависимости от интенсивности внешнего освещения.

- Чтобы решить эту задачу, нам надо узнать, как получать текущее значение датчика. А поможет нам в этом желтая палитра программных блоков, которая называется "Датчики".

Решение:

1. Считать текущее показание датчика цвета в режиме "Яркость внешнего освещения".

2.Подать полученное с датчика цвета значение на вход параметра "Мощность" программного блока "Рулевое управление".

3.Повторять команды 1 - 2 в бесконечном цикле.

- Давайте загрузим получившуюся программу в робота и запустим её на выполнение. Робот поехал медленно? Включим светодиодный фонарик и попробуем подносить его к датчику цвета на разном расстоянии. Что происходит с роботом? Закроем датчик цвета ладонью - что случилось в этом случае?