Giải chuyên đề học tập Tin học 10 KNTT định hướng khoa học máy tính bài 3: Cảm biến và phụ kiện dùng trong robot
Dưới đây là phần hướng dẫn giải chi tiết cụ thể cho bộ chuyên đề học tập Tin học 10 KNTT định hướng khoa học máy tính bài 3: Cảm biến và phụ kiện dùng trong robot. Lời giải đưa ra ngắn gọn, cụ thể sẽ giúp ích cho em các em học tập ôn luyên kiến thức tốt, hình thành cho học sinh phương pháp tự học, tư duy năng động sáng tạo. Kéo xuống để tham khảo
Khởi động
Câu hỏi: Dịch vụ thương mại điện tử hàng đầu thế giới của công ty Amazon đã sử dụng robot để sắp xếp, vận chuyển hàng hóa trong kho (Hình 3.1). Em có biết rằng cách nào hàng trăm con robot có thể di chuyển mà không và chạm vào nhau?
Để hàng trăm con robot có thể di chuyển mà không và chạm vào nhau thì con robot ấy phải có cảm biến dò đường và cảm biến siêu âm giúp dò đường và phát hiện vật cản.
Hoạt động 1. Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động cơ bản, cách kết nối với robot của cảm biến dò đường và cảm biến siêu âm.
Thảo luận tìm hiểu cách thức hoạt động của cảm biến dò đường và cảm biến siêu âm, sự giống và khác nhau giữa hai loại cảm biến này.
| Cảm biến dò đường | Cảm biến siêu âm |
Giống nhau | Hoạt động trên nguyên lý phát sóng và phản xạ sóng. | |
Khác nhau | Bộ phận quan trọng nhất trong cảm biến dò đường là mắt hồng ngoại. Mỗi mắt hồng ngoại được cấu tạo gồm một cặp đầu phát/thu tín hiệu hồng ngoại đặt cạnh nhau nhìn về cùng một hướng. Nguyên tắc dẫn đường của cảm biến dò đường hai mắt đơn giản như sau: Giả sử đường đi được thể hiện là một vạch màu đen (có độ rộng lớn hơn khoảng cách giữa hai mắt) trên nền địa hình màu trắng và robot đang dịch chuyển trên đường. Nếu tín hiệu trả về của cả 2 mắt đều bằng 0, em tiếp tục cho robot di chuyển thẳng dọc theo đường đi. Khi tín hiệu trả về của một trong hai mắt bằng 1, nghĩa là robot bắt đầu di chuyển lệch khỏi đường đi, em cần điều khiển để robot rẽ sang phía mắt có tín hiệu bằng 0. Dựa vào nguyên tắc này em có thể lập trình để dẫn robot di chuyển dọc theo một đường đi được vẽ ra từ trước. | Khi được cấp nguồn hoạt động, cảm biến sẽ phát ra một chùm sóng siêu âm liên tục. Khi các chùm sóng này chạm đến bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược lại cảm biến. Lúc này cảm biến sẽ thu lại các chùm sóng và tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật cản dựa trên thời gian phản xạ và vận tốc của sóng. |
Câu hỏi: Vì sao cảm biến siêu âm phải đặt phía trước robot tự hành?
Cảm biến siêu âm phải đặt phía trước robot tự hành vì: cảm biến sẽ phát ra một chùm sóng siêu âm liên tục. Khi các chùm sóng này chạm đến bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược lại cảm biến. Lúc này cảm biến sẽ thu lại các chùm sóng và tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật cản dựa trên thời gian phản xạ và vận tốc của sóng. Nếu lắp ở vị trí khác thì chùm sóng siêu âm phát ra không chính xác, đo khoảng cách từ robot đến vật cản cũng không chính xác.
Câu hỏi: Em hãy tìm một vài ứng dụng của cảm biến siêu âm và cảm biến dò đường trong các mô hình robot khác.
Cảm biến siêu âm mBot hoạt động dựa trên nguyên tắc là mắt trái (T) sẽ phát 1 đoạn sóng siêu âm tần số trên 42kHz và mắt phải (R) sẽ thu nhận tần số sóng siêu âm trở lại. Dựa vào thời gian sóng phát ra và quay lại để đo khoảng cách, xác định chướng ngại vật phía trước. Tiếp đến, sau khi xác định được phía trước có chướng ngại vật hay không có thể đặt tiếp các chuỗi lệnh phù hợp cho mBot thực hiện. Trên thân mBot, bộ phận cảm biến siêu âm có hình dạng như dưới đây:
Cảm biến siêu âm thường được ứng dụng phổ biến trong giao thông vận tải để phòng trách va chạm xảy ra, hoặc ngay trong sinh hoạt gia đình cũng được ứng dụng rộng rãi với máy hút bụi tự động, …
Cảm biến siêu âm của mBot được điều khiển thông qua chức năng sense [cảm biến] của APP mBlock.
Hoạt động 2. Tìm hiểu về cách robot đưa ra thông báo
Quan sát hoạt động của robot, em hãy cho biết robot dùng những phương pháp nào để thông báo cho người sử dụng.
Còi là một phụ kiện phát ra âm thanh, sử dụng điện áp để chuyển đổi tín hiệu điện thành âm thanh.
Đèn LED là cơ cấu chuyển đổi tín hiệu điện thành ánh sáng.
Màn hình là phương tiện không thể thiếu trong giao tiếp người - máy nói chung.
Vỉ điều khiển từ xa: là một phụ kiện thường dùng cho robot.
Câu hỏi: Nếu robot được trang bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí thì dữ liệu đo được bởi các cảm biến này có thể được hiển thị ở đâu?
Nếu robot được trang bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí thì dữ liệu đo được bởi các cảm biến này có thể được hiển thị ở màn hình LCD.
LUYỆN TẬP
Bài tập 1. Để điều khiển robot di chuyển theo một đường đi đã được vạch sẵn thì cần dùng cảm biến hay cơ cấu chấp hành nào? Em có thể chọn nhiều hơn một phương án.
A. Cảm biến siêu âm. B. Cảm biến dò đường. C. Động cơ DC.
Hướng dẫn trả lời:
Chọn đáp án:
B. Cảm biến dò đường
C. Động cơ DC
Bài tập 2. Robot sử dụng những phụ kiện tiếp nhận điều khiển nào để chuyển tải các thông tin âm thanh, hình ảnh?
Robot sử dụng những phụ kiện tiếp nhận điều khiển sau để chuyển tải các thông tin âm thanh, hình ảnh, đó là: còi và màn hình.
VẬN DỤNG
Bài tập 1. Theo em ngoài cảm biến dò đường và siêu âm để hỗ trợ di chuyển, robot còn có thể sử dụng những cách thức nào khác? Nêu hai cách mà em biết.
- Có thể dùng vỉ điều khiển từ xa để điều khiển robot di chuyển.
- Có thể kết hợp dùng thêm cảm biến ánh sáng, nhiệt độ để điều chỉnh đường đi.
Bài tập 2. Em hãy mô tả chức năng của một vài phụ kiện tiếp nhận điều khiển robot mà em biết.
Màn hình là phương tiện không thể thiếu trong giao tiếp người – máy nói chung. Trong robot, màn hình được kết nối riêng biệt thông qua cổng giao tiếp và thường được dùng để hiện thị các thông tin như: nhiệt độ, độ ẩm…hoặc các thông báo ngắn trong quá trình robot hoạt động.
Đèn LED là cơ cấu chuyển đổi của tín hiệu thành ánh sáng. Đèn LED có nhiều loại như: đèn LED đơn sắc, đèn LED đa sắc. Đèn LED có thể được gắn sẵn trên bảng mạch điều khiển của robot hoặc kết nối rời thông qua các cổng giao tiếp.
