【EV3基础 第五课】你是我的眼(下)

乐高 少儿编程 578浏览 0评论
ev3硬件基础01

本阶段课程适合2年级、3年级、4年级及以上刚开始接触EV3机器人的同学们。

如果你有器材,那么可以花1个小时陪伴孩子一起学习本课,帮助他理解。

如果你没有器材,那么可以花5分钟学完本课,一段时间后可以考虑为孩子添置一套EV3设备,从这里开始学习。

今天我们继续学习小E的“眼睛”课程

 

正如上节课所说,小E的“眼睛”无法做到我们人类那么强大。所以,不同的使用需求之下,所用的设备是不同的。颜色传感器赋予了其识别光线数据的能力。但这种能力下,是没有距离感的。仅仅通过各种光值,机器是无法判断远近的。

 

所以,为了让机器能够感受到距离,我们今天的主角是,超声波传感器

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名字听着就很高大上,是不是?

这种技术广运用非常非常非常广泛!医疗、轻重工业、军事、妈妈们的美容、爸爸们爱车的倒车雷达等等方面都用得上!

 

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简单认识超声波

超声波是一种人类无法听到的声波,其实通过名字我们就能知道了“超越声音的波”。那么是什么超越了声音呢?

我们平时听见的各种声音,其实是有频率的。低音的频率较低,高音的频率较高。耳朵听够接收到的声音频率,是在20Hz-20000Hz的范围内。普通人的耳朵,对1000-3000Hz的声音最敏感。

那Hz代表什么意思?我们这里就不延展了,下面有张图,对应了各种声音,大家有兴趣可以自己查阅各种书籍,来了解一下这个很有用的物理知识。这个知识并不是没用的,有些耳机、音响设备几十万一套,有些只要几十块,都是发声音用的,为什么会有这么大的差别?我想,大家多了解下,总没什么坏处的。

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要注意,音频的高低跟声音的大小不是同一件事情,声音大小一般我们是用“分贝”来作为单位表示的

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20Hz声音频率(音频)以下的声波,我们叫次声波

20000Hz音频以上的声波,我们叫超声波

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那么超声波如何可以测出距离呢?

声波是会反弹的,就像我们跑到山上去,对着对面的山大喊一声,一会会听到回音。这样我们就可以测出两座山之间的大概距离。

 

声音的传播本身需要“介质”。什么是介质?就是声音通过的各种媒介。在不同介质中,声音的传播速度会不同。

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我们就拿上面那个回声的例子来举例测距。

当我们对着对面山大吼的时候,声音通过的介质就是空气。声音在空气中的传播速度,约等于340m/s(米每秒),那么,如果我们在这边吼叫,过了1秒后听到回声,那么两座山的距离就是大约170米(声音过去用了0.5秒,回来用了0.5秒)。很好理解是不是?

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回过头来,这个原理跟超声波一样。我们只要知道了发射的超声波是多少速度,然后它回弹回来用了多少时间,就可以算出前方距离。当然,这不用我们来计算,小E的程序会自动帮我们计算好。

 

同时,我们生活中其实有很多动物天生就会使用超声波。

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比如蝙蝠,海豚等等。这些动物因为生活在光线较暗或者可视距离不佳的环境中,感光的器官其实帮不上什么大忙,慢慢就进化出了这种能力。

 

比如我们也可以用颜色传感器来探测前方有没有物体,但是需要距离很近,而且光线不佳的话,就根本行不通了。而使用超声波,哪怕你把灯全部关掉,也能够探测距离。

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另外,这项技术在上世纪就广泛运用在了生活中。我们能经常见到运用超声波的设备,比如:加湿器,就是用超声波把里面的水强烈震动起来,再用风扇将动所弹出的小水滴吹出来的一个小设备。

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认识和使用超声波传感器

 

超声波传感器,一共有两种模式可以让我们使用。

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第一种模式(左边)——测距

 

图中蓝色选中的功能其实是同一种,也就是测距,只是距离单位不同。

一个是厘米——ntimetre(s)——缩写cm

一个是英寸——inch(es)——缩写in

你们大家都很熟了,英寸其实我们生活中也经常遇到,比如说,这个电视机是52寸,这个寸就是英寸。1英寸约等于2.54厘米。1英尺等于12英寸。1码等于3英尺。英式足球的十二码球,一般我们就叫点球。这下大家知道大概点球距离球门大概多远了?

 

其实我们中国古代也有类似的单位,比如,寸、尺、仞、丈。

古诗里面经常有:飞流直下三千尺;一片孤城万仞山,等等……相信大家都背得出来。

回来继续说这个模式,在这个模式下,超声波传感器,发送超声波和收集超声波同时进行,大家只要选择合适的单位就可以完成我们需要的数据搜集工作。

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注意:小E的超声波传感器测距工作范围是3~255cm。低于3cm探测不出,超过255cm显示最大值255cm。使用中要控制好哦!

 

第二种模式(右边)——监听

 

监听是一种特殊情况下使用的功能。简单说,就是只接收超声波,检测外部是否有超声波传感器在工作。再说白一些,就是我们平时这个模式不太用得上,如果要用,就是在一些特定的场合,需要至少2个超声波传感器配合使用,一个发射,一个接收。

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举个例子,我们要做一个定点探测前方有没有物体通过的装置,就像高速公路收费站,一辆车开过记录一下,那么就可以用这种方法来精确定位。

超声波是一种定位性极好的技术,所以可以在很多地方拉起一条“无形的线”用在不同的需求中。

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试一试

做一个基础小车的模型,让超声波传感器探测前方距离,完成转弯等等动作吧!

程序参考。

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再试试让小车完成下面这个效果吧!

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好啦,今天的课就到这里,我们下周六再见!

重点总结

了解超声波传感器,及在生活中的应用场景。

这样可以在今后遇到使用场景时,更容易想到使用方法。

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