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彬Ben
03月07日

生活创客系列教学设计:第八节 读心魔术与水平仪——重力加速度传感器

一、项目内容

情境导入: 课前来一段魔术表演:把掌控板的屏幕向下贴着桌面,让孩子们说出“石头”、“剪刀”、“布”中的任一项,魔术表演者能让屏幕显示孩子说出的项目。如果孩子说“石头”,表演者向左翻开掌控板;如果孩子说“剪刀”,表演者向右翻开掌控板;如果孩子说“布”,表演者向后翻开掌控板;屏幕则能显示相应的图形。

项目名称:石头剪刀布读心术、模拟水平仪

二、学习目标

1.懂得“向左倾斜”、“向右倾斜”、“向前倾斜”、“向后倾斜”和“平放”事件激发的条件,并能运用到编程中;

2.掌握重力加速度传感器数值的变化规律,并能运用到编程中;

3.掌握“映射”函数的功能,并运用“映射”函数编程;

三、知识导航

1.什么是重力加速度传感器?

2.什么是“向左倾斜”、“向右倾斜”、“向前倾斜”、“向后倾斜”和“平放”事件?

3.什么是“映射”函数?

四、知识链接

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。在掌控板中,可测X方向、Y方向和Z方向的加速度值。


加速度传感器能够测量由于重力引起的加速度,传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。掌控板上的加速度计可测量加速度,测量范围为 -2g 到 +2g 之间。此处1g并不是指1克,而是指地球重力加速度,约为9.8m/s2 (或N/Kg),这些知识将在高中学习。

掌控板的测量沿3个轴,每个轴的测量值是正数或负数,正轴越趋近重力加速度方向,其数值往正数方向增加,反之往负数方向减小,当读数为 0 时,表示沿该特定轴“水平”放置。

X -上下翻转,下下正,上下负。

Y -向左和向右倾斜,左下正,右下负。

Z -向前和向后倾斜,前下正,后下负。

“向左倾斜”:左边向下超过一定角度激发事件。

“向右倾斜”:右边向下超过一定角度激发事件。

“向前倾斜”:上边向下超过一定角度激发事件。

“向后倾斜”:下边向下超过一定角度激发事件。

“平放”:前向上或后向上。

映射函数:在数学里,映射是个术语,指两个元素的集之间元素相互“对应”的关系,为名词。映射,或者射影,在数学及相关的领域经常等同于函数。 基于此,部分映射就相当于部分函数,而完全映射相当于完全函数。映射函数会根据提供的函数对指定序列做映射。在编程中用于把一个区域数值转换(放大、缩小)为另一个区域数值。

五、学习过程

1.加入无限循环语句显示X、Y、Z加速度值,观察掌控板三轴加速度的数值


改变掌控板的放置状态,观察数据变化;

2.数字读心术

(1)向右倾斜:清空屏幕,并显示“石头”图像;


(2)向右倾斜:清空屏幕,并显示“剪刀”图像;


(3)向右倾斜:清空屏幕,并显示“布”图像;


3.模拟水平仪的制作

(1)映射:


Y轴加速度数值从0.5~-0.5变动时,转换对应返回值0~127中的数值。当Y轴加速度为0.5时,返回值为0;当Y轴加速度为-0.5时,返回值为127;当Y轴加速度为0时,返回值为63;如此类推。该函数作用在编程中用于把一个区域数值转换(放大、缩小)为另一个区域数值。

(2)四舍五入:


该函数采用四舍五入的方式将小数转换为整数。如:3.1,返回值为3;3.5返回值为4 。

(3)完整程序:


六、项目拓展

1.拓展1: 利用掌控板的重力加速度传感器制作其他小魔术;

2.拓展2:利用重力加速度传感器制作防盗器;

3.拓展3:尝试利用重力加速度传感器制作地动仪。




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