【ardunio】青少年机器人四级实操代码(2023年9月)

目录

一、题目

（一）试题原题

（二）试题解读

1、欢迎区和欢送区范围

（1）符合习惯

（2）以门为参考点会有不反应区

（3）以门为参考点门里门外不反应区不对称

2、超声波传感器的安装位置

（1）从安装习惯分析

（2）从欢迎区欢送区范围分析

3、机器人反应条件

二、示意图

三、流程图

四、硬件连接

1、舵机

2、超声波

3、LED灯

五、程序

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一、题目

（一）试题原题

• 实操考题(共1题，共100分)

  1. 主题：

  迎宾机器人

• 器件：Atmega328P主控板1块，舵机1个，超声波传感器1个，LED灯2个(分别为LED_A和LED_B)及相应辅件。以上模块也可使用分立器件结合面包板搭建。

• 任务要求：

  使用超声波传感器和舵机实现迎宾机器人的眼睛和手的功能。大门位于超声波传感器前方15厘米的位置，在大门内侧设定了欢送区，范围为5-15厘米，在大门外侧设定了欢迎区，范围为15-25厘米。LED_A位于欢送区，LED_B位于欢迎区，舵机则位于大门处，迎宾机器人的主要任务要求如下：

• （1）当没有客人进出时，舵机位于90度位置，LED_A和LED_B均熄灭；

• （2）当客人经过欢送区时，舵机在30-90度之间循环转动，挥手示意，同时LED_A闪烁，LED_B均熄灭；

• （3）当客人经过欢迎区时，舵机在90-150度之间循环转动，挥手示意，同时LED_B闪烁，LED_A均熄灭；

• （4）控制程序采用Arduino C/C++代码编写；

• （5）未作规定处可自行处理，无明显与事实违背即可。

• 说明：请考生在考试结束前，按照如下要求提交相关文件。

• （1）将程序放在一个文件夹中，压缩为1个“rar或zip”格式文件，并命名为：DJKS4_身份证号，大小5M以下；

• （2）将程序文件通过“上传附件”按钮进行上传；

• （3） 程序编写过程中不得打开其它示例程序，不得使用图形化软件生成代码，如发现，实操成绩按照0分处理。

• 参考资料：舵机类库及常用成员函数如下，供参考。

  舵机类库：

  头文件：Servo.h

  类库对象：Servo

  成员函数：attach(Pin) //指定引脚的关联引脚 

•                   write(angle) //功能是让舵机转动到指定的角度

（二）试题解读

1、欢迎区和欢送区范围

题目中对于欢迎区和欢送区的描述如下：“大门位于超声波传感器前方15厘米的位置，在大门内侧设定了欢送区，范围为5-15厘米，在大门外侧设定了欢迎区，范围为15-25厘米。”

仔细阅读题目，发现欢迎区和欢送区的距离范围没有给参考点，是以门为参考点还是以超声波传感器为参考点？经过分析，我觉得是以超声波传感器为参考点比较合理，原因有以下三点：

（1）符合习惯

因为超声波传感器，就是用来测距的，题目中涉及的距离应该是跟超声波传感器相关的，而且直接给出距离超声波传感器的距离，就不用再去额外计算了。

（2）以门为参考点会有不反应区

如果以门为参考点，那就是门内侧0~5厘米和门外侧0~15厘米是不反应区，设置这个区域似乎没有太大必要。

（3）以门为参考点门里门外不反应区不对称

如果以门为参考点，门里的不反应区长度是5厘米，门外是10厘米，两个区域不对称，也不太合理。

所以，经过以上分析，题目中所说的距离范围应该是指到超声波传感器正前方的距离。

2、超声波传感器的安装位置

题目中只介绍了大门位于超声波传感器前方15厘米，但没说传感器是安在门里还是门外，我们还需要分析一下。

（1）从安装习惯分析

因为普通的超声波传感器模块是没有外壳的，不防水，安在门外，易受潮损坏，而且超声波传感器位置不能太高，安在门里也可以防止人为恶意损坏。

（2）从欢迎区欢送区范围分析

如果安在门外，那么门外区域距离传感器更近，也就是5~15厘米的范围在门外，应该属于欢迎区，与题目的要求矛盾。

所以，经过以上分析，超声波传感器安装位置应该是在门里。

3、机器人反应条件

题目中要求客人经过欢迎区和欢送区时，机器人分别做出不同反应，反应的条件是“经过”，而“经过”还分进门和出门，题目中没有做区分。如果客人在出门时经过欢迎区，是要离开店铺，机器人做出欢迎的反应显然是不合理的；同样如果客人在进门时经过欢送区，是要进店消费，机器人做出欢送的反应也是不合理的。

所以，为了使机器人更加合理实用，本文将“经过”做了合理化区分：进门时经过欢迎区，才做出欢迎的反应；出门时经过欢送区，才做出欢送的反应。

二、示意图

根据以上的分析，画出相关位置示意图如下所示。

三、流程图

对“经过”的合理化区分后的流程图如下所示，注意，灯的闪烁频率是与机器人舵机摆动的频率是一致的，灯的闪烁频率没有单独设置，简化了程序。

四、硬件连接

1、舵机

电源线正极接在VCC上，电源负极接在GND上，信号线接在D12脚。

2、超声波

电源线正极接在VCC上，电源负极接在GND上，Trig信号线接在D3脚，Echo信号线接在D2脚。

3、LED灯

LED_A灯模块用红色，负极接在GND上，正极接在D6脚。

LED_B灯模块用绿色，负极接在GND上，正极接在D7脚。

五、程序

#include 
 
 
Servo myServo;           //声明Servo对象
int distance=0;            //声明距离变量，用于存储超声波传感器本次测得障碍物距离
int predistance=0；        //声明距离变量，用于存储超声波传感器上一次测得障碍物距离
int angle;               //声明舵机角度变量
const int servoPin=12;   //设置舵机信号引脚
const int TrigPin=3;     //设置Trig信号引脚
const int EchoPin=2;     //设置Echo信号引脚
const int LED_A=6;       //设置LED_A引脚
const int LED_B=7;       //设置LED_B引脚
int delaytime=10;        //设置舵机转到延时
 
boolean In_Or_Out=false; //设置判断进门出门布尔变量，true代表进门，false代表出门
        
//初始化函数
void setup() {
 
    pinMode(LED_A,OUTPUT);    //设置LED_A引脚为输出模式
    pinMode(LED_B,OUTPUT);    //设置LED_B引脚为输出模式
    pinMode(TrigPin,OUTPUT);  //设置TrigPin引脚为输出模式
    pinMode(EchoPin,INPUT);   //设置EchoPin引脚为输入模式
 
    myServo.attach(servoPin); //绑定舵机引脚
    myServo.write(90);        //初始化舵机旋转到90度
    digitalWrite(LED_A,LOW);  //初始化LED_A熄灭
    digitalWrite(LED_B,LOW);  //初始化LED_B熄灭
 }
 
//循环函数
void loop() {
    
    predistance=distance;//存储上一次超声波传感器测得的距离
 
    //以下6行程序作用：读取本次超声波传感器前方障碍物距离
    digitalWrite(TrigPin,LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(TrigPin,HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(TrigPin,LOW);    
    distance=pulseIn(EchoPin,HIGH)/58.0;
 
    
    if(distance>predistance)
    {
        In_Or_Out=false;
    }
    else if(distance
    {
        In_Or_Out=true;
    }
    
    //如果障碍物距离在欢送区内且出门状态
    if((distance>=5 && distance<=15) && !In_Or_Out)
    {
        digitalWrite(LED_B,LOW);    //LED_B灯熄灭
        
        digitalWrite(LED_A,HIGH);   //LED_A灯点亮
 
        //以下for循环作用：舵机从30度旋转到90度
        for(angle=30;angle<=90;angle++)
        {
            myServo.write(angle);
            delay(delaytime);
            
        }
        
        digitalWrite(LED_A,LOW);    //LED_A灯熄灭
        
        //以下for循环作用：舵机从90度旋转到30度
        for(angle=90;angle>=30;angle--)
        {
            myServo.write(angle);
            delay(delaytime);
            
        }        
      
    }
    
    //如果障碍物距离在欢迎区内且进门状态
    else if((distance>15 && distance<=25) && In_Or_Out)
    {
        digitalWrite(LED_A,LOW);     //LED_A灯熄灭
 
        digitalWrite(LED_B,HIGH);    //LED_B灯点亮
 
        //以下for循环作用：舵机从90度旋转到150度
        for(angle=90;iangle<=150;angle++)
        {
            myServo.write(angle);
            delay(delaytime);
        }
 
        digitalWrite(LED_B,LOW);    //LED_B灯熄灭
 
        //以下for循环作用：舵机从150度旋转到90度
        for(angle=150;angle>=90;angle--)
        {
            myServo.write(angle);
            delay(delaytime);
        }
 
    }
    
    //如果不符合机器人反应条件
    else
    {
        myServo.write(90); 
        digitalWrite(LED_A,LOW);
        digitalWrite(LED_B,LOW);
 
    }
 
}