УЧИТЕЛЬ ТЕХНОЛОГИИ

9 апреля 2026 г.

7Кл. ПАРАГРАФ. Алгоритмическая структура «Ветвление». Практическая работа «Применение основных алгоритмических структур. Контроль движения при помощи датчиков»

Алгоритмическая структура «Ветвление» (условный оператор) является одной из трех базовых конструкций структурного программирования наряду со следованием и циклом. Она позволяет программе принимать решения и изменять порядок выполнения команд в зависимости от выполнения или невыполнения некоторого условия . В робототехнике ветвление — это механизм, с помощью которого робот реагирует на данные, поступающие от датчиков, адаптируя своё поведение к изменяющимся условиям окружающей среды.

1. Алгоритмическая структура «Ветвление»

Ветвление — это алгоритмическая конструкция, обеспечивающая выбор одного из нескольких вариантов (блоков команд) в зависимости от значения логического условия .

1.1. Полная и неполная формы ветвления

Форма ветвления	Синтаксис (C++/Arduino)	Блок-схема	Назначение
Полная (if-else)	`if (условие) { блок_1 } else { блок_2 }`	Ромб с двумя ветвями (ДА/НЕТ)	Выполнение одного из двух блоков команд в зависимости от истинности условия
Неполная (if)	`if (условие) { блок }`	Ромб с одной ветвью «ДА»	Выполнение блока команд только при истинности условия (при ложности — пропуск)

1.2. Логические условия

Условие в ветвлении — это логическое выражение, которое может принимать значение истина (true) или ложь (false). В робототехнике условия чаще всего строятся на основе:

Сравнения значений датчиков с пороговыми величинами: distance < 20 (расстояние меньше 20 см), lightSensor > 500 (освещённость выше порога).
Состояния кнопок и переключателей: buttonPressed == HIGH (кнопка нажата).
Логических операций: && (И — оба условия истинны), || (ИЛИ — хотя бы одно условие истинно), ! (НЕ — отрицание).

1.3. Множественное ветвление (if-else if-else)

При необходимости выбора из нескольких вариантов используется конструкция с несколькими проверками:

if (условие_1) {
    // действия для условия_1
} else if (условие_2) {
    // действия для условия_2
} else if (условие_3) {
    // действия для условия_3
} else {
    // действия, если ни одно условие не выполнено
}

2. Применение ветвления в робототехнике

В робототехнике ветвление является основой для реализации адаптивного поведения — способности робота изменять свои действия в ответ на изменения окружающей среды.

2.1. Обнаружение и объезд препятствий

Самая распространённая задача, решаемая с помощью ветвления. Робот с ультразвуковым датчиком расстояния проверяет, есть ли препятствие впереди, и в зависимости от результата либо продолжает движение, либо выполняет манёвр объезда.

2.2. Следование по линии

Робот с датчиками линии постоянно проверяет положение линии под собой и корректирует направление движения:

int leftSensor = analogRead(A0);   // левый датчик линии
int rightSensor = analogRead(A1);  // правый датчик линии

if (leftSensor < threshold && rightSensor < threshold) {
    // оба датчика над линией — движение прямо
    moveForward();
} else if (leftSensor > threshold && rightSensor < threshold) {
    // левый датчик видит светлую поверхность — поворот налево
    turnLeft();
} else if (leftSensor < threshold && rightSensor > threshold) {
    // правый датчик видит светлую поверхность — поворот направо
    turnRight();
} else {
    // оба датчика потеряли линию — остановка или поиск
    stopRobot();
}

2.3. Реагирование на уровень освещённости

Робот может включать фары при наступлении темноты или менять режим движения в зависимости от освещённости.

3. Практическая работа «Применение основных алгоритмических структур. Контроль движения при помощи датчиков»

Цель работы: Научиться применять алгоритмическую структуру «Ветвление» для управления движением робота на основе данных, получаемых с датчиков (расстояния, линии, освещённости) .

Оборудование и материалы:

Микроконтроллер (Arduino Uno/Nano)
Драйвер моторов (L298N или TB6612)
2 DC-мотора с колёсами
Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04
2 аналоговых датчика линии (TCRT5000)
Датчик освещённости (фоторезистор)
Аккумуляторная батарея (6–9 В)
Соединительные провода, макетная плата
Компьютер со средой Arduino IDE

3.1. Задание и порядок выполнения

Задание: Создать программу для колёсного робота, который:

Движется вперёд, пока путь свободен.
При обнаружении препятствия (расстояние < 20 см) останавливается, оценивает обстановку и объезжает препятствие.
При движении по линии корректирует направление на основе показаний датчиков линии.
В темноте автоматически включает фару (светодиод).

Этапы выполнения:

№	Этап	Содержание работы	Результат
1	Сборка схемы	Подключить датчики и моторы к микроконтроллеру согласно схемам	Готовая электрическая схема
2	Тестирование датчиков	Написать программы для проверки каждого датчика, определить пороговые значения	Калибровочные данные
3	Программирование базовых движений	Создать функции `moveForward()`, `moveBackward()`, `turnLeft()`, `turnRight()`, `stopRobot()`	Библиотека движений
4	Реализация объезда препятствий	Написать программу с ветвлением для обнаружения препятствия и выбора направления объезда	Функция `avoidObstacle()`
5	Реализация следования по линии	Написать программу с множественным ветвлением для коррекции движения по линии	Функция `followLine()`
6	Интеграция и тестирование	Объединить все функции в основном цикле `loop()`, протестировать работу робота в различных сценариях	Работоспособная программа

3.2. Пример программы (объезд препятствий)

#include <Ultrasonic.h>

// Определение пинов
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;
const int enA = 5;   // ШИМ правых моторов
const int enB = 6;   // ШИМ левых моторов
const int in1 = 7;
const int in2 = 8;
const int in3 = 11;
const int in4 = 12;

Ultrasonic ultrasonic(trigPin, echoPin);
int distance;

void setup() {
  // Настройка пинов моторов
  pinMode(in1, OUTPUT);
  pinMode(in2, OUTPUT);
  pinMode(in3, OUTPUT);
  pinMode(in4, OUTPUT);
  pinMode(enA, OUTPUT);
  pinMode(enB, OUTPUT);
  
  Serial.begin(9600);
}

void moveForward() {
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, HIGH);
  digitalWrite(in4, LOW);
  analogWrite(enA, 150);
  analogWrite(enB, 150);
}

void turnRight() {
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, LOW);
  digitalWrite(in4, HIGH);
  analogWrite(enA, 150);
  analogWrite(enB, 150);
  delay(500);
  stopRobot();
}

void turnLeft() {
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, HIGH);
  digitalWrite(in3, HIGH);
  digitalWrite(in4, LOW);
  analogWrite(enA, 150);
  analogWrite(enB, 150);
  delay(500);
  stopRobot();
}

void stopRobot() {
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, LOW);
  digitalWrite(in4, LOW);
}

void loop() {
  distance = ultrasonic.read();  // измерение расстояния в см
  
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.println(distance);
  
  // ВЕТВЛЕНИЕ: проверка наличия препятствия
  if (distance > 20) {
    // Условие истинно — путь свободен
    moveForward();
  } else {
    // Условие ложно — обнаружено препятствие
    stopRobot();
    delay(500);
    
    // Принимаем решение о направлении объезда
    // (можно добавить проверку датчиков с обеих сторон)
    turnLeft();   // поворот налево
    moveForward();
    delay(1000);
    turnRight();  // возврат на курс
  }
  
  delay(100);
}

3.3. Пример программы (следование по линии с множественным ветвлением)

// Датчики линии: левый на A0, правый на A1
const int leftLinePin = A0;
const int rightLinePin = A1;
const int threshold = 500;  // порог (белое > threshold, чёрное < threshold)

void loop() {
  int leftValue = analogRead(leftLinePin);
  int rightValue = analogRead(rightLinePin);
  
  // МНОЖЕСТВЕННОЕ ВЕТВЛЕНИЕ
  if (leftValue > threshold && rightValue > threshold) {
    // оба датчика на белом — движение прямо
    moveForward();
  } else if (leftValue < threshold && rightValue > threshold) {
    // левый на чёрном (линии), правый на белом — поворот налево
    turnLeft();
  } else if (leftValue > threshold && rightValue < threshold) {
    // правый на чёрном (линии), левый на белом — поворот направо
    turnRight();
  } else if (leftValue < threshold && rightValue < threshold) {
    // оба датчика на чёрном — перекрёсток или конец линии
    stopRobot();
  }
  
  delay(50);
}

3.4. Карта контроля выполнения работы

Технологическая операция	Критерий оценки	Выполнение
Сборка электрической схемы	Правильность подключений, отсутствие коротких замыканий	+/–
Тестирование датчиков	Корректное отображение показаний в Serial Monitor	+/–
Функции базовых движений	Робот правильно движется вперёд, назад, поворачивает	+/–
Обнаружение препятствия	Остановка при расстоянии < 20 см	+/–
Объезд препятствия	Робот объезжает препятствие и возвращается на курс	+/–
Следование по линии	Робот удерживается на линии на всём протяжении	+/–
Работа фары в темноте	Светодиод включается при низкой освещённости	+/–

Вывод: Алгоритмическая структура «Ветвление» является ключевым инструментом для создания адаптивного поведения роботов, позволяя им принимать решения на основе данных от датчиков. Выполнение практической работы по контролю движения с использованием ветвлений формирует навыки разработки логически сложных программ, включающих проверку условий, выбор направления объезда препятствий и коррекцию движения по линии . Полученные компетенции являются фундаментом для дальнейшего изучения более сложных алгоритмов, таких как планирование маршрута, навигация и групповое взаимодействие роботов.