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嵌入式程序设计实训教学探索

2019-03-14 12:42:40 电脑知识与技术2019年1期

边蓓蓓 许琳 秦钟

摘要:为了深化培养应用型创新人才的教学方法改革,对计算机嵌入式开发实训教学进行思考与探索,结合树莓派实践项目,提出全新的实践教学模式。 关键词:树莓派;嵌入式;创新人才;实践教学

?#22411;?#20998;类号:G642? ? ? 文献标识码:A? ? ? 文章编号:1009-3044(2019)01-0122-02

1 引言

在建设成创新型国家目标的背景下,社会需求也随之多元化,以“应用型创新人才”为主的人才需求?#21442;?#39640;等学校实践类型的课程实训教学改革提供了明确的方向。本次嵌入式实践教学探索依据本专业人才培养目标和教学特点,结合青软实训的基于树莓派的智能小车实训方案,旨在培养学生的应用能力和创新精神,为了进一步学习和就业打下基础。

2 项目介绍

智能小车系统集成了环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体,集中运用了嵌入式、传?#23567;?#20449;息、通信、控制等技术。项目使用嵌入式C语言或Python语言开发,树莓派电脑板Raspberry Pi B搭载Raspbian操作系统,通过完成GPIO驱动电机,光电传感器或超声波传感器循迹、避障、测距、云台控制,红外、WIFI、APP等控制功能,使学生熟悉嵌入式开发板?#24067;?#30693;识,掌握树莓派的开发过程以及控制外围设备的原理。

树莓派小车效果图如图1所示。主控部?#38047;?#26641;莓派完成,负责感知系统信息的采集与分析,并根据分析结果控制小车的运行方向;感知部?#38047;?#20809;电传感器?#32479;?#22768;波传感器等组成,进行小车运行轨迹的识别以及?#20064;?#29289;的探测;执行部?#38047;?#30452;流电机来完成,控制小车的运行方向和速度。

3 实训教学过程

采用集中周的教学方式,时长是2周或3周,可以根据情况?#23454;?#22686;减独立模块。分组教学,每组3-4人,分工合作。

3.1实训目的

在技術方面,学生掌握树莓派操作系统的安装与使用、嵌入式开发语言编程以及如何驱动外围设备控制,同时,熟悉光电传感器、超声波传感器在嵌入式领域中的应用,培养应用能力和创新思维;而在职业素养方面,本次实训教学锻炼学生问题解决能力、总结归纳能力,并培养团队开发和协同工作的意识,提高沟通能力和自我表达能力,这也是专业人才的重要素养。

3.2实训设备

核心板是树莓派三代B型,采用1.2GHz 四核 Broadcom BCM2837 64位 ARMv8处理器,板载WiFi和低功耗蓝,配备1GB RAM4,支持SD卡储存操作系统和数据;搭配操作系统是树莓派专用Raspbian(基于Debian);车?#26234;?#21160;是TB6612FNG电机驱动;循迹功能和避障功能使用红外传感器?#32479;?#22768;波传感器;电源系统采用电池+LM2596S开关电?#30784;?/p>

3.3实训任务

项目主模块分为主控模块、循迹模块、红外避障模块、超声波避障模块、摄像头模块;手机APP模块分为行驶功能控制和配置界面。根据以上模块,实训任务可以分为以?#24405;?#20010;主要部分,每个部分分配2-8课时:

1)组装小车:此内容可以根据课时选做。

2)开发环境安装和配置?#21512;?#36733;和烧写raspbian操作系统,采用ssh方式和VNC方式远程登录并创建开发目录。

3)实现蜂鸣器和报警功能?#21644;?#36807;控制蜂鸣器进行报警,掌握wiringPi库的使用。

4)实?#20013;?#36710;直行和拐弯:智能小车的行驶控制包括直行、后退、左拐、右拐、停止等动作。?#27597;?#30005;机用两个TB6612FNG(IC1、IC2)进行驱动,IC1驱动小车的左前?#38047;?#21491;前轮,IC2驱动小车的左后?#38047;?#21491;后轮,?#27597;?#36710;轮分别对应原理图中的A路、B路、C路、D路,原理图如图2所示。

5)红外模块任务:当光电传感器探测到物体?#35789;?#20986;脉冲,输入到CPU中进行处理,再对电机驱动模块进行控制小车运行,实现循迹、避障或遥控等功能。

6)超声波模块任务:超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射的同时开始计时,超声波在?#25484;?#20013;传播,途中碰到?#20064;?#29289;就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时,最后可以根据声速、时间测出距离。在测距的基础上,再加入行驶控制,实现避障功能。

7)APP控制模块任务:包括手机开发环境的安装和配置、APP界面的设计、APP控制小车行驶等内容。

4.4实训考核

从项目验收和个人表现两方面进行考核,项目验收考核的内容包括代码是否规范、是否有创新、可靠性、可维护性;个人表?#32844;?#25324;出勤率,团队配合能力,组长和组员互评,解决问题的能力,工作量的多少、难易程度等,个人成绩可?#26434;?#25351;导教师和组内成员共同给出。

4总结

嵌入式开发课程实训不但巩固学生的理论基础,更锻炼学生的实践能力、自主学习能力和团队合作及沟通能力,激发学生的创新精神,同时鼓励学生积极参加课外科技创新活动,参加学科竞赛,提高自身竞争力。另外,实训项目中用到的树莓派是一款成本低、功能全的微型电脑主板,具有较强的扩展和设计能力,是目前很流行的学习工具,这?#21442;?#23398;生进一步的创新和实践提供了有利条件。

参考文献:

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