物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，我國物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，單片機(jī)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)底層最為重要的技術(shù)，也隨之受到行業(yè)內(nèi)的重視和推廣。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用成為新教育改革形勢下提高單片機(jī)教學(xué)質(zhì)量的一條有效途徑。本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在單片機(jī)教學(xué)中應(yīng)用的必要性和可行性進(jìn)行分析，針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中存在的缺陷，探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；單片機(jī)；教學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP368.1-4

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提出和不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，由此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也受到科研機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位以及高等學(xué)校教育的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化腳步的加快，對(duì)相關(guān)專業(yè)的人才需求量也在不斷增加，很多高校都開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的專業(yè)，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)型人才并配置相應(yīng)技術(shù)的專業(yè)課程。單片機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的嵌入式系統(tǒng)，也是物聯(lián)網(wǎng)底層最為重要的技術(shù)，因此，單片機(jī)課程也成為高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程。然而，在我國很多高校中，單片機(jī)教學(xué)還停留在51系列的單片機(jī)上，這顯然跟不上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展步伐，而且在教學(xué)的內(nèi)容和方法上也與現(xiàn)代教育的要求不相適應(yīng)。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中合理的應(yīng)用，提高我國高校單片機(jī)教學(xué)的質(zhì)量，是本文要談?wù)摰膯栴}。

1 物聯(lián)網(wǎng)的含義及其發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)簡單理解就是物物相連的智能型互聯(lián)網(wǎng)，是物體利用智能化感應(yīng)裝置或者設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸將信息傳送到指定的信息處理中心，從而實(shí)現(xiàn)人與物之間、物與物之間信息的交互和自動(dòng)化的信息處理。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別在于其連接的是物理空間，能夠滿足不同用戶的多樣化的信息需求，應(yīng)用涵蓋的范圍非常廣泛，并且使用簡便、快捷。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展非常迅速，以此發(fā)展速度推算，在未來十年后，物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)范圍將是現(xiàn)今互聯(lián)業(yè)務(wù)的三十倍以上，極具發(fā)展?jié)摿?。在我國物?lián)網(wǎng)的起步較早，在全球范圍內(nèi)，我國的物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)無論在技術(shù)水平上還是標(biāo)準(zhǔn)化方面都具有一定的優(yōu)勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢的不斷顯現(xiàn)，我國對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)加大力度，將其列為經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展重點(diǎn)，可以說，我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)成為我國國家戰(zhàn)略發(fā)展的重點(diǎn)課題。

物聯(lián)網(wǎng)是以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，其以無線通信為傳感信息的主要途徑，以微處理器作為信息出來的智能核心。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)是分層次的，最底層為感知層，主要有SOC單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)以及傳感器和無線通信模塊來構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的末端或者節(jié)點(diǎn)。利用節(jié)點(diǎn)來收集待管理對(duì)象的基本屬性、環(huán)境及其自身狀況的信息，并對(duì)著新信息進(jìn)行融合向信息處理中心轉(zhuǎn)發(fā)。節(jié)點(diǎn)執(zhí)行對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)高層信息管理和控制的任務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)由若干的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成，而微處理器則是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心部分。

2 傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中存在的問題和缺陷

2.1 以理論教學(xué)為主，教學(xué)效果不理想

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)以理論教學(xué)為主，而教材則是理論教學(xué)的關(guān)鍵因素，雖然現(xiàn)今高校中相關(guān)教學(xué)的教材有很多種，但是從整體上來看，教材內(nèi)容都是基本的理論知識(shí)，教材難度偏高，教師單純的理論教學(xué)講授起來比較吃力，學(xué)生理解起來也比較困難。而且課程理論本身以原理為主，具有一定的抽象性，學(xué)生學(xué)習(xí)起來顯得枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣不高，課堂教學(xué)效果不理想。

2.2 實(shí)踐環(huán)境與應(yīng)用相脫節(jié)

很多學(xué)校在單片機(jī)的教學(xué)中將實(shí)踐環(huán)節(jié)在仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于單片機(jī)外圍硬件電路的仿真實(shí)驗(yàn)，即使不用仿真器、實(shí)驗(yàn)板、編程器等，僅利用電腦配合相關(guān)的軟件就可以將仿真實(shí)驗(yàn)建立起來。當(dāng)然也有的學(xué)校使用一些相應(yīng)的設(shè)備但是總體來看設(shè)備陳舊落后的現(xiàn)象普遍存在，與當(dāng)前的應(yīng)用市場格格不入。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)后，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的整體開發(fā)的認(rèn)識(shí)并不完整，甚至可能對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)誤解。這種教學(xué)方法與硬件知識(shí)和實(shí)際操作脫節(jié)，與當(dāng)今社會(huì)對(duì)單片機(jī)方面的人才需求不相適應(yīng)。

3 單片機(jī)教學(xué)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的必要性分析

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)進(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)代，這為單片機(jī)的教學(xué)提供了發(fā)展的契機(jī)的同時(shí)也帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代使單片機(jī)的教學(xué)在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)立上、教學(xué)內(nèi)容的制定上、教學(xué)方法的改革上和教學(xué)課程的設(shè)置上都亟待改革。從我國傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中存在的問題中可以很清楚的看到，單片機(jī)教學(xué)的改革是教育發(fā)展的必然要求，是為社會(huì)培養(yǎng)高技術(shù)專業(yè)人才的需求。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的國家戰(zhàn)略也要求院校培養(yǎng)出掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)、理念和應(yīng)用設(shè)計(jì)人才。

物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)科可分為理論基礎(chǔ)課程、技術(shù)核心課程和實(shí)踐應(yīng)用開發(fā)?，F(xiàn)代單片機(jī)教學(xué)改革仍然是建立在傳感器、嵌入式等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)之上，而對(duì)于技術(shù)核心課程可選擇無線SOC單片機(jī)，這樣可以在傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)的基礎(chǔ)上更加深入。對(duì)于嵌入式微處理器可將其作為網(wǎng)關(guān)，對(duì)其所具有作用加以強(qiáng)調(diào)。

4 物聯(lián)網(wǎng)加上在單片機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，單片機(jī)教學(xué)的重點(diǎn)在于如何將單片機(jī)與無線通信緊密結(jié)合融為一體，現(xiàn)今新型單片機(jī)主要特點(diǎn)在于具有多種新型接口，使用各種新型模塊。為了滿足現(xiàn)代企業(yè)對(duì)人才的需求，人才培育與物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)，必須從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐三方面進(jìn)行改革。

4.1 設(shè)定教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法

在單片機(jī)的教學(xué)中應(yīng)該以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、無線通信、信息數(shù)據(jù)的采集和傳送的基礎(chǔ)性知識(shí)。單片機(jī)可選擇無線SOC單片機(jī)，對(duì)于傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中的基礎(chǔ)性內(nèi)容教學(xué)加以繼承，對(duì)于軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇ZigBee協(xié)議棧，通過具體事例對(duì)協(xié)議棧的各層實(shí)現(xiàn)進(jìn)行講授。

教學(xué)方法方面要深入進(jìn)行改革，突出重點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)單片機(jī)部分的教學(xué)，理論教學(xué)配合實(shí)際案例，可創(chuàng)設(shè)一定的情境，設(shè)立任務(wù)，以完成任務(wù)為目標(biāo)，進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)的實(shí)施。需要注意的是，任務(wù)的確立要以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為背景，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的采集和傳送以及無線通信的知識(shí)點(diǎn)，開發(fā)背景的構(gòu)造要具有實(shí)用性。例如對(duì)于SPI接口的教學(xué)，從原理到接口函數(shù)再到模塊的使用，可結(jié)合SPI通信的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)。對(duì)于無線通訊部分的教學(xué)，要注意在理論講授方面可適當(dāng)?shù)臏p少，而相應(yīng)的增加無線通信方面的實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生更加直觀的對(duì)其加以認(rèn)識(shí)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分的教訓(xùn)，以ZigBee藍(lán)本，以Keil等開發(fā)系統(tǒng)中用C語言書寫的ZigBee協(xié)議棧程序?yàn)榫唧w對(duì)象，將教學(xué)重點(diǎn)放在應(yīng)用層開發(fā)的具體流程以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螒B(tài)的設(shè)置方面，從簡入深，循序漸進(jìn)的向星型網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過渡。

4.2 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐

單片機(jī)技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，純理論的教學(xué)，不配合實(shí)訓(xùn)等同于紙上談兵。對(duì)于單片機(jī)的教學(xué)，不能僅限于教師課堂上的理論講授，要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，通過學(xué)生的親自參與，讓學(xué)生更加具體，更加直觀的對(duì)單片機(jī)技術(shù)加以認(rèn)知和理解。構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，首先要更新單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，選擇新型的無線SOPC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，同時(shí)為了能夠與原實(shí)驗(yàn)兼容，為代碼移植提供方便，可使用Keil/IAR的編譯開發(fā)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括SOC單片機(jī)的基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的時(shí)間方面適當(dāng)加以延長，對(duì)實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行靈活合理的配置，以打造開放性實(shí)驗(yàn)室為最終目的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要以綜合性實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生親自參與，自主創(chuàng)新，教師給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助。

鑒于單片機(jī)技術(shù)的實(shí)踐性特點(diǎn)，增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到理想的教學(xué)效果十分必要。實(shí)踐教學(xué)可通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)、各類競賽、各種實(shí)踐活動(dòng)的形式來表現(xiàn)，采用多種方式相結(jié)合，力爭為學(xué)生創(chuàng)造更多的鍛煉機(jī)會(huì)、實(shí)踐機(jī)會(huì)，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力。需要注意的是，實(shí)踐教學(xué)的開展要建立在市場需要的基礎(chǔ)之上，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和開發(fā)設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)。

總之，在進(jìn)行單片機(jī)的教學(xué)中要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分的加以利用，讓學(xué)生在了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，掌握單片機(jī)技術(shù)基本的理論知識(shí)的同時(shí)學(xué)會(huì)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及自主開發(fā)的能力，為社會(huì)培養(yǎng)更多具有高素質(zhì)、高能力的專業(yè)型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]古麗萍.對(duì)于我國物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與發(fā)展思考[J].通信世界周刊，2011（11）.

[2]張應(yīng)福.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[J].通信與信息技術(shù)，2012（01）.

[3]王東.單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革初探[J].安順學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（03）：95-96.

作者單位：遼寧公安司法管理干部學(xué)院，沈陽 110161