機(jī)器人系列產(chǎn)品開發(fā)驅(qū)動(dòng)專業(yè)課程體系的構(gòu)建與設(shè)計(jì)——以“嵌入式系統(tǒng)工程技術(shù)專業(yè)”為例

雷道仲,李平安,黃亞輝,陽(yáng) 領(lǐng)

機(jī)器人系列產(chǎn)品開發(fā)驅(qū)動(dòng)專業(yè)課程體系的構(gòu)建與設(shè)計(jì)——以“嵌入式系統(tǒng)工程技術(shù)專業(yè)”為例

雷道仲,李平安,黃亞輝,陽(yáng) 領(lǐng)

（湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙.410200）

本文以“嵌入式系統(tǒng)工程技術(shù)專業(yè)”的課程體系構(gòu)建過(guò)程為應(yīng)用背景，提出了機(jī)器人系列產(chǎn)品開發(fā)來(lái)驅(qū)動(dòng)專業(yè)課程體系構(gòu)建的設(shè)計(jì)思想，闡述了如何將機(jī)器人系列產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中所需的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)分解到各專業(yè)課程中去的方法和過(guò)程，從而完整地呈現(xiàn)出了“嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)”的課程體系構(gòu)建的整個(gè)過(guò)程，取得了滿意的效果；并且通過(guò)五年的實(shí)踐表明：以機(jī)器人系列產(chǎn)品開發(fā)驅(qū)動(dòng)專業(yè)課程體系構(gòu)建的方法是一種科學(xué)的課程體系構(gòu)建方法。

機(jī)器人；產(chǎn)品開發(fā)；驅(qū)動(dòng)；課程體系

1　機(jī)器人系列產(chǎn)品介紹

機(jī)器人系列產(chǎn)品概述：該系列產(chǎn)品的核心模塊為“直流電機(jī)控制模塊”，采用ARM處理器進(jìn)行控制。該模塊具備兩路完全被隔離的直流電機(jī)控制通道，可讓電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)到指定位置。高可靠性同步功能，使兩路電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)或同時(shí)關(guān)閉。

使用說(shuō)明：直流電機(jī)控制模塊接線方式如圖1所示,兩個(gè)電機(jī)分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源推動(dòng)。運(yùn)用C語(yǔ)言編程技術(shù)、PCB制版技術(shù)、串口通信技術(shù)，通過(guò)小型電子模塊的表現(xiàn)方式，將小型直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制功能集成在一塊小型的電路板上，為各種小功率的直流電機(jī)和直流減速電機(jī)提供控制與驅(qū)動(dòng)；智能機(jī)器人行業(yè)、教育機(jī)器人行業(yè)和消費(fèi)類電子和娛樂(lè)電子行業(yè)提供方便快捷的實(shí)現(xiàn)模塊；為相應(yīng)的個(gè)人和企業(yè)提供快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)和工具。

2　產(chǎn)品（或項(xiàng)目）的設(shè)計(jì)開發(fā)流程

3　產(chǎn)品（或項(xiàng)目）開發(fā)的知識(shí)技術(shù)與課程相對(duì)應(yīng)

圖1　電機(jī)接線方式示意圖

將機(jī)器人系列項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)流程的每道工序所需要的技術(shù)和知識(shí)進(jìn)行分解，并與具體課程相對(duì)應(yīng)，逐步構(gòu)建出嵌入式系統(tǒng)工程技術(shù)專業(yè)的課程體系。

需求與功能分析系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)階段：將對(duì)待開發(fā)的產(chǎn)品的使用對(duì)象及市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，準(zhǔn)確地理解用戶的要求，進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查分析，將用戶需求陳述轉(zhuǎn)化為完整的需求說(shuō)明。抓住用戶的核心需求，撰寫需求報(bào)告，進(jìn)行需求分析，可行性分析和功能分析，發(fā)現(xiàn)潛在客戶群體。該階段所需要的技能與知識(shí)有：交流溝通技巧，產(chǎn)品精準(zhǔn)需求分析與策劃定位的方法和技巧，相關(guān)專業(yè)軟件的使用，如流程圖繪制軟件。在系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)過(guò)程中，需對(duì)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，并制定項(xiàng)目成本預(yù)算。整個(gè)過(guò)程最終要通過(guò)項(xiàng)目的評(píng)審。

電路設(shè)計(jì)階段：需對(duì)電路功能進(jìn)行可行性分析，據(jù)此設(shè)計(jì)電路，再根據(jù)工程計(jì)算結(jié)果、工程經(jīng)驗(yàn)以及參考文獻(xiàn)與技術(shù)手冊(cè)選用合適的元器件，最后利用常用電子線路仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，直至設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果滿足功能需求。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有：模擬電路功能與可行性分析、數(shù)字電路功能與可行性分析、元器件識(shí)別與選用、電路設(shè)計(jì)與仿真、文獻(xiàn)查閱技術(shù)、電子線路知識(shí)、工程計(jì)算知識(shí)、電機(jī)控制知識(shí)等。

圖2　“機(jī)器人系列產(chǎn)品”設(shè)計(jì)開發(fā)流程圖

圖3　開發(fā)流程對(duì)應(yīng)核心課程圖

PCB設(shè)計(jì)階段：需使用CAD軟件進(jìn)行電路的原理圖繪制與PCB版圖設(shè)計(jì)，并進(jìn)行電氣檢測(cè)，該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有：CAD軟件安裝與使用、protel制板軟件使用、電路布線工藝、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法、電路繪圖與制板、自制元件和常用元器件庫(kù)操作等相關(guān)知識(shí)。

PCB制作階段：需要使用PCB小型工業(yè)制板流水線設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品的印制電路板制作，然后針對(duì)制成的印制電路板進(jìn)行電氣通斷性能測(cè)試，該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有PCB制作設(shè)備的使用，電路制板工藝、PCB制板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與安全、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法、PCB制板、小型工業(yè)制板流水線設(shè)備安全操作及設(shè)備維護(hù)知識(shí)。

焊接安裝調(diào)試階段：需根據(jù)電路需要選購(gòu)元器件，再進(jìn)行電路的焊接，然后完成與ARM處理器主機(jī)板的連接，最后進(jìn)行電路的硬件調(diào)試。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有：電子產(chǎn)品制造技術(shù)、電子產(chǎn)品測(cè)量技術(shù)、電子產(chǎn)品調(diào)試技術(shù)、ARM處理器接口技術(shù)、常用電子儀器儀表與電子產(chǎn)品焊裝基本知識(shí)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)階段：需要對(duì)做好的電路進(jìn)行控制程序的編寫、編譯、下載與調(diào)試。過(guò)程主要包括:軟件功能分析，流程圖繪制和詳細(xì)代碼編寫。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)包括：小型嵌入式產(chǎn)品制作、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、ARM的C語(yǔ)言編程技術(shù)、編譯與下載軟件使用、軟件調(diào)試工具的使用、ARM處理器與接口技術(shù)等相關(guān)知識(shí)。

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與生產(chǎn)階段：需根據(jù)前面設(shè)計(jì)的各模塊進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試和整機(jī)軟硬件測(cè)試，以及技術(shù)文檔編輯，最終完成產(chǎn)品定型，生產(chǎn)試制。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)包括：整機(jī)電路功能可行性分析、整機(jī)電路設(shè)計(jì)、整機(jī)電路裝配與調(diào)試、ARM微處理器編程技術(shù)、技術(shù)文檔編輯以及傳感與檢測(cè)、微控制器、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)知識(shí)。

4　課程體系構(gòu)建

圖4　專業(yè)課程模塊關(guān)系圖

以“機(jī)器人系列產(chǎn)品”設(shè)計(jì)與制作的流程為依據(jù)，設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系。

4.1核心課程設(shè)計(jì)

“機(jī)器人系列產(chǎn)品”設(shè)計(jì)開發(fā)對(duì)應(yīng)的核心課程體系

4.2專業(yè)能力模塊課程關(guān)系圖（非核心課程與核心課程的關(guān)系）

“嵌入式系統(tǒng)工程技術(shù)專業(yè)”能力模塊課程關(guān)系圖

5　結(jié)論

機(jī)器人系列產(chǎn)品開發(fā)驅(qū)動(dòng)專業(yè)課程體系的構(gòu)建模式在我院實(shí)施五年多來(lái)，效果明顯。在這種方式下構(gòu)建的課程體系是一種基于目標(biāo)任務(wù)式課程體系，它使得學(xué)生的學(xué)習(xí)目的更明確，興趣更高，更有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

[1] 鄭永鋒.高職機(jī)電一體化專業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)課程體系研究[M].職教通訊, 浙江師范大學(xué)，2014.5。

[2] 趙亮.淺談項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式下的課程體系建設(shè)[J]. 中小企業(yè)管理與科技, 2012.3.

Construction and Design of Professional Course System Driven by Robot Series Product Development—— "Embedded Systems Engineering Technology" as an example

Lei Daozhong,Li Pingan,Huang Yahui,Yang Ling
(Hunan College of Information，Hunan Changsha,410200）

Based on the application of "Embedded System Engineering Technology" course system construction process,design ideas about adopting series of robots product development to drive the construction of professional curriculum system are put forward in this paper.The methods and processes of how to decompose the knowledge architecture needed in robot series product development into various specialized courses are described.The whole process of the establishment of "Embedded Systems Engineering Technology" curriculum system is complete presented,which achieved satisfactory results.Five years of practice shows that the method of constructing professional curriculum system driven by robot series product development is a scientific course system construction method.

Robot;product development;drive;curriculum system.

湖南省高校青年骨干教師培養(yǎng)項(xiàng)目資助

教育部中西部青年骨干教師國(guó)內(nèi)訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目資助

雷道仲（1977-）男，湖南桃源人，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理、智能控制，現(xiàn)任湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能控制系主任。