單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備應(yīng)用案例實(shí)施

呂寧+唐企堯

江蘇省常州技師學(xué)院

【摘 要】文章介紹了應(yīng)用單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備進(jìn)行技師畢業(yè)設(shè)計(jì)的案例實(shí)施，詳細(xì)分解了完成“循跡避障智能小車”各項(xiàng)功能的學(xué)習(xí)情境，真正實(shí)現(xiàn)了教、學(xué)、做一體化，為學(xué)生走上工作崗位從事單片機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】循跡避障智能小車 單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備 學(xué)習(xí)情境

為了改變傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中按照理論教材照本宣科，教師教得費(fèi)力，學(xué)生學(xué)得辛苦的現(xiàn)象，我們研發(fā)了單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備，將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，采用“基礎(chǔ)教學(xué)—課程設(shè)計(jì)—畢業(yè)設(shè)計(jì)”三步驟進(jìn)行分階段實(shí)施。在基礎(chǔ)教學(xué)中使用基本教學(xué)模塊，學(xué)習(xí)單片機(jī)I/O接口應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、按鍵控制、在線仿真器和Proteus仿真軟件的使用，設(shè)計(jì)制作流水燈、模擬交通燈等項(xiàng)目。在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生仿照應(yīng)用模塊，完成“0～99分倒計(jì)時(shí)定時(shí)器”單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、制作、調(diào)試，學(xué)習(xí)撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。在技師畢業(yè)設(shè)計(jì)中，以真實(shí)的產(chǎn)品8路搶答器、單片機(jī)萬(wàn)年歷、超聲波測(cè)距、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)和循跡避障智能小車等作為載體，以產(chǎn)品功能開發(fā)的流程為主線，將單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)融合到小型產(chǎn)品的開發(fā)與制作的工作中，實(shí)現(xiàn)與小型單片機(jī)產(chǎn)品的近距離接觸。

下面以“循跡避障智能小車”為平臺(tái)，介紹通過學(xué)習(xí)單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備上的有關(guān)模塊，在技師班進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的案例實(shí)施。

一、智能小車簡(jiǎn)介

智能小車是一個(gè)集中運(yùn)用單片機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、數(shù)據(jù)通信、人工智能及機(jī)器人學(xué)等高新技術(shù)的綜合體，主要由系統(tǒng)的核心控制——單片機(jī)，運(yùn)動(dòng)方式——機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，檢測(cè)方式——傳感器，控制方式——電機(jī)、舵機(jī)，通訊方式——串口、無(wú)線通信等部件組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線（尋跡），判斷并躲避障礙（避障）等功能。

二、學(xué)習(xí)情境

我們選擇了上海益芯科技有限公司開發(fā)的產(chǎn)品套件“循跡避障智能小車”作為技師畢業(yè)設(shè)計(jì)的載體，將單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備上有關(guān)中斷、定時(shí)、傳感器監(jiān)測(cè)、數(shù)碼管顯示、1602顯示、12864液晶顯示、PWM控制、紅外發(fā)射/接收、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)等內(nèi)容進(jìn)行綜合運(yùn)用，采用兩輪差分驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路與PWM調(diào)速，利用紅外線傳感器反射接收，檢測(cè)智能小車車輪的偏轉(zhuǎn)情況，然后輸出高低電平傳送給單片機(jī)，控制小車能夠?qū)ふ揖哂幸欢ê诎讓?duì)比度的黑線，進(jìn)行沿直線或沿弧線快速行駛；當(dāng)小車探測(cè)到前方有障礙物時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整，躲避障礙物，從無(wú)障礙區(qū)通過；為了使智能小車具有良好的人機(jī)界面，采用數(shù)碼管或液晶屏作為顯示器，顯示小車行駛中的有關(guān)參數(shù)。我們將以上功能的實(shí)現(xiàn)分成4個(gè)學(xué)習(xí)情境，每個(gè)學(xué)習(xí)情境又由2～4個(gè)子情境組成。

（一）學(xué)習(xí)情境1：循跡避障智能小車的焊接與裝配

子情境1：組裝前的準(zhǔn)備。包括了解循跡避障智能小車的功能和組裝智能小車電子元器件的選取檢測(cè)。

子情境2：電路板焊接及裝配。包括智能小車控制電路板的焊接和組裝。

（二）學(xué)習(xí)情境2：循跡避障智能小車各功能部件的檢測(cè)

子情境1：STC89C52單片機(jī)芯片程序?qū)懭?。包括STC89C52最小系統(tǒng)的搭建、單片機(jī)ISP編程工具的使用和程序?qū)懭胄酒?/p>

子情境2：顯示系統(tǒng)檢測(cè)。包括兩位數(shù)碼管顯示、1602液晶顯示和12864液晶顯示。

子情境3：輸入系統(tǒng)查詢。包括獨(dú)立按鍵查詢和矩陣按鍵鍵盤查詢。

子情境4：傳感系統(tǒng)檢測(cè)。包括紅外發(fā)射管的檢測(cè)處理和紅外接收管的監(jiān)測(cè)處理。

（三）學(xué)習(xí)情境3：循跡避障智能小車的運(yùn)動(dòng)控制

子情境（1）：仿真、編程軟件的使用。包括Proteus仿真軟件的使用和KEIL2/3/4編譯軟件的使用。

子情境（2）：路徑運(yùn)行的定義。包括直線型路徑的前進(jìn)與后退和S型路徑的前進(jìn)與后退。

子情境（3）：定時(shí)運(yùn)行。包括延時(shí)啟停控制和超時(shí)警報(bào)控制。

子情境（4）：避障與尋跡功能的實(shí)現(xiàn)。包括避障功能的實(shí)現(xiàn)和尋跡功能的實(shí)現(xiàn)。

（四）學(xué)習(xí)情境4：循跡避障智能小車其他功能的拓展

子情境（1）：語(yǔ)音識(shí)別功能。包括特定頻率的聲音控制和特定音色的聲音控制。

子情境（2）：遙控功能。包括智能小車運(yùn)動(dòng)紅外監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)中數(shù)據(jù)傳輸功能的實(shí)現(xiàn)。

三、案例實(shí)施成果

技師畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，每個(gè)學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)制作的“循跡避障智能小車”進(jìn)行總結(jié)，撰寫相應(yīng)的技師畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，內(nèi)容包括方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能分析、硬件設(shè)計(jì)、匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)、調(diào)試步驟、測(cè)試報(bào)告、實(shí)物圖片和視頻等。學(xué)生制作的“循跡避障智能小車”實(shí)物如圖1所示。

四、結(jié)束語(yǔ)

將單片機(jī)一體化教學(xué)設(shè)備應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，通過具體案例——“循跡避障智能小車”的開發(fā)與制作，訓(xùn)練和培養(yǎng)了學(xué)生在單片機(jī)小型作品元器件的選用、產(chǎn)品的焊接與組裝、軟硬件的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試與檢修等方面的能力，為學(xué)生走上工作崗位從事單片機(jī)相關(guān)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姜志玲.簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（04）：129-133.

[2]夏繼強(qiáng)，沈德金，何立民.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程（二）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[3]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.