創(chuàng)客微課程技能教育實(shí)踐

莫慧芳 段智敏

摘 要 本文結(jié)合微課程設(shè)計的特點(diǎn)，構(gòu)建“學(xué)做創(chuàng)”為導(dǎo)向的創(chuàng)客微課程設(shè)計模式，通過制作智能避障小車，將過程應(yīng)用于微課程項(xiàng)目設(shè)計。本設(shè)計以Arduino單片機(jī)為主控芯片，配合直流電動機(jī)、光電傳感器等器件，通過相應(yīng)的軟件代碼實(shí)現(xiàn)控制小車的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、避障、自動轉(zhuǎn)向等動作。將智能小車設(shè)計過程制作成微視頻演示，設(shè)計任務(wù)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容，可用于創(chuàng)客教育相關(guān)課程建設(shè)。

關(guān)鍵詞 微課程 創(chuàng)客 避障小車

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

智能小車，即輪式機(jī)器人，是移動機(jī)器人的一種。基于Arduino開發(fā)單板設(shè)計智能避障小車，電源模塊為單片機(jī)及其他電路提供工作電壓，直流12V主要為電機(jī)提供驅(qū)動電壓。超聲波避障模塊，通過單片機(jī)控制超聲波模塊去小車行駛道路上的障礙物進(jìn)行檢測，然后單片機(jī)通過處理反饋的信息，判斷障礙物的距離，進(jìn)而發(fā)出指令控制模塊，控制小車實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，達(dá)到避障的目的。

將智能小車設(shè)計過程制作成微視頻演示，設(shè)計任務(wù)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以用于創(chuàng)客教育相關(guān)課程建設(shè)。

1任務(wù)目標(biāo)設(shè)計

以Arduino單片機(jī)為核心，制作一款避障小車，小車從無障礙地區(qū)啟動前進(jìn)，感應(yīng)前進(jìn)路線上的障礙物后，根據(jù)障礙物的位置選擇下一步行進(jìn)方向。當(dāng)小車轉(zhuǎn)過90度后，對前方道路再次檢測。若無障礙，向前行駛。如果存在障礙物且小于15cm，小車右轉(zhuǎn)180度，并再次檢測前方路況，若無障礙物，向前行駛，有障礙物且距離小于15cm，小車向右轉(zhuǎn)90度并向前行駛。

2任務(wù)學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計

本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分由電機(jī)驅(qū)動模塊、單片機(jī)控制模塊、電源模塊、舵機(jī)模塊、超聲波模塊和避障模塊部分組成，完成障礙物檢測和直流電機(jī)的驅(qū)動等功能;軟件部分主要信號檢測和處理、直流電機(jī)的控制等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.1 硬件電路設(shè)計

本小車的硬件部分分為幾個模塊：超聲波傳感器、Arduino單片機(jī)、電源、兩個直流電動機(jī)、電機(jī)驅(qū)動板、車身和遙控模塊等。電源連接在Arduino單片機(jī)上給整個小車供電，將超聲波傳感器安置在車身的最前端，用于探測前方是否有障礙物。當(dāng)超聲波傳感器遇到障礙物，將反饋提供到單片機(jī)里從而做出旋轉(zhuǎn)的反應(yīng);再次檢測前方是否有障礙物，若有障礙物則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，沒有障礙物則電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)前進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)整個小車的避障功能。

2.1.1單片機(jī)控制模塊

中控芯片選擇Arduino單片機(jī)，控制信號由單片機(jī)對應(yīng)接收通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。Arduino是一款便捷靈活十分方便上手的開源電子原型平臺，能通過各種傳感器來感知環(huán)境，通過燈光、電機(jī)和其他裝置來反饋、影響環(huán)境。

2.1.2舵機(jī)模塊

舵機(jī)是小車轉(zhuǎn)向的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在硬件連接上共有三根線，分別為電源線、地線及控制輸入項(xiàng)。小車采用輝盛9g舵機(jī)，控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

舵機(jī)信號接口輸入圖程序，舵機(jī)開始從0度旋轉(zhuǎn)到180度，在從180度旋轉(zhuǎn)到0度，最后初始化舵機(jī)角度為90度，再安裝超聲波模塊，確保舵機(jī)在90度的時候，超聲波模塊在小車正前方，超聲波模塊每次程序執(zhí)行完都要回到90度的位置。

2.1.3 超聲波模塊

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，它是通過傳送一個超聲波（遠(yuǎn)高于人的聽覺范圍）和提供一個對應(yīng)于爆裂回聲返回到傳感器所需時間的輸出脈沖來工作的。測距程序基本工作原理：

（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號;

（2）模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回;

（3）有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。

測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2，打開串口監(jiān)視器，可以看到超聲波模塊的測距結(jié)果。

3軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件用C語言編寫，分為主程序、外部中斷解碼子程序、自動駕駛子程序、障礙物檢測子程序、定時器中斷調(diào)速子程序等，主要完成系統(tǒng)硬件的初始化、子程序調(diào)用等功能。圖2是測距部分程序，圖3是實(shí)物圖。

參考文獻(xiàn)

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