单片机一体化教学设备应用案例实施

　　江苏省常州技师学院
　　【摘 要】文章介绍了应用单片机一体化教学设备进行技师毕业设计的案例实施，详细分解了完成“循迹避障智能小车”各项功能的学习情境，真正实现了教、学、做一体化，为学生走上工作岗位从事单片机产品的开发和应用奠定了坚实的基础。
　　【关键词】循迹避障智能小车 单片机一体化教学设备 学习情境
　　为了改变传统单片机教学中按照理论教材照本宣科，教师教得费力，学生学得辛苦的现象，我们研发了单片机一体化教学设备，将其应用于教学实践中，采用“基础教学—课程设计—毕业设计”三步骤进行分阶段实施。在基础教学中使用基本教学模块，学习单片机I/O接口应用、数据采集、数据显示、按键控制、在线仿真器和Proteus仿真软件的使用，设计制作流水灯、模拟交通灯等项目。在课程设计中，学生仿照应用模块，完成“0～99分倒计时定时器”单片机控制系统的设计、仿真、制作、调试，学习撰写课程设计报告。在技师毕业设计中，以真实的产品8路抢答器、单片机万年历、超声波测距、单片机温度控制系统和循迹避障智能小车等作为载体，以产品功能开发的流程为主线，将单片机技术的学习融合到小型产品的开发与制作的工作中，实现与小型单片机产品的近距離接触。
　　下面以“循迹避障智能小车”为平台，介绍通过学习单片机一体化教学设备上的有关模块，在技师班进行毕业设计的案例实施。
　　一、智能小车简介
　　智能小车是一个集中运用单片机、传感器、自动控制、机电一体化、数据通信、人工智能及机器人学等高新技术的综合体，主要由系统的核心控制——单片机，运动方式——机械传动结构，检测方式——传感器，控制方式——电机、舵机，通讯方式——串口、无线通信等部件组成，能够实现自动识别路线（寻迹），判断并躲避障碍（避障）等功能。
　　二、学习情境
　　我们选择了上海益芯科技有限公司开发的产品套件“循迹避障智能小车”作为技师毕业设计的载体，将单片机一体化教学设备上有关中断、定时、传感器监测、数码管显示、1602显示、12864液晶显示、PWM控制、红外发射/接收、直流电机驱动等内容进行综合运用，采用两轮差分驱动直流电机的驱动电路与PWM调速，利用红外线传感器反射接收，检测智能小车车轮的偏转情况，然后输出高低电平传送给单片机，控制小车能够寻找具有一定黑白对比度的黑线，进行沿直线或沿弧线快速行驶；当小车探测到前方有障碍物时，能自动调整，躲避障碍物，从无障碍区通过；为了使智能小车具有良好的人机界面，采用数码管或液晶屏作为显示器，显示小车行驶中的有关参数。我们将以上功能的实现分成4个学习情境，每个学习情境又由2～4个子情境组成。
　　（一）学习情境1：循迹避障智能小车的焊接与装配
　　子情境1：组装前的准备。包括了解循迹避障智能小车的功能和组装智能小车电子元器件的选取检测。
　　子情境2：电路板焊接及装配。包括智能小车控制电路板的焊接和组装。
　　（二）学习情境2：循迹避障智能小车各功能部件的检测
　　子情境1：STC89C52单片机芯片程序写入。包括STC89C52最小系统的搭建、单片机ISP编程工具的使用和程序写入芯片。
　　子情境2：显示系统检测。包括两位数码管显示、1602液晶显示和12864液晶显示。
　　子情境3：输入系统查询。包括独立按键查询和矩阵按键键盘查询。
　　子情境4：传感系统检测。包括红外发射管的检测处理和红外接收管的监测处理。
　　（三）学习情境3：循迹避障智能小车的运动控制
　　子情境（1）：仿真、编程软件的使用。包括Proteus仿真软件的使用和KEIL2/3/4编译软件的使用。
　　子情境（2）：路径运行的定义。包括直线型路径的前进与后退和S型路径的前进与后退。
　　子情境（3）：定时运行。包括延时启停控制和超时警报控制。
　　子情境（4）：避障与寻迹功能的实现。包括避障功能的实现和寻迹功能的实现。
　　（四）学习情境4：循迹避障智能小车其他功能的拓展
　　子情境（1）：语音识别功能。包括特定频率的声音控制和特定音色的声音控制。
　　子情境（2）：遥控功能。包括智能小车运动红外监控功能的实现和运动中数据传输功能的实现。
　　三、案例实施成果
　　技师毕业设计结束时，每个学生对自己设计制作的“循迹避障智能小车”进行总结，撰写相应的技师毕业设计论文，内容包括方案设计、系统功能分析、硬件设计、汇编语言或C语言源程序设计、调试步骤、测试报告、实物图片和视频等。学生制作的“循迹避障智能小车”实物如图1所示。
　　四、结束语
　　将单片机一体化教学设备应用于教学实践，通过具体案例——“循迹避障智能小车”的开发与制作，训练和培养了学生在单片机小型作品元器件的选用、产品的焊接与组装、软硬件的设计、仿真、调试与检修等方面的能力，为学生走上工作岗位从事单片机相关工作奠定了坚实的基础。
　　【参考文献】
　　[1]姜志玲.简易智能电动车的设计[J].华东交通大学学报，2005（04）：129-133.
　　[2]夏继强，沈德金，何立民.单片机实验与实践教程（二）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
　　[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.

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