機器人系列產品開發驅動專業課程體系的構建與設計——以“嵌入式系統工程技術專業”為例

雷道仲,李平安,黃亞輝,陽 領

機器人系列產品開發驅動專業課程體系的構建與設計——以“嵌入式系統工程技術專業”為例

雷道仲,李平安,黃亞輝,陽 領

（湖南信息職業技術學院,湖南長沙.410200）

本文以“嵌入式系統工程技術專業”的課程體系構建過程為應用背景，提出了機器人系列產品開發來驅動專業課程體系構建的設計思想，闡述了如何將機器人系列產品開發過程中所需的知識體系結構分解到各專業課程中去的方法和過程，從而完整地呈現出了“嵌入式系統工程專業”的課程體系構建的整個過程，取得了滿意的效果；并且通過五年的實踐表明：以機器人系列產品開發驅動專業課程體系構建的方法是一種科學的課程體系構建方法。

機器人；產品開發；驅動；課程體系

1　機器人系列產品介紹

機器人系列產品概述：該系列產品的核心模塊為“直流電機控制模塊”，采用ARM處理器進行控制。該模塊具備兩路完全被隔離的直流電機控制通道，可讓電機勻速轉動或轉到指定位置。高可靠性同步功能，使兩路電機同時啟動或同時關閉。

使用說明：直流電機控制模塊接線方式如圖1所示,兩個電機分別由兩個獨立的電源推動。運用C語言編程技術、PCB制版技術、串口通信技術，通過小型電子模塊的表現方式，將小型直流電機的驅動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和直流減速電機提供控制與驅動；智能機器人行業、教育機器人行業和消費類電子和娛樂電子行業提供方便快捷的實現模塊；為相應的個人和企業提供快速實現技術和工具。

2　產品（或項目）的設計開發流程

3　產品（或項目）開發的知識技術與課程相對應

圖1　電機接線方式示意圖

將機器人系列項目設計開發流程的每道工序所需要的技術和知識進行分解，并與具體課程相對應，逐步構建出嵌入式系統工程技術專業的課程體系。

需求與功能分析系統概要設計階段：將對待開發的產品的使用對象及市場進行調研，準確地理解用戶的要求，進行細致的調查分析，將用戶需求陳述轉化為完整的需求說明。抓住用戶的核心需求，撰寫需求報告，進行需求分析，可行性分析和功能分析，發現潛在客戶群體。該階段所需要的技能與知識有：交流溝通技巧，產品精準需求分析與策劃定位的方法和技巧，相關專業軟件的使用，如流程圖繪制軟件。在系統概要設計過程中，需對系統軟硬件進行整體設計，并制定項目成本預算。整個過程最終要通過項目的評審。

電路設計階段：需對電路功能進行可行性分析，據此設計電路，再根據工程計算結果、工程經驗以及參考文獻與技術手冊選用合適的元器件，最后利用常用電子線路仿真軟件對電路進行設計和仿真，直至設計和仿真結果滿足功能需求。該階段所需的技術與理論知識有：模擬電路功能與可行性分析、數字電路功能與可行性分析、元器件識別與選用、電路設計與仿真、文獻查閱技術、電子線路知識、工程計算知識、電機控制知識等。

圖2　“機器人系列產品”設計開發流程圖

圖3　開發流程對應核心課程圖

PCB設計階段：需使用CAD軟件進行電路的原理圖繪制與PCB版圖設計，并進行電氣檢測，該階段所需的技術與理論知識有：CAD軟件安裝與使用、protel制板軟件使用、電路布線工藝、計算機輔助設計方法、電路繪圖與制板、自制元件和常用元器件庫操作等相關知識。

PCB制作階段：需要使用PCB小型工業制板流水線設備進行產品的印制電路板制作，然后針對制成的印制電路板進行電氣通斷性能測試，該階段所需的技術與理論知識有PCB制作設備的使用，電路制板工藝、PCB制板行業標準與安全、計算機輔助設計方法、PCB制板、小型工業制板流水線設備安全操作及設備維護知識。

焊接安裝調試階段：需根據電路需要選購元器件，再進行電路的焊接，然后完成與ARM處理器主機板的連接，最后進行電路的硬件調試。該階段所需的技術與理論知識有：電子產品制造技術、電子產品測量技術、電子產品調試技術、ARM處理器接口技術、常用電子儀器儀表與電子產品焊裝基本知識。

系統軟件設計階段：需要對做好的電路進行控制程序的編寫、編譯、下載與調試。過程主要包括:軟件功能分析，流程圖繪制和詳細代碼編寫。該階段所需的技術與理論知識包括：小型嵌入式產品制作、嵌入式系統設計與開發、ARM的C語言編程技術、編譯與下載軟件使用、軟件調試工具的使用、ARM處理器與接口技術等相關知識。

系統聯調與生產階段：需根據前面設計的各模塊進行聯機調試和整機軟硬件測試，以及技術文檔編輯，最終完成產品定型，生產試制。該階段所需的技術與理論知識包括：整機電路功能可行性分析、整機電路設計、整機電路裝配與調試、ARM微處理器編程技術、技術文檔編輯以及傳感與檢測、微控制器、行業標準等相關知識。

4　課程體系構建

圖4　專業課程模塊關系圖

以“機器人系列產品”設計與制作的流程為依據，設計專業課程體系。

4.1核心課程設計

“機器人系列產品”設計開發對應的核心課程體系

4.2專業能力模塊課程關系圖（非核心課程與核心課程的關系）

“嵌入式系統工程技術專業”能力模塊課程關系圖

5　結論

機器人系列產品開發驅動專業課程體系的構建模式在我院實施五年多來，效果明顯。在這種方式下構建的課程體系是一種基于目標任務式課程體系，它使得學生的學習目的更明確，興趣更高，更有利于創新型人才的培養。

[1] 鄭永鋒.高職機電一體化專業項目驅動課程體系研究[M].職教通訊, 浙江師范大學，2014.5。

[2] 趙亮.淺談項目驅動教學模式下的課程體系建設[J]. 中小企業管理與科技, 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項目資助

教育部中西部青年骨干教師國內訪問學者項目資助

雷道仲（1977-）男，湖南桃源人，副教授，研究方向為數字信號處理、智能控制，現任湖南信息職業技術學院智能控制系主任。