智能遙控車設(shè)計(jì)與制作在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用研究

劉春雅

摘 要： 本文以智能遙控車設(shè)計(jì)與制作為例，闡述項(xiàng)目教學(xué)法單元設(shè)計(jì)方法及其實(shí)施過程。從單元設(shè)計(jì)目標(biāo)、項(xiàng)目訓(xùn)練過程、項(xiàng)目考核方法等三個(gè)方面具體說明項(xiàng)目教學(xué)法的單元設(shè)計(jì)方法。任務(wù)實(shí)施主要從硬件電路方面的模塊化入手，用現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有的比較成熟的模塊加上自制的單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能遙控車。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)教學(xué) 智能遙控車 教學(xué)應(yīng)用

隨著人們對(duì)智能化產(chǎn)品需求的日益提高，單片機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，前景越來越廣闊，單片機(jī)的學(xué)習(xí)為今后從事硬件及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)打下基礎(chǔ)。單片機(jī)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的課程，在現(xiàn)在的單片機(jī)教學(xué)中，如果教師只是停留在把“盡可能完整的單片機(jī)知識(shí)系統(tǒng)”灌輸給學(xué)生，而忽視學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，那么可以說單片機(jī)教學(xué)很難達(dá)標(biāo)。

在單片機(jī)課程教學(xué)過程中，要以項(xiàng)目任務(wù)為課程內(nèi)容的載體，用相應(yīng)的項(xiàng)目和任務(wù)訓(xùn)練學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力。在單片機(jī)教學(xué)中，可以采用兩種模式：（1）多個(gè)串行項(xiàng)目，訓(xùn)練綜合能力和單項(xiàng)能力的模式;（2）采用以“貫穿項(xiàng)目”訓(xùn)練綜合能力為主的模式。本文將以模式一中單片機(jī)教學(xué)中最后一個(gè)項(xiàng)目：智能遙控車設(shè)計(jì)與制作為例，論述智能遙控車設(shè)計(jì)與制作在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用。

1.項(xiàng)目訓(xùn)練目標(biāo)

在項(xiàng)目訓(xùn)練開始前，首先要明確項(xiàng)目訓(xùn)練的目標(biāo)，包括能力目標(biāo)和知識(shí)目標(biāo)。如表1所示。

2.項(xiàng)目實(shí)施過程

現(xiàn)階段單片機(jī)的設(shè)計(jì)思想越來越趨向于模塊化，不僅體現(xiàn)在程序方面，還體現(xiàn)在硬件電路方面。硬件電路的模塊化應(yīng)用，使得一些產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，節(jié)省了開發(fā)與測(cè)試的成本，同樣減小了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

本項(xiàng)目的實(shí)施主要從硬件電路方面的模塊化入手，用現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有的比較成熟的模塊加上自制的單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能遙控車。

2.1小車底盤的選擇

要讓小車運(yùn)行必須有一個(gè)底盤作為依托。市場(chǎng)上的小車底盤種類很多，幾種典型的底盤如表2所示：

綜合比較以上三種小車底盤，三輪底盤的整體性價(jià)比高，適合于大多數(shù)場(chǎng)合，基本滿足初學(xué)者的需求，所以我們選擇三輪小車底盤。

2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇

單片機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)能力有限，因此它無法用I/O端口直接控制帶動(dòng)小車底盤行走的電機(jī)，所以在小車底盤和單片機(jī)I/O端口之間需要增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)。這級(jí)驅(qū)動(dòng)電路采用驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方法很多，通過比較最終選擇驅(qū)動(dòng)芯片L293D。

L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá)），以及開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。L293D可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止操作，非常方便，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，有效控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖如圖1所示。J16和J17控制左邊電機(jī)，J18和J19控制右邊電機(jī)。取左邊電機(jī)為例，當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“1”，J17輸入數(shù)字電平“0”時(shí)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn);當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“0”，J17輸入數(shù)字電平“1”時(shí)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn);當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“0（1）”，J17輸入數(shù)字電平“0（1）”時(shí)實(shí)現(xiàn)停止;最后結(jié)合左右電機(jī)通過單片機(jī)共同實(shí)現(xiàn)小車的前后左右四個(gè)方向行駛。

2.3無線遙控模塊

無線遙控模塊實(shí)現(xiàn)了無線電遠(yuǎn)距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個(gè)小車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。本模塊采用的無線遙控是市場(chǎng)上現(xiàn)成的帶有PT2272解碼的TDL-9915接收模塊和帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊。其中PT2262的引腳圖如圖2所示：

2.4軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小車智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類大腦思維活動(dòng)，通過軟件設(shè)計(jì)可將各個(gè)變化信號(hào)數(shù)據(jù)有效地結(jié)合處理，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。在小車運(yùn)行的控制過程中，我們采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的控制具體程序流程圖如圖3所示。對(duì)于初中學(xué)生來說，此任務(wù)可由教師引導(dǎo)完成。

2.5系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，因此方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊的調(diào)試、無線遙控模塊的調(diào)試、紅外對(duì)管尋跡模塊的調(diào)試、紅外線避障模塊的調(diào)試及電機(jī)控制模塊和語音控制模塊的調(diào)試，最后將各模塊組合后結(jié)合軟件進(jìn)行整體測(cè)試。

3.項(xiàng)目考核

項(xiàng)目考核要和項(xiàng)目的訓(xùn)練目標(biāo)相呼應(yīng)，該項(xiàng)目考核分三個(gè)方面：（1）能力目標(biāo)考核學(xué)生能否完成智能遙控車的設(shè)計(jì)與制作，其中各模塊的選擇，模塊間的連接，系統(tǒng)程序的編寫，以及最終的調(diào)試、運(yùn)行;（2）知識(shí)目標(biāo)考核學(xué)生是否理解各模塊的工作原理，單片機(jī)編程軟件的使用，程序下載方法等;（3）素質(zhì)目標(biāo)考核學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，安全操作注意事項(xiàng)等。

4.結(jié)語

本文以智能遙控車設(shè)計(jì)與制作為例，給出了項(xiàng)目教學(xué)法的完整實(shí)施過程。教學(xué)設(shè)計(jì)中有明確的能力目標(biāo)，項(xiàng)目載體清晰，以學(xué)生為主體。這樣的教學(xué)方法使學(xué)生在實(shí)踐中有效獲取直接經(jīng)驗(yàn)，并能將書本上的、別人的間接知識(shí)與自己在實(shí)踐中獲得的直接經(jīng)驗(yàn)有效地融合起來。

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