ARDUINO在學(xué)生創(chuàng)新工程中的實(shí)踐與應(yīng)用研究

張 暉(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 南通 226010)

1 機(jī)電和電子專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的障礙與瓶頸

高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院主要擔(dān)負(fù)高水平技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力是非常有必要的一件事情。機(jī)電、電子類相關(guān)專業(yè)都是對(duì)實(shí)踐能力要求比較高的專業(yè)，也是對(duì)創(chuàng)新能力要求比較高的專業(yè)，但是，這些專業(yè)的學(xué)生在校期間能夠接觸到的創(chuàng)新訓(xùn)練普遍都比較少。

2 Arduino的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

Arduino是目前非常流行的一個(gè)電子創(chuàng)新開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它由軟件和硬件兩部分組成，軟件和硬件都是開(kāi)源的，設(shè)計(jì)者可以非常方便的在網(wǎng)絡(luò)上找到開(kāi)發(fā)板的PCB電路，在編程方面，也有大量的庫(kù)函數(shù)提供給用戶使用，使得使用者的編程得到大大的簡(jiǎn)化，這樣也便于非電子專業(yè)的人員進(jìn)行創(chuàng)新開(kāi)發(fā)使用。Arduino的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)編程簡(jiǎn)單。Arduino的編程都非常友好，適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)，也適合高職院校的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。

(2)應(yīng)用有趣。在國(guó)外，Arduino幾乎就是創(chuàng)客和創(chuàng)新的代名詞，許多有趣的項(xiàng)目如機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、智能家居、3D打印等等都可以用ARDUINO來(lái)完成

(3)技術(shù)支持多。Arduino誕生于2005年，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種ARDUINO論壇、QQ技術(shù)交流群等，都方便了用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上的交流

3 實(shí)踐舉例

機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)生，可以使用Arduino完成了許多大大小小的應(yīng)用項(xiàng)目，本文以《迷你寵物機(jī)器人的制作》為例，介紹Arduino工程項(xiàng)目對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。

寵物機(jī)器人首先需要像真正的寵物一樣，能夠有情感的表達(dá)，如撒嬌、賣(mài)萌、憤怒、無(wú)聊等，情感表達(dá)的途徑可以通過(guò)圖像和聲音來(lái)傳遞，因此，寵物機(jī)器人需要有一個(gè)傳遞情緒的設(shè)備，這里選用LED點(diǎn)陣模塊和蜂鳴器，為了使寵物機(jī)器人能夠便于攜帶，點(diǎn)陣模塊采用了8×8的點(diǎn)陣。機(jī)器寵物也需要進(jìn)行關(guān)愛(ài)，因此我們需要輸入用的傳感器來(lái)感受外界的一些輸入信號(hào)，這里采用了振動(dòng)傳感器和紅外傳感器以接收外界的輸入信號(hào)。在主控板方面，為了使板子比較小巧，采用了Arduino PRO MINI作為系統(tǒng)主控板，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3．1 材料準(zhǔn)備。制作這個(gè)寵物機(jī)器，我們需要準(zhǔn)備一把電烙鐵，焊錫絲，螺絲刀，熱熔膠槍，熱縮管，熱風(fēng)槍，一臺(tái)3D打印機(jī)及相關(guān)打印材料。

序號(hào) 名稱 規(guī) 格1 電烙鐵 可調(diào)二合一熱風(fēng)槍、恒溫電烙鐵。AC220V，熱風(fēng)槍450W，焊臺(tái)50W 2熱風(fēng)槍3 焊錫絲 0．5mm 63%含錫量無(wú)鉛焊錫絲4 熱熔膠槍 60W熱熔膠槍5 Arduino Pro Mini 6 充電保護(hù)板 輸入電壓5V，最大充電電流1000mA 7 紅外接收管 IRM－56384紅外接收管8 振動(dòng)開(kāi)關(guān) 高靈敏振動(dòng)傳感器開(kāi)關(guān)SW－18010P 9 蜂鳴器 5V 有源蜂鳴器10 電池 1000mAh 鋰離子電池11 開(kāi)關(guān) 滑動(dòng)開(kāi)關(guān)3腳2檔

3．2 制作過(guò)程。

(1)焊接硬件電路。首先根據(jù)圖2電路所示，將各電子元件用導(dǎo)線焊接起來(lái)。圖2中的Arduino板用的是UNO的圖片，是為了表示方便而使用的，在實(shí)際應(yīng)用中，我們采用PRO MINI板，功能基本一致，但是電路板的體積比UNO要小了許多。

(2)編寫(xiě)控制程序。控制程序主要是模仿寵物的日常生活，根據(jù)振動(dòng)傳感器和紅外接近傳感器給出的信息，在LED點(diǎn)陣顯示屏上顯示開(kāi)心、難過(guò)、憤怒、無(wú)聊等表情。如主人在長(zhǎng)時(shí)間放置的情況下，顯示無(wú)聊的表情，如果振動(dòng)傳感器的時(shí)間太長(zhǎng)，顯示憤怒的表情，如果每隔15分鐘紅外傳感器和振動(dòng)傳感器同時(shí)給出信號(hào)，則顯示開(kāi)心的表情。除了使用表情表達(dá)情緒外，寵物機(jī)器人還使用聲音來(lái)表示情緒，開(kāi)心的時(shí)候唱歌，憤怒的時(shí)候吼叫等等。

(3)外殼設(shè)計(jì)。電路板及程序制作完成后，我們需要制作寵物機(jī)器人的外殼。由于寵物機(jī)器人是個(gè)性化產(chǎn)品，產(chǎn)量少，而且體積小，因此采用3D打印技術(shù)制作機(jī)器人的外殼是比較合適的。外殼的設(shè)計(jì)根據(jù)電路板的尺寸、安裝位置、充電接口、開(kāi)關(guān)接口等，首先使用SOLIDWORKS進(jìn)行3D建模，然后再進(jìn)行打印。

(4)裝配調(diào)試。將焊接好的電路板裝入3D打印完成的外殼中，使用熱溶膠槍進(jìn)行局部固定，充電板由于需要經(jīng)常拔插充電線，因此使用螺絲固定，最后裝入LED點(diǎn)陣，整理各個(gè)電路板模塊的導(dǎo)線，壓緊外殼，使用螺絲固定，則寵物機(jī)器人最終完成。

4 結(jié)論

使用Arduino進(jìn)行迷你寵物機(jī)器人的創(chuàng)新實(shí)踐，對(duì)學(xué)生在多個(gè)方面進(jìn)行了訓(xùn)練，通過(guò)這個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，訓(xùn)練了學(xué)生的電子產(chǎn)品制作能力、程序的編寫(xiě)能力、三維設(shè)計(jì)能力、3D打印機(jī)的使用能力、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試能力。Arduino的使用使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間大大縮短，將學(xué)生的注意力主要集中在創(chuàng)新設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上，能夠從機(jī)械設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)三個(gè)大方面提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力。