基于Arduino的傳菜機器人設計

楊立志

摘要：Arduino作為一種簡單易用的電子平臺，已得到廣泛的應用，在動漫制作，游戲互動，甚至部分工業檢測設備等領域Arduino控制器都表現出很好的應用效果，該文結合采用Arduino控制器設計的一種教學機器人以及將該機器人開發過程中涉及的知識點運用在高職C語言教學中的相關方法進行分析和探討。

關鍵詞：Arduino電子平臺；教學機器人；高職C語言教學

中圖分類號：TP317.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）36-0217-02

Abstract： Arduino as a kind of electronic platform is easy to use， has been widely used in animation， interactive games， and even part of the industrial testing equipment field Arduino controller shows a good application effect， this paper adopts a Arduino teaching robot controller design and the analysis and discussion of the knowledge involved the use of the related method in higher vocational C language teaching in the development process of the robot.

Key words： arduino electronic platform； Teaching robot； C language teaching in Polytechnic college Education

1 概述

一般情況下，C語言程序設計[1]是計算機軟件設計從業人員的一門必修課，也是入門課，這門課程對于剛接觸程序設計的高職計算機專業學生來說，有一定的學習難度，課程內的很多知識點都需要學生通過反復的實踐驗證才能做到內化于心，由于受C語言開發環境，教學環境等實際條件限制往往很難把知識點運行效果展現的生動有趣，吸引學生的眼球。致使許多學生在學習過程中漸漸失去了堅持下去的熱情和耐心，從而導致后續的學習缺乏動力和必要的基礎，甚至會造成部分學生心理上對程序設計產生畏懼感，影響到整個大學期間的學習。為了能有效調動學生學習C語言，自覺運用C語言解決問題的熱情和主動性，從而提高C語言學習的效率。本文在教學過程中以arduino控制器[2，3]為平臺設計了一種傳菜機器人，作為C語言教學的案例，把相關知識點融入到該案例的各個實現環節。

2 傳菜機器人功能設計

本文設計的傳菜機器人[4]的基本功能以餐館、飯店為應用環境，代替工作人員為顧客傳送菜肴，該機器人的設計目標是作為一個完整的餐館控制系統的一部分而構思的，機器人的一些功能是為了能夠與餐館控制系統中其他組成單元相配合而設計的，餐館控制系統的總體功能結構如圖1所示。

每個座位上放置點菜器，客人通過該點菜器選擇自己需要的菜肴，下單后提交到廚房控制器上，廚房依據各個座位上客人的點菜清單進行炒菜，炒好后交給傳菜機器人，由傳菜機器人送到對應的桌上。管理人員通過手機、pad等終端設備可以查詢每天的銷售情況，各個菜品的受歡迎程度等信息。其各個構成部分的相應功能為：

1） 點菜器

提供菜譜展示功能，向客人展示菜肴的圖片、價格、簡要介紹等信息。提供菜肴的狀態信息，客戶能實時了解自己點的菜當前處于哪種狀態?？蛻裟軌驗g覽、選擇、下單。

2） 廚房控制器

收集匯總各個點菜器上的點菜信息，向廚房提供客戶的點菜情況，廚房確認后，向客戶發送菜肴的狀態信息。提供呼喚傳菜機器人功能，更改菜肴信息功能，統計分析信息供手機查詢功能。

3） 傳菜機器人

接受廚房召喚，按照命令通過巡線功能將菜品送到指定的座位，通過語音向客人播報菜品信息及祝餐詞。送餐途中遇到行人或其他障礙，通過語音提示讓路信息。如果長時間無響應要能通知廚房端安排相關人員進行處理。送完菜后回到廚房指定位置待命。

4） 終端

能夠查詢菜肴的銷量，受歡迎程度，銷售額等信息。

上述廚房控制器、點菜器、終端三個組成部分，在硬件上主要通過arm處理器及相關外圍部件完成，軟件采用linux環境下的相關編程工具如qt、 android等進行設計，這些組件的功能由大學二、三年級的學生完成。而對于傳菜機器人由于很多功能涉及的有關技術相對簡單，借助arduino硬件平臺及其開發環境可以很方便的實現，把這部分內容經過適當的處理，是可以作為C語言基礎教學的一個組成部分的。

圍繞C語言程序設計教學目標和應知應會技能要求，本文設計的傳菜機器人的主要功能劃分成圖2所示的組成部分：

圖2中基本運動控制單元主要完成機器人前進、后退、左右轉彎，加、減速調節，停止等基本動作的實現，該部分內容相對簡單，實施效果直觀，可以把C語言基礎知識如變量定義，分支結構使用等相關內容有機的組織起來開展教學。而對于其他功能單元，如巡線功能、避障功能等，實現過程相對較復雜，需要學生具備一定的C語言基礎知識后，作為學習C語言后續知識的課堂任務或實踐案例[5]。

3 課程任務設計

按照學生認知規律，結合傳菜機器人設計目標，將傳菜機器人教學過程設計為五個模塊，具體如下表一所示，表一中給出的五個模塊又被細化為16個子任務，將模塊細化為子任務開展教學，有利于以項目小組的形式組織學生廣泛參與[6]，有利于把教師的“講”和學生的“練”有機結合起來，授課的方式不再是以教師為主體，而是以學生為主體的討論式、應用式的教學。注重學生在做中學，在學中做，“教學合一”，學練并重。教師可以充分發揮主導作用，邊講課，邊演示，邊指導；學生邊學習，邊動手，邊提問，實現課堂理論教學與實踐技能培養的融合。同時也有利于形成多元化考核思想，制定理論、實驗、設計、實習考核標準及細則，有效體現過程考核，形成平時、期中、期末三個階段性考核。并將理論考核、作業、課堂提問、教學考勤等因素考慮進去，最終形成綜合成績[7]。

通過子任務的實施，不僅能將C語言程序設計課程中基本語法、數據結構、基本語句及分支結構、函數定義與使用等相關內容貫穿融入到教學過程中，也能對教師測評教學效果，形成合理的教學評價體系提供很好的支撐。

4 總結

通過引入傳菜機器人作為C語言基礎課程教學項目，可以有效改變C語言運行環境枯燥，展現效果較差，不利于提高學生學習興趣的狀況。同時可以把教學過程轉變為項目小組的形式開展教學，能有效形成教師主導，學生主體的應用式、討論式教學氛圍。實踐表明，以傳菜機器人作為C語言基礎課程的教學項目，能夠取得較好的教學效果。

參考文獻：

[1] 李菁.淺談C語言教學的改革[J]. 科學大眾（科學教育），2017（3）.

[2] 段學慶.C語言教學方法之淺析[J]. 教育教學論壇，2017（23）.

[3] 戈惠梅，徐曉慧，顧志華. 基于Arduino的智能小車避障系統的設計[J]. 現代電子技術，2014（6）.

[4] 張麗芳. 基于STEM的Arduino機器人教學項目設計研究[J].南京師范大學學報，2015（5）.

[5] 陳亮.C語言教學如何提高實效性[J]. 科教導刊（中旬刊），2015（3）.

[6] 段昌紅. 高職“項目教學”實效性的個案分析[J]. 蘇州大學學報，2015（4）.

[7] 蔣述東. 項目教學的特征及其適應性研究[J]. 教育與職業， 2012（6）.endprint