基于樹莓派的創新實訓課程設計

摘 要：本文主要針對樹莓派開發板，設計為期32學時的大學生創新實訓課程。課程設置包括：樹莓派簡介、系統安裝、樹莓派基礎實驗、樹莓派遙控汽車設計等。該課程從零基礎入門到掌握樹莓派經典實戰案例，為長安大學現代工程訓練中心計劃開展課程。

關鍵詞：樹莓派;遙控汽車;創新實訓課程

樹莓派的誕生是計算機發展史上濃重的一筆，它是一臺計算機，卻擁有名片大小的尺寸。樹莓派的底層是完整的Linux操作系統，它不同于Arduino這樣的微型控制器，不局限于單一用途，可以完成更多更復雜的任務。樹莓派實際上是一個可以在娛樂、制造和實驗等用途間靈活切換的平臺。

1 樹莓派理論知識學習

該實訓課程理論學習部分計劃為6學時，包括對樹莓派基本結構的認知，樹莓派系統安裝及組網，樹莓派常用指令以及樹莓派常用的C/C++、python編程語法的學習等。通過學習，使學生能夠學會簡單的樹莓派操作。

1.1 樹莓派基本結構

本實訓課程采用raspberry Pi 4B，它是目前最新的樹莓派版本，使用Broadcom BCM2711，其中包含以1.5GHz頻率運行的四核ARM Cortex-A72，64位處理器，運行速度是樹莓派3B+的三倍以上，性能有了很大的提升。以下為它的基本結構。

1.2 樹莓派系統安裝及聯網

我們采用的樹莓派系統為官方Raspbian系統，可從官網上直接下載，解壓后得到一個后綴為.img的鏡像文件。使用etcher軟件將系統安裝到預先準備的SD卡中，完成系統燒錄工作。

如果備有單獨的顯示器，連接樹莓派即可開啟樹莓派的學習之旅。在沒有顯示器的情況下，我們可以通過SSH遠程連接或者VNP遠程連接的方式來操作樹莓派，但前提是遠程連接和樹莓派在同一個網絡下。

2 樹莓派基礎實驗

該實訓課程基礎實驗部分計劃為16學時，主要通過簡單的實驗案例使學生學會樹莓派基本操作指令，能夠熟練運用樹莓派常用的C/C++、python編程語法。

實驗包括用樹莓派控制LED燈閃爍，用樹莓派控制各種常見傳感器等。實驗采用面包板完成電路的快速構建，通過對傳感器模塊的詳細講解、接線圖和實物連接圖的講解及演示，使學生進一步了解樹莓派和常用的電子元器件。具體課程安排如下：

（1）雙色LED實驗;（2）光敏傳感器實驗;（3）超聲波傳感器距離檢測;（4）紅外避障傳感器實驗;（5）循跡傳感器實驗。

實驗具體內容會根據后續開課情況做相應調整。

3 樹莓派遙控汽車設計

該實訓課程創新設計部分計劃為10學時，目的是鍛煉學生的綜合創新思維及動手能力，使學生能夠利用樹莓派完成一個可遙控的智能小車。該階段課程講解設計方案如下：

（1）指導學生學會利用樹莓派控制直流電動機;

（2）指導學生學會利用電機驅動IC控制樹莓派小車前進、后退、旋轉;

（3）指導學生能夠通過控制輸出電壓的PWM來調整直流電動機的轉速;

（4）指導學生能夠無線控制樹莓派小車。

小車組裝用到的底板等配件通過激光切割、3D打印等方式獲得，車輪統一購買。該課程支持學生對小車有自主的創新設計，創新設計部分作為本課程的加分項目。

4 總結

根據長安大學現代工程訓練中心對創新性教學的規劃和要求，開設此課程。該實訓課程包括學習樹莓派開發板的基礎入門知識;通過一些常用電子元器件學習樹莓派的輸入和輸出;以及學會設計、組裝、調試用樹莓派控制的遙控小車。課程的創新性和趣味性強，使學生能夠了解科技前沿開發工具，培養學生的創新思維能力。

參考文獻：

[1]Matt Richardson、Shawn Wallace.愛上Raspberry Pi[M].人民郵電出版社，2016.

[2]柯博文.樹莓派實戰指南[M].清華大學出版社，2015.

[3]明日科技.零基礎學Python[M].吉林大學出版社，2018.

作者簡介：孫鑫（1987-），女，陜西西安人，碩士，專業：通信與信息系統。