基于智能小車硬件平臺的“嵌入式系統開發技術”項目化課程教學研究

王 濤，李靚琦，陳紫鵬，張文光

（吉安職業技術學院，343000，江西吉安）

隨著國家經濟的快速發展，嵌入式系統得到廣泛應用，各行各業迫切需求大量的嵌入式技術人才，當今“嵌入式系統開發技術”已成為高等學校電子信息類專業的必修課，教學內容是以目前主流的嵌入式處理器為核心，為完成特定功能進行軟硬件設計開發。目的就是讓學生掌握嵌入式系統的軟硬件構成及常見設計開發方法，著重培養學生的動手實踐能力，使學生成為社會需要、行業需求的技能應用型人才[1]。

1 嵌入式系統開發技術課程的教學現狀

嵌入式系統開發技術是一門綜合性課程，本門課程一般是在第四或第五學期開課，涉及到前導課程較多，如電路、數電、模電、單片機、傳感器、C 語言等課程，同時還要對這些課程掌握得比較精通，不能僅限于了解。目前學生學習單片機時普遍學習的是8 位單片機，而在嵌入式系統中一般是使用32 位單片機，涉及到的知識體系結構更為復雜，除了常見的應用程序的編寫，還會涉及到操作系統程序的編寫，內容的廣度與深度遠遠大過8 位單片機，這對剛接觸的學生來說會非常吃力[2]。同時本門課程是一門理論與實踐并重的課程。學生需要學習很多理論知識，由于難度較大，學生很難長時間集中注意力。如果沒有設計足夠吸引人的實訓內容，實訓課時不能很好地與理論課程進行銜接，學生對實訓課沒有多大的興趣，課堂教學效果會大打折扣，因此，對課程進行項目化改造就顯得非常重要[3]。

2 基于智能小車硬件平臺的項目化改造

利用項目化教學，將一個大任務進行分解，得到若干個小任務點，再將每個小任務點與知識點聯系在一起，循序漸進，一步一步最終完成學習任務。本門課程選用的硬件平臺為51 智能小車，外形如圖1 所示。

圖1 51 智能小車

首先，該硬件將智能小車和單片機開發板進行二合一，里面包含單片機開發板一套，不但可以全面學習51 單片機開發板基礎知識，更可以設計、學習、娛樂三管齊下，將學到的知識融入實踐，真正做到在娛樂中學習。其次，該裝置搭載了電壓檢測系統，該系統直接插在底板插座上使用，實測系統電壓，分析不同實驗裝置與小車之間的效果參數。最后，該裝置支持多種通信連接方式，通過藍牙、wifi 等通信方式，我們可以在電腦、手機上進行遠距離操控，為后續學習物聯網方面知識打下基礎。同時該智能小車拓展性強，適合學生DIY設計，用不同的傳感器可完成不同的花樣玩法，比如：裝上風扇電機可拓展成智能滅火車；在小車上加上超聲波舵機云臺，云臺左右轉動，判斷周圍環境距離，可實現高級避障功能；在小車上插上聲音傳感器和人體紅外傳感器，就可以對小車實現聲控和人體感應。

結合企業實際工作情境，從實用性和學生的興趣點出發，設計了本課程的教學載體，即以“設計小車多功能控制系統”為貫穿項目，在該貫穿項目的基礎上下設“設計小車運動控制系統”等5 個子項目和15 個訓練任務，如圖2 所示。子項目以小車運動控制系統為基石，在此基礎上不斷對小車的功能進行完善，以激發學生的學習興趣。在對小車功能進行完善的過程中，各個子項目都遵循“由易到難、由簡到繁”的思路。

圖2 課程項目圖

3 基于硬件平臺的嵌入式課程項目實施

在此，將以直流電機調速系統的設計項目為例，來講解項目化教學的具體實施過程。首先在上課前將本節課的任務要求給出，如表1 所示。

表1 直流電機調速系統設計項目的任務要求

給出任務要求后，教師接著進行理論教學，講解本節課所用到的知識點，為了更生動形象，輔以視頻、動畫、微課等信息化資源，務求讓所有學生掌握該知識點。講完之后，引導學生根據任務要求，選取硬件平臺的資源，設計硬件電路。除了單片機最小系統外，還需要按鍵，現有按鍵資源如圖3 所示。學生自主選取獨立按鍵和矩陣按鍵，然后完成硬件電路的接線。硬件電路完成之后，學生畫出程序設計流程圖，最后教師可以給出圖4 所示的參考流程圖。

圖3 按鍵電路圖

圖4 程序設計流程參考圖

學生根據自己設計的程序控制流程圖，在KEil 4軟件中完成程序的編寫，編譯之后生成HEX 文件，最后將HEX 文件下載到各自組的智能小車中的單片機，上電之后運行電路，查看能否實現任務要求；如果有問題，則根據錯誤情況進行軟硬件調試，直到現象正確為止。

4 結語

嵌入式系統開發技術課程的特點就是理論與實踐并重，并且當今信息技術及嵌入式技術更新非常快，這就需要教師在教學中不斷改進教學方法，創新教學模式，探索符合時代發展的教學手段。實踐證明，將硬件平臺與課程教學相結合，可以激發學生的學習求知欲，提高學生的實踐能力，對培養社會滿意、企業認同的技術技能型人才具有重要的現實意義。