基于Arduino的傳菜機器人設(shè)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(yīng)用，在動漫制作，游戲互動，甚至部分工業(yè)檢測設(shè)備等領(lǐng)域Arduino控制器都表現(xiàn)出很好的應(yīng)用效果，該文結(jié)合采用Arduino控制器設(shè)計的一種教學(xué)機器人以及將該機器人開發(fā)過程中涉及的知識點運用在高職C語言教學(xué)中的相關(guān)方法進行分析和探討。

關(guān)鍵詞：Arduino電子平臺；教學(xué)機器人；高職C語言教學(xué)

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(shè)計[1]是計算機軟件設(shè)計從業(yè)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(shè)計的高職計算機專業(yè)學(xué)生來說，有一定的學(xué)習(xí)難度，課程內(nèi)的很多知識點都需要學(xué)生通過反復(fù)的實踐驗證才能做到內(nèi)化于心，由于受C語言開發(fā)環(huán)境，教學(xué)環(huán)境等實際條件限制往往很難把知識點運行效果展現(xiàn)的生動有趣，吸引學(xué)生的眼球。致使許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中漸漸失去了堅持下去的熱情和耐心，從而導(dǎo)致后續(xù)的學(xué)習(xí)缺乏動力和必要的基礎(chǔ)，甚至?xí)斐刹糠謱W(xué)生心理上對程序設(shè)計產(chǎn)生畏懼感，影響到整個大學(xué)期間的學(xué)習(xí)。為了能有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的效率。本文在教學(xué)過程中以arduino控制器[2，3]為平臺設(shè)計了一種傳菜機器人，作為C語言教學(xué)的案例，把相關(guān)知識點融入到該案例的各個實現(xiàn)環(huán)節(jié)。

2 傳菜機器人功能設(shè)計

本文設(shè)計的傳菜機器人[4]的基本功能以餐館、飯店為應(yīng)用環(huán)境，代替工作人員為顧客傳送菜肴，該機器人的設(shè)計目標是作為一個完整的餐館控制系統(tǒng)的一部分而構(gòu)思的，機器人的一些功能是為了能夠與餐館控制系統(tǒng)中其他組成單元相配合而設(shè)計的，餐館控制系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)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(jù)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(yīng)的桌上。管理人員通過手機、pad等終端設(shè)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(gòu)成部分的相應(yīng)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(tài)信息，客戶能實時了解自己點的菜當(dāng)前處于哪種狀態(tài)。客戶能夠瀏覽、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(fā)送菜肴的狀態(tài)信息。提供呼喚傳菜機器人功能，更改菜肴信息功能，統(tǒng)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(yīng)要能通知廚房端安排相關(guān)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(guān)外圍部件完成，軟件采用linux環(huán)境下的相關(guān)編程工具如qt、 android等進行設(shè)計，這些組件的功能由大學(xué)二、三年級的學(xué)生完成。而對于傳菜機器人由于很多功能涉及的有關(guān)技術(shù)相對簡單，借助arduino硬件平臺及其開發(fā)環(huán)境可以很方便的實現(xiàn)，把這部分內(nèi)容經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚强梢宰鳛镃語言基礎(chǔ)教學(xué)的一個組成部分的。

圍繞C語言程序設(shè)計教學(xué)目標和應(yīng)知應(yīng)會技能要求，本文設(shè)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(zhuǎn)彎，加、減速調(diào)節(jié)，停止等基本動作的實現(xiàn)，該部分內(nèi)容相對簡單，實施效果直觀，可以把C語言基礎(chǔ)知識如變量定義，分支結(jié)構(gòu)使用等相關(guān)內(nèi)容有機的組織起來開展教學(xué)。而對于其他功能單元，如巡線功能、避障功能等，實現(xiàn)過程相對較復(fù)雜，需要學(xué)生具備一定的C語言基礎(chǔ)知識后，作為學(xué)習(xí)C語言后續(xù)知識的課堂任務(wù)或?qū)嵺`案例[5]。

3 課程任務(wù)設(shè)計

按照學(xué)生認知規(guī)律，結(jié)合傳菜機器人設(shè)計目標，將傳菜機器人教學(xué)過程設(shè)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(wù)，將模塊細化為子任務(wù)開展教學(xué)，有利于以項目小組的形式組織學(xué)生廣泛參與[6]，有利于把教師的“講”和學(xué)生的“練”有機結(jié)合起來，授課的方式不再是以教師為主體，而是以學(xué)生為主體的討論式、應(yīng)用式的教學(xué)。注重學(xué)生在做中學(xué)，在學(xué)中做，“教學(xué)合一”，學(xué)練并重。教師可以充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，邊講課，邊演示，邊指導(dǎo)；學(xué)生邊學(xué)習(xí)，邊動手，邊提問，實現(xiàn)課堂理論教學(xué)與實踐技能培養(yǎng)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(shè)計、實習(xí)考核標準及細則，有效體現(xiàn)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(yè)、課堂提問、教學(xué)考勤等因素考慮進去，最終形成綜合成績[7]。

通過子任務(wù)的實施，不僅能將C語言程序設(shè)計課程中基本語法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基本語句及分支結(jié)構(gòu)、函數(shù)定義與使用等相關(guān)內(nèi)容貫穿融入到教學(xué)過程中，也能對教師測評教學(xué)效果，形成合理的教學(xué)評價體系提供很好的支撐。

4 總結(jié)

通過引入傳菜機器人作為C語言基礎(chǔ)課程教學(xué)項目，可以有效改變C語言運行環(huán)境枯燥，展現(xiàn)效果較差，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的狀況。同時可以把教學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖啃〗M的形式開展教學(xué)，能有效形成教師主導(dǎo)，學(xué)生主體的應(yīng)用式、討論式教學(xué)氛圍。實踐表明，以傳菜機器人作為C語言基礎(chǔ)課程的教學(xué)項目，能夠取得較好的教學(xué)效果。

參考文獻：

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

[2] 段學(xué)慶.C語言教學(xué)方法之淺析[J]. 教育教學(xué)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(tǒng)的設(shè)計[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2014（6）.

[4] 張麗芳. 基于STEM的Arduino機器人教學(xué)項目設(shè)計研究[J].南京師范大學(xué)學(xué)報，2015（5）.

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

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

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