單片機(jī)套件技術(shù)在課堂中的應(yīng)用

文/張通 鐘愛琴 程玉景 吳小玉

單片機(jī)套件技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，現(xiàn)階段，在工業(yè)控制、家電、醫(yī)療電子等領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用。筆者在實(shí)際的課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)套件技術(shù)在課堂中也有著較好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，特別是在輔助課堂展開道具的開發(fā)上，有著較高的應(yīng)用前景。所以，在課堂中，要結(jié)合單片機(jī)套件技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)應(yīng)用其豐富課堂內(nèi)容，讓學(xué)生能夠更加直觀的了解到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，完成課堂內(nèi)容的豐富以及學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

1 單片機(jī)套件技術(shù)在課堂中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

單片機(jī)有著較長(zhǎng)的使用壽命，一般來(lái)說，利用單片機(jī)開發(fā)出來(lái)的工具能夠穩(wěn)定的工作數(shù)十年。相比于通用的微處理器來(lái)說，具有更長(zhǎng)的生存周期。由此能夠看出，將單片機(jī)套件技術(shù)應(yīng)用于課堂，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)內(nèi)容的直接演示，還有著更長(zhǎng)的使用年限，降低了演示道具的制作與更新成本。同時(shí)，由于單片機(jī)套件技術(shù)不斷的更新發(fā)展，所以能夠更好的滿足不同課堂需求。在單片機(jī)中，包含著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與內(nèi)部集成的程序存儲(chǔ)器，在實(shí)際的應(yīng)用中不需要擴(kuò)展外部總線，所以系統(tǒng)構(gòu)成電路更加簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性更強(qiáng)，能夠更持續(xù)的在課堂中發(fā)揮作用。

2 單片機(jī)套件技術(shù)在課堂中的應(yīng)用策略

2.1 教學(xué)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在實(shí)際的教學(xué)中，教學(xué)機(jī)器人的使用能夠提升課堂教學(xué)的效果。對(duì)于學(xué)生來(lái)說，能夠更加直觀的了解到單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，提升了其實(shí)踐應(yīng)用能力。對(duì)于教師來(lái)說，在實(shí)際的課堂中應(yīng)用不同功能的教學(xué)機(jī)器人，不僅能夠與更好的完成單片機(jī)技術(shù)的教學(xué)，還可以通過引導(dǎo)學(xué)生展開教學(xué)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，擴(kuò)充教學(xué)機(jī)器人的資源，實(shí)現(xiàn)了資源的良性循環(huán)。

筆者認(rèn)為，教學(xué)機(jī)器人的使用不僅僅在機(jī)電專業(yè)教學(xué)的課堂中有著較大的應(yīng)用空間，在其他專業(yè)的教學(xué)中也能夠發(fā)揮較好的作用。例如，可以利用單片機(jī)套件技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用，開發(fā)出多功能教學(xué)用機(jī)器人，在輔助課堂教學(xué)的同時(shí)，也為后續(xù)的電子競(jìng)賽等科技活動(dòng)的進(jìn)行提供更好的條件。該多功能教學(xué)用機(jī)器人的設(shè)計(jì)具體如下：

2.1.1 總體設(shè)計(jì)

在該教學(xué)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)中，為了滿足實(shí)際的需求，設(shè)計(jì)了三個(gè)舵機(jī)支持機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。其中，第一舵機(jī)對(duì)機(jī)械手的張開與閉合進(jìn)行控制；第二舵機(jī)對(duì)機(jī)械手的抬高與降低進(jìn)行控制；第三舵機(jī)對(duì)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。在該教學(xué)機(jī)器人中，包含著四個(gè)電源，對(duì)應(yīng)著不同的穩(wěn)壓模塊。其中，第二電源以及第二穩(wěn)壓模塊主要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，通過第一單片機(jī)到達(dá)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，與第一電源以及第一穩(wěn)壓模塊共同完成對(duì)左側(cè)第一、二電機(jī)以及右側(cè)第一、二電機(jī)的控制；第三電源以及第三穩(wěn)壓模塊主要對(duì)GMS模塊進(jìn)行控制，通過第三單片機(jī)后完成對(duì)語(yǔ)音識(shí)別模塊的控制；第三單片機(jī)與第二單片機(jī)連接，與藍(lán)牙模塊相互作用；對(duì)于第四單片機(jī)來(lái)說，通過多種傳感器的作用，結(jié)合顯示器完成了相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出，同時(shí)，其與第五單片機(jī)相連，完成了對(duì)語(yǔ)音播報(bào)模塊的控制。

2.1.2 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在該教學(xué)機(jī)器人中，主要包含著語(yǔ)音識(shí)別與播報(bào)功能、GPS定位功能、短信收發(fā)功能、超聲測(cè)距功能、溫濕度測(cè)量功能、藍(lán)牙功能。其中，對(duì)于語(yǔ)音識(shí)別與播報(bào)功能來(lái)說，主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制者發(fā)出指令的識(shí)別，并向機(jī)器人發(fā)出相應(yīng)的指令。可以使用ISD4004芯片完成該功能的實(shí)現(xiàn)。該芯片包含平滑濾波器、防混淆濾波器、音頻放大器、自動(dòng)降噪等，能夠更加真實(shí)的、自然的完成語(yǔ)音的再現(xiàn)；對(duì)于GPS定位功能來(lái)說，主要實(shí)現(xiàn)了該教學(xué)機(jī)器人位置的確定。在這一功能的實(shí)現(xiàn)中，只需要使用一個(gè)單片機(jī)接收相應(yīng)模塊發(fā)出的信息，就能夠確定該教學(xué)機(jī)器人的坐標(biāo)。

對(duì)于短信收發(fā)功能來(lái)說，主要將接收到的短信信息傳遞至控制單元，使得機(jī)器人完成相應(yīng)的操作。可以使用TC35無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)該功能，在PC端中利用AT命令，就能夠完成設(shè)置；對(duì)于超聲測(cè)距功能來(lái)說，主要通過計(jì)算聲波從發(fā)出到返回的時(shí)間，完成對(duì)距離的測(cè)定；對(duì)于溫濕度測(cè)量功能來(lái)說，可以通過DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。該傳感器有著較高的使用優(yōu)勢(shì)，在穩(wěn)定性上更好。在信號(hào)的傳輸方面，其能夠?qū)崿F(xiàn)20m距離內(nèi)的傳輸，系統(tǒng)集成性更高。可以使用DS18B20溫度傳感器完成溫度數(shù)據(jù)的采集，相比較來(lái)說，它的性價(jià)比更好。

2.2 超聲波測(cè)距電子套件的應(yīng)用

超聲波測(cè)距是一種在工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械制造領(lǐng)域廣受重視的技術(shù)，就教學(xué)工作而言，該技術(shù)的應(yīng)用可體現(xiàn)在兩個(gè)層面，一是集成品操作層面，二是原理傳遞層面。集成品操作可應(yīng)用于交通相關(guān)學(xué)科，現(xiàn)代智慧交通對(duì)超聲波測(cè)距存在較高需求，尤其是車與車之間的信息實(shí)時(shí)交互。教師可以將相關(guān)技術(shù)借助設(shè)備進(jìn)行展示。A車輛與B車輛行駛于相同的道路上，車輛距離持續(xù)接近的過程中，可能存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)A車輛發(fā)射的超聲波可隨著車輛距離的拉近得到快速捕捉和呈現(xiàn)，借以避免車輛相撞。借助超聲波測(cè)距電子套件和設(shè)備，技術(shù)的傳遞過程可視、直觀，有助于學(xué)生理想和掌握。原理層面的傳遞，可以借助虛擬技術(shù)進(jìn)行，教師可展示超聲波測(cè)距電子套件的各個(gè)部分，向?qū)W生傳遞超聲波發(fā)出和捕捉的過程、方式，從而提升教學(xué)效果。

3 總結(jié)

綜上所述，基于單片機(jī)套件技術(shù)的教學(xué)將虛擬仿真教學(xué)與情境教學(xué)緊密的結(jié)合起來(lái)，更好的實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化，并且在顯著改善教學(xué)條件、提高課堂效果的同時(shí)減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量。利用教學(xué)機(jī)器人、超聲波測(cè)距電子套件等，更好的輔助了課堂的展開。可以說，單片機(jī)套件技術(shù)在課堂中有著較大的應(yīng)用前景。