創新思維訓練在單片機產品設計中的應用

黃俊梅 羅劍

摘?要：為提升學生的創新思維，加強單片機創新課程的建設與實踐，學生創新思維能力的訓練非常重要。文中以單片機溫濕度監控儀的設計為例，介紹了專業課程創新思維訓練的步驟及方法。通過單片機課程的創新思維訓練，有效促進了學生專業知識的轉化和升華，激發了其創新思維和雙創能力。

關鍵詞：單片機;創新思維;溫濕度

單片機課程屬于設計開發項目教學，作為提升學生職業能力的載體，學生既需要熟悉單片機的基礎知識，更需要具備使用單片機設計開發創新型產品的能力[1]。基于專業教學的創新思維訓練，可以提升學生創新思維和雙創能力，促進其專業知識的轉化和升華。

1 創新思維導入

場景：夏天，上課的教室炎熱、干燥。讓學生以小組為單位認真觀察教室環境，讀取教室的溫度和濕度信息。

討論：小組對教室的溫度和濕度信息有何控制要求，寫于紙板上。

分析：如何實現？討論分析確定教室溫濕度監控產品的設計實現過程及步驟[2]。

2 專業雙創技能訓練

2.1 任務驅動

溫度和濕度是生產、生活中最常見的被控參數。溫濕度監測儀被廣泛應用于家居、實驗室、農業大棚、糧倉等領域。文中以學生日常生活場景為例，引導學生思考、設計一款基于單片機的教室溫濕度監控儀。

2.2 方案的總體設計

基于單片機的教室溫濕度監控儀硬件主要由單片機、溫濕度傳感器、液晶顯示、手機顯示及報警模塊組成[3]，如圖1所示：

溫濕度傳感器實時檢測溫度和濕度信息，傳遞給單片機控制器，并在液晶顯示屏和手機終端進行雙顯示;經過單片機內部程序判斷溫濕度信息是否超限，如果超限則報警，并自動啟動風扇和加濕器，以保證教室內部溫濕度數據恒定。

2.3 元器件的選擇與分析

2.3.1 主控芯片的選擇

從產品性能、功耗、價格等方面綜合考慮，本設計選用高性能、低成本、低功耗的STM32單片機作為主控核心。

2.3.2 傳感器的選擇

為了使硬件更加簡潔方便，選擇多功能的DHT11數字溫濕度傳感器[3]，該傳感器既能測量溫度，又能測量濕度。

2.3.3 液晶顯示的選擇

本設計將選用LCD12864進行參數顯示。LCD12864是一種低電壓低功耗、帶中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊，具有簡單、方便接口方式和操作指令。

2.3.4 藍牙模塊的選擇

分析討論，選擇確定HC-05藍牙模塊實現單片機與手機終端設備的通信。HC-05藍牙模塊接到單片機的串行端口，通過藍牙與手機終端設備通信，可以用于智能家居，遠程控制，機器人，監控系統等。

2.4 軟件程序設計

單片機溫濕度監控儀軟件設計如圖2：

3 結論及討論

基于單片機的教室溫濕度監控儀可實現快速、穩定的溫濕度監控，并具有液晶屏和手機雙顯示功能，具有結構簡單、操作快捷、功能穩定等優點。該單片機溫濕度監控儀可作為一個典型教學樣板可服務于單片機愛好者和學生的教學、實驗、實訓等環節。

文中以該單片機溫濕度監控儀的設計為例，介紹了我校專業課程創新思維訓練的方法及步驟。教師以項目引領、任務驅動的方式，引導學生多思考、分析、選擇判斷，可以有效促進學生專業知識的轉化和升華，激發學生的創新思維和創新創業能力。

參考文獻：

[1]黃俊梅，羅劍.單片機產品設計與開發課程的創新實踐[J].科技風，2019（26）：58.

[2]趙榮生.構建創新思維訓練的CDIO教學模式[N].中國社會科學報，2019-08-09（007）.

[3]薛晶晶，井航，雷文禮，楊延寧.基于單片機的糧庫溫濕度控制系統的設計[J].電子世界，2019（16）：122-123+126.

基金：陜西能源職業技術學院創新創業教育課程建設項目“單片機產品設計與開發”

作者簡介：黃俊梅（1985-），女，陜西榆林人，碩士，講師，從事電氣自動化方向的教育教學和科研。