基于Arduino的技術(shù)學(xué)科教學(xué)設(shè)計

陳世鷗

在組織高中通用技術(shù)課程中的電子控制技術(shù)模塊教學(xué)時，由于該課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，需要理論聯(lián)系實(shí)際，傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法顯然已無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，這就需要教師結(jié)合現(xiàn)代電子、電氣技術(shù)的發(fā)展，適當(dāng)充實(shí)教學(xué)內(nèi)容、變革教學(xué)手段。

一、Arduino平臺簡介

眾所周知，Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE），常用于電子電路的開發(fā)。開發(fā)者使用ArduinoIDE編寫出的程序簡明高效，可讀性與兼容性俱佳。且由于開源平臺的開放性，有數(shù)以萬計的專業(yè)工程師或電子愛好者都在Arduino平臺上開發(fā)電子產(chǎn)品，使得Arduino開發(fā)逐漸成為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)時代的一種趨勢。

Arduino使用類似Java、C語言的Processing/Wiring搭建開發(fā)環(huán)境，在IDE中將編寫好的程序編譯成二進(jìn)制文件，上傳寫入微控制器以告訴電路板接下來要做什么。在前端使用各類傳感器采樣感知外部環(huán)境，經(jīng)過一系列判斷、控制后，最終輸出至LED燈、馬達(dá)或其他裝置，控制其狀態(tài)發(fā)生變化。簡單的數(shù)行代碼加上必要的擴(kuò)展元件，就能夠?qū)崿F(xiàn)各種各樣的電子設(shè)備（比如循跡機(jī)器人、智能澆花裝置、無人機(jī)等）。

二、在高中階段嘗試應(yīng)用Arduino平臺進(jìn)行初步開發(fā)

高中生已經(jīng)具備了基本的邏輯推理能力，經(jīng)過信息技術(shù)學(xué)科相應(yīng)模塊的學(xué)習(xí)，也有了初步的編程能力，在經(jīng)過必要的學(xué)習(xí)后就可以編寫出Arduino程序。在具體的任務(wù)情境中，可以先用Arduino軟件進(jìn)行邏輯實(shí)現(xiàn)，調(diào)試并模擬仿真，再結(jié)合面包板快速搭接電路實(shí)現(xiàn)控制目的。在這個過程中，學(xué)生變身為工程師，通過軟、硬件知識的相互印證，體驗(yàn)到了現(xiàn)代電子開發(fā)的完整流程。

例如，設(shè)計一個能安裝到機(jī)器人上的火焰報警器，當(dāng)檢測到火焰后通過蜂鳴器報警。其設(shè)計思路是：軟件下達(dá)開始指令后，傳感器采集紅外信號并將其轉(zhuǎn)化為變化的電流信號。當(dāng)檢測到的數(shù)據(jù)低于設(shè)定的閾值，控制器判定為附近有火焰，蜂鳴器開始報警。

將硬件部分連接好（蜂鳴器模塊和火焰?zhèn)鞲衅鞣謩e連接到UNO板上的數(shù)字口8和模擬口0），并用螺釘固定到機(jī)器人擴(kuò)展支架上，然后在ArduinoIDE中寫入并調(diào)試以下代碼：

//項(xiàng)目-火焰報警器

float sinVal;

int toneVal;

void setup（）{

pinMode（8， OUTPUT）; //蜂鳴器引腳設(shè)置

Serial.begin（9600）; //設(shè)置波特率為9600 bps

}

void loop（）{

int sensorValue = analogRead（0）;//火焰?zhèn)鞲衅鬟B到模擬口，并從模擬口讀值

Serial.println（sensorValue）;

delay（1）;

if（sensorValue<1023）{// 如果數(shù)據(jù)小于1023，說明有火源，蜂鳴器響

for（int x=0; x<180; x++）{

//將sin函數(shù)角度轉(zhuǎn)化為弧度

sinVal=（sin（x*（3.1412/180）））;

//用sin函數(shù)值產(chǎn)生聲音的頻率

toneVal=2000+（int（sinVal*1000））;

//給引腳8一個

tone（8，toneVal）;

delay（2）;

}

}

else{// 如果數(shù)據(jù)大于等于1023，沒有火源，關(guān)閉蜂鳴器

noTone（8）; //關(guān)閉蜂鳴器

}

}

編輯 李建軍