基于單片機的智能家居監測裝置項目教學設計

王 洋

（咸陽職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

1 “單片機應用技術”課程

高等職業教育以培養高素質、高技能型人才為主要任務，教學環節注重技能訓練，強化實踐性。以任務驅動、典型系統為載體，教學項目為單位，打破按原有學科知識體系組織教學的模式，使學生在教中學、學中練。“單片機應用技術”是電子信息工程技術專業的專業核心課，由6個典型項目載體組成，充分鍛煉了學生的設計能力和動手能力，拉近了單片機教學與職業崗位需求的距離。本文就其中一個項目“智能家居監測裝置的設計”展開研討。

2 項目教學設計

2.1 項目教學目標

要求學生通過此項目的設計與制作，進一步熟悉單片機應用系統的設計思路、掌握開發及調試的技能和方法，學會低功耗、抗干擾等單片機實用技術。本項目要求學生體驗單片機系統模塊化設計的全過程，并用C語言進行編程；能正確選擇和使用各種傳感器，并了解傳感器與單片機之間的數據通信；能正確進行電路的搭建和仿真；能完成軟件程序的下載，并進行軟硬件的聯調；培養學生良好的道德品質、溝通協調能力和團隊合作精神、敬業精神。

2.2 教學過程設計

采用明確任務目標、了解任務要求、選擇系統方案、進行系統硬件設計、軟件設計、系統調試與運行、任務評價的過程進行教學[1]。

2.2.1 明確任務目標

溫度、濕度、光照強度監測系統是在環境試驗、科學研究、工業生產等領域應用廣泛的現場環境監測系統。

本項目要求以單片機為基礎，利用傳感器設計一款具有顯示、報警和記錄功能的室內環境監測系統，對實現溫度、濕度和光照強度的智能化監控具有很好的應用價值。在明確了任務目標之后，教師會提前向學生下發任務單，學生自主學習。課前，教師檢查學生利用信息化手段反饋任務的預習情況，記錄下難點、疑點。

2.2.2 了解任務要求

本設計要求實現以下功能：（1）通過溫濕度傳感器采集數據，將信息顯示于屏幕上，如果溫濕度超出設定的預警值，指示燈有提示并蜂鳴器報警；待到環境溫濕度達到預警值的范圍之內，報警自動關閉。（2）采用光敏傳感器監測光照強度，如果光照強度超過設定的預警值，指示燈有提示并蜂鳴器報警；待到光照強度小于預警值，則報警自動關閉。（3）人體紅外檢測電路能夠根據外界移動人體進行判斷，如果在布防狀態并且有人時，指示燈有提示并蜂鳴器報警，來警告入侵者，直至手動撤防才可以解除報警；具有掉電保存的功能，即使人為關閉電源再開機也能繼續報警，更加智能[2]。

2.2.3 系統方案選擇

學生分成若干小組，在教師的提示下，根據任務單中的要求，通過教材、PPT、課程網站等查詢并學習項目所需資料，確定傳感器、顯示器和防盜監測系統的方案。經過討論，最終確定如下系統方案：（1）采用stc89c52單片機控制對溫濕度、光照強度和人體紅外線的采集以及進行數據的通信。（2）采用1602液晶顯示器顯示傳感器采集的和需要設置的數據。（3）利用發光二極管指示系統的工作狀態。（4）編寫C51程序，完成單片機對傳感器采集的數據進行分析和處理[3]。

2.2.4 系統硬件設計

教師根據確定好的系統設計方案，組織學生分組進行硬件電路的設計，在設計出整體框架（見圖1）的基礎上，用protel軟件畫出具體電路圖（見圖2）。

圖1 系統硬件框架

圖2 硬件電路

2.2.5 系統軟件設計

明確任務要求，完成方案設計和硬件電路設計之后，進入系統軟件設計階段。先制定好主程序函數的流程，再采用自頂向下、逐步細化的模塊化設計方法，把任務劃分為獨立的功能模塊，由小組成員合作完成系統軟件設計。此時，每人可負責幾個模塊的編碼，分模塊測試成功后，再編寫模塊接口文檔，明確模塊的調用方式。最后，進行編譯、鏈接和定位，生成系統可執行程序。系統程序流程如圖3所示。

2.2.6 系統調試與運行

在軟硬件聯調之前，可將生成的可執行程序先下載到Proteus仿真程序的單片機中進行仿真，仿真效果如圖4所示。如果仿真出現問題，可以有針對性地檢查并修改C程序，反復修改，直到達到預期的效果。

在以上教學環節的組織中，教師以任務目標為主線，引導學生進行相關知識點與操作技能的學習和練習，為學生營造學習情境，模擬工作崗位任務。為了達到更好的效果，教師還會要求各組的部分學生代表上臺進行分析和操作，對學生存在的疑問進行實時解答，對設計進行局部修改并提出問題，要求學生進行討論。

2.3 任務評價

整個項目考核形式為過程評價80%加項目實現效果20%。任務評價即過程評價，在項目的實施過程中，主要是對技能考核和學習態度的考核。技能考核重點是考核學生對硬件電路各模塊的搭建、對軟件設計各模塊的測試。學習態度的考核是課堂表現、考勤和6S職業素養等學生自主學習內容和結果的點評，也作為本項目的過程評價內容。過程考核的構成是指導教師考核占60%，學生互評占30%，學生自評占10%。項目實現效果考核，即為對軟硬件電路的聯調，是否可以實現預期的電路效果。

圖3 系統程序流程

圖4 仿真效果

在以上教學環節的任務分解和知識準備階段，采用案例教學法、啟發引導法，對實際案例的分析和引導，讓學生理解項目任務的目標，了解所需掌握的知識和操作技能。在方案選擇和決策階段，采用分組討論法和頭腦風暴法。在任務實施階段，采用小組作業法和任務驅動法，小組成員擔任不同的角色，加強學生的自我管理能力和組織能力，鍛煉學生的合作、溝通能力和責任心。在檢查階段和評價階段，仍然采用角色扮演法，對項目的成果進行檢查驗收，填寫驗收單，對每一個人進行客觀評價。小組組長以項目設計者和管理者的身份匯報項目設計的開發過程和進度，提出存在的問題和將要采取的改進措施。

3 結語

結合本課程，基于項目化的課程內容教學具有以下特點：（1）以工作任務引導教與學。（2）采用C語言編程，從職業崗位需求出發。（3）任務設計具有針對性、擴展性和系統性，貼近職業崗位需求。（4）教學形式直觀生動，增強可操作性。