基于樹莓派驅動在電機傳動實驗教學中的應用

郭龍川 陳升

【摘? 要】在電機拖動實驗課教學過程中，以直流電機和交流電機的驅動為切入點，將控制系統的理論知識點轉化為類PC機的樹莓派控制驅動模式。此舉可以讓學生在具體學習過程中更加直觀立體感受到宏觀知識點的應用實例，從而加深對理論點的掌握，更好的實現融會貫通。

【關鍵詞】 樹莓派 電機系統 指令驅動

引言

《電機拖動實驗》課程是機械設計制造、機械電子工程、工業自動化等專業學生學習機電一體化系統的基本原理、機電一體化系統的構成、常用傳感器、常用執行元件以及相關檢測控制電路設計的綜合性的專業課程，是培養學生機電一體化的設計學習能力、設計能力和開發能力，開展后續的綜合課程設計、畢業設計的專業課程之一。從機械與電子、控制等融合的角度傳授機電一體化系統的組成、設計思想及方法、典型產品等理論知識。其中控制系統的軟硬件設計是課程的核心部分，作者在教學實踐中有針對性的進行樹莓派的教學，該模式融合各個部分的理論知識點，本文選取具有代表性的動力系統作為知識點融合的藍本，進行教學實踐，教學效果良好，學生接受度較高，且對機電一體化知識點的融會貫通產生附加好效果。

1.樹莓派介紹

Raspberry Pi（中文名為“樹莓派”，簡寫為RPi，（或者RasPi / RPI）是為學習計算機編程教育而設計），只有信用卡大小的微型電腦，其系統基于Linux。隨著Windows 10 IoT的發布，我們也將可以用上運行Windows的樹莓派。樹莓派由注冊于英國的慈善組織“樹莓派基金會”開發。2012年3月，英國劍橋大學埃本·阿普頓（Eben Epton）正式發售世界上最小的臺式機，具有電腦的所有基本功能，這就是Raspberry Pi電腦板，中文譯名"樹莓派"。這一基金會以提升學校計算機科學及相關學科的教育，讓計算機變得有趣為宗旨。在2006年樹莓派早期概念是基于Atmel的 ATmega644單片機，首批上市的10000“臺”樹莓派的“板子”，由中國臺灣和大陸廠家制造。

它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD/MicroSD卡為內存硬盤，卡片主板周圍有1/2/4個USB接口和一個10/100 以太網接口，可連接鍵盤、鼠標和網線，同時擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板上，具備所有PC的基本功能只需接通電視機和鍵盤，就能執行如電子表格、文字處理、玩游戲、播放高清視頻等諸多功能。

2.樹莓派教學策略實例

本教學實驗所使用的設備型號是Raspberry Pi 3 B+，如圖1所示。

樹莓派3B+是采用BCM2837B0型號CPU構建，是之前3B上用的博通處理器的更新版本，這個處理器包含完整的性能優化和散熱器。這允許更好的時鐘頻率，并能更準確地監控芯片溫度。而其搭載的雙頻無線網卡，與之前的型號相比，在2.4GHz的信號頻帶上數據傳輸的表現更好，在5GHz信號頻帶上的傳輸則更加穩定。為樹莓派燒錄操作系統。前往raspberrypi官網下載系統文件，使用Win32DiskImager軟件將此系統燒錄到隨機攜帶的tf卡中，將此卡插入樹莓派，連接電源啟動。另外需要注意的是，新版樹莓派默認不開啟ssh遠程連接，所以需要手動開啟，在燒錄好系統的tf卡根目錄中創建了一個名為“ssh”的空文件。樹莓派的聯網。由于當時的實驗環境所限，權衡之下選擇以無屏幕方式啟動樹莓派，用網線將樹莓派與筆記本電腦相連，讓筆記本電腦接收到的無線網絡連接共享給樹莓派使用。

根據說明書提示，下載PuTTY樹莓派無屏啟動客戶端，將之前查詢到的IP地址填入規定框中。實驗過程中在這一環節碰到了許多問題，好在最后都一一解決，成功啟動樹莓派的命令執行窗口界面，將默認的賬號raspberry與密碼pi輸入，得到以下反饋。之后為樹莓派下載和安裝一系列插件，由于筆記本電腦不支持接收外置設備的顯示輸入信號，于是另外使用VNC Viewer軟件遠程連接樹莓派，進入到樹莓派系統的桌面。至此，完成計算機對樹莓派的連接及驅動設計。

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基金項目：本文受國家自然科學基金（61807010）和浙江省自然科學基金（LQ18F030007）資助。

作者簡介：郭龍川，博士，男，杭州人，現任教于杭州電子科技大學。