劉春雅

摘 要： 本文以智能遙控車設計與制作為例，闡述項目教學法單元設計方法及其實施過程。從單元設計目標、項目訓練過程、項目考核方法等三個方面具體說明項目教學法的單元設計方法。任務實施主要從硬件電路方面的模塊化入手，用現(xiàn)在市場上已經(jīng)有的比較成熟的模塊加上自制的單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)智能遙控車。

關鍵詞： 單片機教學 智能遙控車 教學應用

隨著人們對智能化產(chǎn)品需求的日益提高，單片機的應用范圍越來越廣泛，前景越來越廣闊，單片機的學習為今后從事硬件及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)打下基礎。單片機是一門實踐性強的課程，在現(xiàn)在的單片機教學中，如果教師只是停留在把“盡可能完整的單片機知識系統(tǒng)”灌輸給學生，而忽視學生單片機應用能力的培養(yǎng)和訓練，那么可以說單片機教學很難達標。

在單片機課程教學過程中，要以項目任務為課程內(nèi)容的載體，用相應的項目和任務訓練學生的單片機應用能力。在單片機教學中，可以采用兩種模式：（1）多個串行項目，訓練綜合能力和單項能力的模式;（2）采用以“貫穿項目”訓練綜合能力為主的模式。本文將以模式一中單片機教學中最后一個項目：智能遙控車設計與制作為例，論述智能遙控車設計與制作在單片機教學中的應用。

1.項目訓練目標

在項目訓練開始前，首先要明確項目訓練的目標，包括能力目標和知識目標。如表1所示。

2.項目實施過程

現(xiàn)階段單片機的設計思想越來越趨向于模塊化，不僅體現(xiàn)在程序方面，還體現(xiàn)在硬件電路方面。硬件電路的模塊化應用，使得一些產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，節(jié)省了開發(fā)與測試的成本，同樣減小了開發(fā)風險。

本項目的實施主要從硬件電路方面的模塊化入手，用現(xiàn)在市場上已經(jīng)有的比較成熟的模塊加上自制的單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)智能遙控車。

2.1小車底盤的選擇

要讓小車運行必須有一個底盤作為依托。市場上的小車底盤種類很多，幾種典型的底盤如表2所示：

綜合比較以上三種小車底盤，三輪底盤的整體性價比高，適合于大多數(shù)場合，基本滿足初學者的需求，所以我們選擇三輪小車底盤。

2.2電機驅動模塊的選擇

單片機本身的驅動能力有限，因此它無法用I/O端口直接控制帶動小車底盤行走的電機，所以在小車底盤和單片機I/O端口之間需要增加一級驅動。這級驅動電路采用驅動模塊實現(xiàn)。單片機驅動電機的方法很多，通過比較最終選擇驅動芯片L293D。

L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動，設計用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅動感性負載（比如繼電器，直流和步進馬達），以及開關電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅動電路。L293D可直接對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止操作，非常方便，用程序輸入對應的碼值，能夠實現(xiàn)對應的動作，有效控制電機運動，電機驅動原理圖如圖1所示。J16和J17控制左邊電機，J18和J19控制右邊電機。取左邊電機為例，當J16輸入數(shù)字電平“1”，J17輸入數(shù)字電平“0”時實現(xiàn)正轉;當J16輸入數(shù)字電平“0”，J17輸入數(shù)字電平“1”時實現(xiàn)反轉;當J16輸入數(shù)字電平“0（1）”，J17輸入數(shù)字電平“0（1）”時實現(xiàn)停止;最后結合左右電機通過單片機共同實現(xiàn)小車的前后左右四個方向行駛。

2.3無線遙控模塊

無線遙控模塊實現(xiàn)了無線電遠距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個小車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。本模塊采用的無線遙控是市場上現(xiàn)成的帶有PT2272解碼的TDL-9915接收模塊和帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊。其中PT2262的引腳圖如圖2所示：

2.4軟件設計

軟件設計是實現(xiàn)小車智能運轉的關鍵所在，相當于人類大腦思維活動，通過軟件設計可將各個變化信號數(shù)據(jù)有效地結合處理，產(chǎn)生相應的動作反應。在小車運行的控制過程中，我們采用模糊控制算法實現(xiàn)對小車的控制具體程序流程圖如圖3所示。對于初中學生來說，此任務可由教師引導完成。

2.5系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，因此方便對各電路模塊功能進行逐級測試：單片機控制模塊的調(diào)試、無線遙控模塊的調(diào)試、紅外對管尋跡模塊的調(diào)試、紅外線避障模塊的調(diào)試及電機控制模塊和語音控制模塊的調(diào)試，最后將各模塊組合后結合軟件進行整體測試。

3.項目考核

項目考核要和項目的訓練目標相呼應，該項目考核分三個方面：（1）能力目標考核學生能否完成智能遙控車的設計與制作，其中各模塊的選擇，模塊間的連接，系統(tǒng)程序的編寫，以及最終的調(diào)試、運行;（2）知識目標考核學生是否理解各模塊的工作原理，單片機編程軟件的使用，程序下載方法等;（3）素質(zhì)目標考核學生的團隊合作精神，安全操作注意事項等。

4.結語

本文以智能遙控車設計與制作為例，給出了項目教學法的完整實施過程。教學設計中有明確的能力目標，項目載體清晰，以學生為主體。這樣的教學方法使學生在實踐中有效獲取直接經(jīng)驗，并能將書本上的、別人的間接知識與自己在實踐中獲得的直接經(jīng)驗有效地融合起來。

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