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基于树莓派的创新实训课程设计

来源:用户上传      作者:孙鑫

  摘 要:本文主要针对树莓派开发板,设计为期32学时的大学生创新实训课程。课程设置包括:树莓派简介、系统安装、树莓派基础实验、树莓派遥控汽车设计等。该课程从零基础入门到掌握树莓派经典实战案例,为长安大学现代工程训练中心计划开展课程。
  關键词:树莓派;遥控汽车;创新实训课程
   树莓派的诞生是计算机发展史上浓重的一笔,它是一台计算机,却拥有名片大小的尺寸。树莓派的底层是完整的Linux操作系统,它不同于Arduino这样的微型控制器,不局限于单一用途,可以完成更多更复杂的任务。树莓派实际上是一个可以在娱乐、制造和实验等用途间灵活切换的平台。
  1 树莓派理论知识学习
  该实训课程理论学习部分计划为6学时,包括对树莓派基本结构的认知,树莓派系统安装及组网,树莓派常用指令以及树莓派常用的C/C++、python编程语法的学习等。通过学习,使学生能够学会简单的树莓派操作。
  1.1 树莓派基本结构
  本实训课程采用raspberry Pi 4B,它是目前最新的树莓派版本,使用Broadcom BCM2711,其中包含以1.5GHz频率运行的四核ARM Cortex-A72,64位处理器,运行速度是树莓派3B+的三倍以上,性能有了很大的提升。以下为它的基本结构。
  
  1.2 树莓派系统安装及联网
  我们采用的树莓派系统为官方Raspbian系统,可从官网上直接下载,解压后得到一个后缀为.img的镜像文件。使用etcher软件将系统安装到预先准备的SD卡中,完成系统烧录工作。
  如果备有单独的显示器,连接树莓派即可开启树莓派的学习之旅。在没有显示器的情况下,我们可以通过SSH远程连接或者VNP远程连接的方式来操作树莓派,但前提是远程连接和树莓派在同一个网络下。
  2 树莓派基础实验
  该实训课程基础实验部分计划为16学时,主要通过简单的实验案例使学生学会树莓派基本操作指令,能够熟练运用树莓派常用的C/C++、python编程语法。
  实验包括用树莓派控制LED灯闪烁,用树莓派控制各种常见传感器等。实验采用面包板完成电路的快速构建,通过对传感器模块的详细讲解、接线图和实物连接图的讲解及演示,使学生进一步了解树莓派和常用的电子元器件。具体课程安排如下:
  (1)双色LED实验;(2)光敏传感器实验;(3)超声波传感器距离检测;(4)红外避障传感器实验;(5)循迹传感器实验。
  实验具体内容会根据后续开课情况做相应调整。
  3 树莓派遥控汽车设计
  该实训课程创新设计部分计划为10学时,目的是锻炼学生的综合创新思维及动手能力,使学生能够利用树莓派完成一个可遥控的智能小车。该阶段课程讲解设计方案如下:
  (1)指导学生学会利用树莓派控制直流电动机;
  (2)指导学生学会利用电机驱动IC控制树莓派小车前进、后退、旋转;
  (3)指导学生能够通过控制输出电压的PWM来调整直流电动机的转速;
  (4)指导学生能够无线控制树莓派小车。
  小车组装用到的底板等配件通过激光切割、3D打印等方式获得,车轮统一购买。该课程支持学生对小车有自主的创新设计,创新设计部分作为本课程的加分项目。
  
  4 总结
  根据长安大学现代工程训练中心对创新性教学的规划和要求,开设此课程。该实训课程包括学习树莓派开发板的基础入门知识;通过一些常用电子元器件学习树莓派的输入和输出;以及学会设计、组装、调试用树莓派控制的遥控小车。课程的创新性和趣味性强,使学生能够了解科技前沿开发工具,培养学生的创新思维能力。
  参考文献:
  [1]Matt Richardson、Shawn Wallace.爱上Raspberry Pi[M].人民邮电出版社,2016.
  [2]柯博文.树莓派实战指南[M].清华大学出版社,2015.
  [3]明日科技.零基础学Python[M].吉林大学出版社,2018.
  作者简介:孙鑫(1987-),女,陕西西安人,硕士,专业:通信与信息系统。
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