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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