基于Arduino 的综合学习竞赛平台

来源:用户上传      作者:姚世豪 杨亚男 孙岚岚 王瑶 高利杰

　　摘要：本文介绍了一款基于Arduino开源硬件，面向青少年硬件编程教育、电子创客爱好者、电子信息类大学生电子制作学习的综合训练平台。本平台以Arduino Mega2560为核心板，设计基础功能训练部分，传感器功能训练部分，扩展功能训练部分。本文设计的Arduino综合学习平台降低了广大的青少年编程学习者、电子创客、电子信息类大学生的初期学习门槛，且已应用到了青少年编程比赛当中。
　　关键词：Arduino，开发板，青少年编程，电子创客
　　Arduino-Based Comprehensive Learning Competition Platform
　　YAO Shihao1 YANG Yanan2 SUN Lanlan1 WANG Yao1 GAO Lijie1
　　（1. School of Technology， College of Technology and Communication Kaifeng Henan， Kaifeng， Henan Province， 475002 China; 2. School of Electrical Engineering， Yellow River Conservancy Technical Institute， Kaifeng， Henan Province， 475002 China）
　　Abstract： In this paper， it introduces a comprehensive training platform based on Arduino open-source hardware， which is aimed at young hardware programming education， electronic maker enthusiasts， electronic information college students and electronic production learning. This platform uses Arduino Mega2560 as the core board， designing basic function training part， sensor function training part， and extended function training part. The Arduino comprehensive learning platform designed in this paper has lowered the initial learning threshold for the majority of young programming learners， electronic makers， and electronic information college students， and has been applied to youth programming competitions.
　　Key Words： Arduino， Development board， Youth program， E-maker
　　在人工智能技g、5G、物联网迅猛发展的时代背景下，青少年编程能力的培养成为正在迅猛发展，也有越来越多的非电子类专业爱好者进行简易的电子产品设计，高校电子信息类大学生也急需快速入门电子产品的设计与开发[1-2]。开源电子原型平台Arduino为电子创客、青少年编程学习者、电子信息类大学生入门学习提供了高性价比易入门的应用平台。但市面上的Arduino硬件平台多为“核心板+各种模块”，通过连接线的方式进行学习和创作，对于广大的入门级学习者，通过这种学习方式很难查找出是自己程序设计的错误还是硬件连接线的问题[3-4]。本文介绍了一款以Arduino Mega2560为核心板设计的综合学习平台，可以使入门学习者主要关注程序部分的学习、设计、开发，减少硬件错误所带来的困难，同时也降低了青少年编程学习者的学习门槛，且已应用到了青少年编程比赛当中，起到了良好的效果。
　　1 系统主要组成及开发平台
　　该平台组成部分的核心是以Arduino Mega2560板为基础，设计了一款全功能的学习训练平台，平台基础学习部分设计有8位LED灯、1位呼吸灯，4位一体的共阴极数码管数字显示输出、6位触动按键输入、1位触摸按键输入、1位摇杆控制输入、1位蜂鸣器输出、1个LCD1602显示屏字符显示等模块，平台传感器学习部分设计有声音传感器、温湿度传感器、光线传感器、滑动变阻器、陀螺仪传感器、人体红外传感器、RTC时钟等传感器相关学习模块，平台扩展部分设计有2.4寸LCD触摸显示屏、蓝牙通信、WiFi通信、步进电机、直流电机、舵机、超声波、红外发射和接收、继电器、SD卡、NFC卡、IIC通信、UART通信、3.3V和5V等接口。
　　该平台的软件开发部分可以使用Arduino IDE作为开发工具，也可以采用国产图形化编程开发软件Mixly（米思齐）作为开发工具，即可满足青少年编程爱好者的学习使用，亦可支持电子信息类大学生的入门和进阶开发学习。本平台使用一根USB转串口的数据线通过与电脑连接即可完成程序验证和功能实现。
　　2Arduino综合学习平台人机交互基础学习部分硬件电路设计
　　2.1 灯光输出电路设计
　　LED灯是日常生活中最为常见的光源，应用在生活的方方面面。学习者对于硬件开发平台的学习均是从LED灯的控制开始[5]。本学习平台设计了生活中最为常用的LED电路、呼吸灯电路、全彩LED电路，帮助学习者全面对各种灯光控制的理解和学习。
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