CN109545064A - 一种机器人项目式嵌入式教学平台 - Google Patents

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CN109545064A CN201811195618.2A CN201811195618A CN109545064A CN 109545064 A CN109545064 A CN 109545064A CN 201811195618 A CN201811195618 A CN 201811195618A CN 109545064 A CN109545064 A CN 109545064A
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韩建峰
宋丽丽
顾恺琦
徐福敬
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Inner Mongolia University of Technology
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种机器人项目式嵌入式教学平台，包括供电模块、图传模块、机械模块、嵌入式模块、传感器模块和显示模块，所述供电模块分别连接嵌入式模块和显示模块，为其供电，所述嵌入式模块输出端连接有通讯模块，所述通讯模块分别连接显示模块和图传模块，所述嵌入式模块分别连接机械模块和传感器模块。本发明的有益效果是：可用于本科甚至初高中学生的项目式嵌入式教学，解决学校嵌入式教学偏重基础验证性且实验课程较少的问题，有效地调动了学生学习的积极性、主动性和创造性，提高了学生分析解决问题和独立思考的能力。能培养出能运用在制造业中对相关工业机器人进行开发的专业人才，激发在校学生学习和动手实践的积极性。

Description

一种机器人项目式嵌入式教学平台
技术领域
本发明涉及教学平台技术领域，具体的说是一种机器人项目式嵌入式教学平台。
背景技术
嵌入式技术涉及面广、深度深，难度大。国内对于嵌入式技术的教学不少高校仍停留在处理器体系结构和操作系统原理等偏理论性的知识层次上，而在涉及工程应用、实例编程等偏重实践的知识辅导较少。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明从嵌入式技术学习的特点入手，结合当前嵌入式教学普遍应用性不强的问题，设计了一款机器人项目式嵌入式教学平台。
本发明提供的一种机器人项目式嵌入式教学平台是通过以下技术方案实现的：
一种机器人项目式嵌入式教学平台，包括供电模块、图传模块、机械模块、嵌入式模块、传感器模块和显示模块，所述供电模块分别连接嵌入式模块和显示模块，为其供电，所述嵌入式模块输出端连接有通讯模块，所述通讯模块分别连接显示模块和图传模块，所述嵌入式模块分别连接机械模块和传感器模块。
所述嵌入式模块：采用ARM公司发布的两种类型的控制芯片，Cortex-M系列内核相对简单，市场运用广泛，并且可移植小型操作系统如μC/OS-II。而ARM9系列性能优越，适合作为高端产品的开发平台，符合本嵌入式教学方案硬件平台所需。所以本教学方案实验部分采用搭载了Cortex-M3内核的STM32单片机以及搭载了ARM9内核的32位S3C2440芯片，两种相结合作为课程实验平台的嵌入式模块。
传感器模块：由多种传感器组成，其中包括：温度传感器、湿度传感器、火源传感器、烟雾传感器、甲烷浓度传感器等，学生根据相对应的Datashee对传感器进行初始化配置、测量参数读取，锻炼学生的Datasheet阅读能力和项目的开发能力。
显示模块：由0.96寸LCD显示屏以及控制器组成，学生根据使用说明输入控制字配置控制器从而控制LCD屏幕的显示。
图传模块：由OV2640摄像头、云台、图像编码器组成，学生通过控制云台操控摄像头转动，并将摄像头采集到的图像信息通过编码器转换成可传输信号进行传输。
机械模块：包括工业上常用的电机、机械臂。学生通过PWM、CAN等控制手段对其控制，掌握基本电机、舵机控制技能。
供电模块：采用5V、12V分离式供电，根据各模块正常运行的不同电压需求对其供电，保证整个系统的稳定性。
本发明的有益效果是：可用于本科甚至初高中学生的项目式嵌入式教学，解决学校嵌入式教学偏重基础验证性且实验课程较少的问题，有效地调动了学生学习的积极性、主动性和创造性，提高了学生分析解决问题和独立思考的能力。能培养出能运用在制造业中对相关工业机器人进行开发的专业人才，激发在校学生学习和动手实践的积极性。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示的一种机器人项目式嵌入式教学平台，包括供电模块、图传模块、机械模块、嵌入式模块、传感器模块和显示模块，所述供电模块分别连接嵌入式模块和显示模块，为其供电，所述嵌入式模块输出端连接有通讯模块，所述通讯模块分别连接显示模块和图传模块，所述嵌入式模块分别连接机械模块和传感器模块。
所述嵌入式模块：采用ARM公司发布的两种类型的控制芯片，Cortex-M系列内核相对简单，市场运用广泛，并且可移植小型操作系统如μC/OS-II。而ARM9系列性能优越，适合作为高端产品的开发平台，符合本嵌入式教学方案硬件平台所需。所以本教学方案实验部分采用搭载了Cortex-M3内核的STM32单片机以及搭载了ARM9内核的32位S3C2440芯片，两种相结合作为课程实验平台的嵌入式模块。
传感器模块：由多种传感器组成，其中包括：温度传感器、湿度传感器、火源传感器、烟雾传感器、甲烷浓度传感器等，学生根据相对应的Datashee对传感器进行初始化配置、测量参数读取，锻炼学生的Datasheet阅读能力和项目的开发能力。
显示模块：由0.96寸LCD显示屏以及控制器组成，学生根据使用说明输入控制字配置控制器从而控制LCD屏幕的显示。
图传模块：由OV2640摄像头、云台、图像编码器组成，学生通过控制云台操控摄像头转动，并将摄像头采集到的图像信息通过编码器转换成可传输信号进行传输。
机械模块：包括工业上常用的电机、机械臂。学生通过PWM、CAN等控制手段对其控制，掌握基本电机、舵机控制技能。
供电模块：采用5V、12V分离式供电，根据各模块正常运行的不同电压需求对其供电，保证整个系统的稳定性。
教学方法的具体步骤为：
步骤1、学习本教学方案提供的基础知识、专业基础知识、专业知识。
步骤2、根据所学知识选择相应模块（供电模块、图传模块、机械模块、嵌入式模块、传感器模块和显示模块）进行基础实验。
步骤3、结合本教学方案前期所掌握的知识，选择相应模块（供电模块、图传模块、机械模块、嵌入式模块、传感器模块和显示模块）进行组合创新，完成综合拓展实验。
循序渐进，层次 清晰，使学生明确了学习任务，培养学生的 编程能力、嵌入式技术开发能力。
实施例2
“基于μC/OS-II的多任务定时闹钟实验”，该试验的重点在于精确计时、多任务并行和任务间消息传递。由于初步学习了μC/OS-II基本原理，学生们很快定制了由SysTick定时器计数为核心、采用“消息”进行多任务间信息传递的项目方案。在SysTick定时器初始化代码编写的实验过程中，学生们依靠本教学方案基础知识和专业基础知识部分所获掌握的基础知识课程，以72MHz的系统时钟频率确定其中断时间间隔，并配置相关寄存器，轻松解决了本闹钟实验的核心难点。在本教学方案最后的综合性拓展实验中，学生们在实验中的表现与项目成果极佳。
实施例3
学生选择了远程监控移动机器人的设计项目，该项目以s3c2440处理器为控制核心、需要涉及的知识有ARM体系结构、程序流程、调试等。学生依靠前期所掌握的嵌入式课程基础知识，明确了嵌入式项目开发的核心本质。有了前期所积累的基础知识，在项目开发过程中，学生们的思路清晰，目标明确，分析了现有操作系统的优劣，选择了植入μC/OS-II作为机器人下位机驱动部分的操作系统。并大胆创新，结合当前社会环境所需，将项目方向定义为灾区搜救机器人，为此添加多种气体检测传感器，通过Linux操作系统下的ser2net软件将串口数据转化成网络传输传感器检测的数据。经过后期改进、调试，最终设计出一款基于μC/OS-II操作系统与Linux系统相结合的灾区搜救机器人，学生们由远程监控移动机器人项目拓展完成开发的灾区搜救机器人项目，该机器人所具备的主要功能如下：用户可通过上位机远程实时观看机器人现场采集到的图像；用户可通过电脑发送控制指令，调控机器人的运动；机器人配备多种传感器，可检验环境气体如一氧化碳、甲烷等气体浓度，数据可通过网络进行传输。项目已初步具备多种面向灾区救援的相关功能，若加以改良，对项目进行策划包装，可投入到相应社会领域。
以上所述实施例仅表示本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种机器人项目式嵌入式教学平台，其特征在于：包括供电模块、图传模块、机械模块、嵌入式模块、传感器模块和显示模块，所述供电模块分别连接嵌入式模块和显示模块，为其供电，所述嵌入式模块输出端连接有通讯模块，所述通讯模块分别连接显示模块和图传模块，所述嵌入式模块分别连接机械模块和传感器模块，其中所述嵌入式模块包含了搭载Cortex-M3内核的STM32单片机以及搭载了ARM9内核的32位S3C2440芯片；
所述传感器模块由多种传感器组成，包括温度传感器、湿度传感器、火源传感器、烟雾传感器、甲烷浓度传感器；
所述显示模块由LCD显示屏以及控制器组成，根据使用说明输入控制字配置控制器从而控制LCD屏幕的显示；
所述图传模块由摄像头、云台、图像编码器组成，通过控制云台操控摄像头转动，并将摄像头采集到的图像信息通过编码器转换成可传输信号进行传输；
所述机械模块包括多组电机、机械臂。
2.根据权利要求1所述的一种机器人项目式嵌入式教学平台，其特征在于:所述供电模块采用5V、12V分离式供电，根据各模块正常运行的不同电压需求对其供电，保证整个系统的稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种机器人项目式嵌入式教学平台，其特征在于:所述机械模块通过PWM、CAN控制手段对其控制。
4.根据权利要求1所述的一种机器人项目式嵌入式教学平台，其特征在于:所述摄像头型号为OV2640。
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