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机器人教案精选(九篇)

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机器人教案

第1篇:机器人教案范文

关键词:MSP430F1612:人数检测:对射式光电传感器

0引言

笔者以MSP430单片机为核心,设计了教室人数检测系统,对教室的人数进行检测,同时将教室人数信息在教学楼大厅公布,一方面帮助教师在课堂上及时掌握学生的到课情况,另一方面帮助无课的同学快速找到自习教室,节省了大量的时间和精力。

1系统设计

1.1总体方案

本系统主要包括两个模块,一是教室人数检测和显示,二是人数信息公布。教室人数信息公布系统以软件设计为主,利用ACCESS 2010数据库完成对教室人数信息的统计、查询和显示。

2.2人数检测装置

对教室人数检测的处理方案有以下几种。

方案1:在教室的每个座位下安装压力传感器,有人坐在座位上的时候,压力传感器传递信息,主控制器处理信息。

方案2:在教室门口安装刷卡机,利用学生的一卡通刷卡进出,主控制器处理学生的刷卡信息。

方案3:在教室门口安装光电传感器,检测人的进出,计数器进行加减计数,并将信息交由主控制器处理。

方案选择:通过3个方案的比较,方案1成本太高,在每个座位下安装压力传感器难以实现,后期维护也较为困难;方案2在上下课高峰期容易造成教室门口的拥堵情况,学生进出也很麻烦;方案3操作简单,并且自动检测,成本也较低,所以最终选择方案3。

3系统硬件设计

3.1红外传感器及检测原理

目前,市场上常用的红外线光电传感器(光电开关),是利用物体对近红外线光束的反射原理,由同步回路感应反射回来的光,据其强弱来检测物体的存在与否,光电传感器首先发出红外线光束到达或透过目标物体,物体或镜面对红外线光束进行反射,光电传感器接收反射回来的光束,根据光束的强弱判断物体是否存在。常见的红外线光电开关有对射式和反射式两种,本系统采用对射式光电开关,由分离的发射器和接收器组成,如图1所示。当无遮挡物时,接收器接收到发射器发出的红外线,其触电动作,输出高电平;当有物体挡住时,接收器便接收不到红外线,其触电复位,保持低电平不变。在本系统中要考虑到人进出教室的方向,因此要在门的内外两侧均安装光电开关,通过判断两个光电开关产生上升沿的先后顺序来确定人的进出方向。同时,为了保证脉冲信号能够被MSP430所接收,因此光电开关传出的脉冲信号,必须经过电平转换再发送给单片机,单片机判断人的进出方向并进行计数。

3.2传感器的放置

每个教室的门口的内侧和外侧均安装对射式红外传感器,即两对光电开关作为一组检测器件。为保证每个经过的同学都能检测到,应安装在1M左右,并且要保证每对光电开关保持在同一水平线上如图2所示。

当传感器的发射端和接收端之间无人经过时,(1)和(2)的接收端信号均保持低电平不变,并将信号经电平转换传送至单片机。当有人进入教室时,(1)的信号先变成高电平,(2)的信号滞后于(1)大约0.7s再变成高电平,单片机人数计数加1。当有人出教室时,(1)和(2)的变化和上一情况相反,此时单片机人数计数减1。当门口有人滞留时,情况较为复杂,如果人在门外,(1)的信号变为高电平以后,超过0.7s(2)的信号始终不变,则单片机延时等待,若检测到(1)的信号重新变为低电平,而(2)的信号不变则不计数,人数保持不变;若检测到(2)的信号变为高电平,则人数计数加1。如果人在门外,情况则与之相反如图3所示。

3.3单片机

单片机选用MSP430F1612芯片作为控制核心。MSP430是美国TI公司生产的16位超低功耗的混合信号处理器,电源电压采用1.8-3.6V低电压,采用矢量中断,支持十多个中断源并可以任意嵌套,对中断响应很快,满足本系统的实时性要求。单片机的外部中断选择P1口的P1.1和P1.2接收两组来自传感器的信号,P2口作为数据口向数码管提供显示段码,利用P3口的第二功能启用USARTO模块与主机进行串口通信。具体硬件电路如图4所示。

3.4显示模块

显示模块分为两部分,一部分是在大厅显示的各个教室的实时人数信息,另一部分是在教室显示的当前教室人数信息。

4系统软件设计

在本系统中,在大厅处设置主机,用于处理整栋教学楼的教室人数信息,利用ACCESS建立小型数据库,并将信息发送给大厅的显示屏。单片机软件流程如图5所示。

第2篇:机器人教案范文

关键词:汽车电控发动机台架;远程测控;远程桌面控制技术

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2013)09-0164-02

汽车电控发动机台架在汽车类专业课程教学中的作用巨大,是实现汽车专业课程理实一体化教学的关键点,通过它可以真实再现电控发动机的工作状况、故障现象,也可以用以训练学生查找故障、排除故障的能力。但纵观国内目前大多数教学仪器设备公司生产的电控发动机台架,都基本由实车电控发动机和显示面板组成,台架占地4~5平方米,周边能站立观看教师演示操作的学生最多6~8个,效果不好,尤其是对于学生数量较多的班级,用此类台架教学,每6~8人一组,又增加了教师的工作量。加大实验设备投入,同时增加指导教师的配备数量可以解决此类问题,提高教学效果,但并不是每个开设汽车类专业的学校都有此实力。通过信息网络技术,在现有台架基础之上进行改造,使其具备远程测控能力,使学生坐在教室通过多媒体大屏幕观看测试数据流、故障现象以及故障排除演示的全过程,可以有效解决设备投入、人员投入和教学效果教学质量这对矛盾。

实现汽车电控发动机台架远程测控的优点

对原有电控发动机台架进行改造以满足教学需求,有以下几个优点:(1)通过声像采集、传送以及大屏幕显示,真实再现了电控发动机的故障现象,场景真实,受众面广。(2)远程测控减少了发动机噪音、尾气对学生、教师的危害,尤其是人为设置的发动机故障所排放的尾气、噪音。(3)改造电控发动机台架后所形成的远程测控系统暗合高职“空中课堂”的先进教学理念,是高职未来课堂教学跨越时间、空间概念的具体体现。(4)电控发动机台架远程测控系统的实施,便于教师对课堂的组织、管理。(5)电控发动机台架远程测控系统降低了设备、人员的投入,教学效果好。

实现汽车电控发动机台架远程测控的三种方案

现以一汽大众捷达轿车的电控发动机台架为例,探讨三种可行的改造方案,实现其远程测控能力。

(一)基于远程桌面控制技术实现电控发动机台架的远程测控

如图1所示,基于远程桌面控制技术实现电控发动机台架的远程测控系统主要由电控发动机台架、诊断线、台架旁PC(装有VCDS5053诊断软件)、交换机、多媒体教室主机、视频分配器、投影机和大屏幕、电子白板、摄像机、画面处理器等组成。

电控发动机的实时动态数据或故障诊断信息经由诊断线传递至台架旁PC的USB接口,台架旁PC上装有大众车系专用的诊断软件VCDS5053,通过该软件以及诊断线,可以对发动机台架进行故障设置、故障读取、故障清除、数据流读取、传感器数值波形显示、电控单元匹配标定等操作。机旁PC通过网卡、网线及交换机连接至局域网络,多媒体教室主机亦通过交换机连接在局域网上,多媒体教室主机可以利用网络通过远程桌面控制技术,将台架旁PC显示器上的信息实时传送至多媒体教室主机上,再经由视频分配器显示在大屏幕或者电子白板上。

在诊断数据传递的同时,机旁摄像机采集的视频信号,经由画面处理器传递至多媒体教室主机,再经由视频分配器显示在大屏幕或者电子白板上。

(二)基于诊断信号放大传输技术实现电控发动机台架的远程测控

如下页图2所示,基于诊断信号放大传输技术,实现电控发动机台架的远程测控系统,主要由电控发动机台架、诊断线、诊断线信号调制放大装置、远程传输线路、诊断线信号解调装置、多媒体教室主机(装有诊断软件VCDS5053)、视频分配器、投影机和大屏幕、电子白板、摄像机、画面处理器等组成。

台架上电控发动机的实时状态信息、数据流、故障代码等数据经由诊断接口、部分诊断线传递给诊断信号调制放大器,再经由足够长度的屏蔽电缆传递给位于多媒体教室主机旁的诊断信号解调器,装有VCDS5053的多媒体教室主机从诊断信号解调器获取诊断数据,实时通过视频分配器显示在大屏幕或电子白板上。

在诊断数据传递的同时,机旁的摄像机采集的视频信号,经由画面处理器传递至多媒体教室主机,再经由视频分配器显示在大屏幕或者电子白板上。

(三)基于LabVIEW实现电控发动机台架的远程测控

如图3所示,基于LabVIEW实现电控发动机台架的远程测控系统主要有传感器、信号调理、数据采集、DataSocket Server以及多媒体教室主机浏览器组成。

传感器将被测物理量转变成电信号;信号调理把传感器产生的电信号经过放大、隔离等转换成数据采集卡能够接受的标准信号;台架旁PC通过数据采集卡获得测试数据并处理数据,且通过网卡和Internet相连,多媒体教室主机通过浏览器监控远程面板方式(B/S)建立与服务器端(台架旁PC)的网络通信,监测和控制服务器端的作业,接收来自服务器端的作业数据,并进行数据分析处理,数据处理结果的显示。

视频信号的传递,仍由机旁的摄像机进行采集,经由画面处理器传递至多媒体教室主机,再经由视频分配器显示在大屏幕或者电子白板上。

实现汽车电控发动机台架远程测控的三种方案对比

上述三种方案均能实现汽车发动机台架的远程测控,改善教学效果。三种方案中,基于远程桌面控制技术实现远程测控的方案仅需在软件上进行处理,对硬件改动小,实时效果仅取决于网络状况;基于诊断信号放大传输技术实现远程测控的方案不需要变动软件,对硬件改动较大,尤其在信号的远距离传输中需要处理干扰问题,实时性受信号的传输影响较大;基于LabVIEW实现远程测控的方案抛开了原有的诊断软件,从传感器入手进行信号采集、处理,软硬件改动较大,需投入较多资金,技术也最为复杂,操作起来有一定的困难。

结语

综上所述,基于远程桌面控制技术实现电控发动机台架远程测控的方案投入小,改动小,实时效果好,在其他台架上进行改造时应用的普适性较好。经台架改造、调试后发现,系统能够实现远程测控电控发动机台架,进行数据流读取、波形显示、故障诊断清除、电控单元匹配等操作,实时性较好,学生、教师满意度较高。

参考文献:

[1]马海瑞,周爱军.基于DataSocket技术的LabVIEW远程测控[J].现代仪器,2005(4):20-22.

[2]杨乐平,李海涛,赵勇,等.LabVIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3]李波.发动机台架CAT系统的研究[D].北京:中国农业大学图书馆,2005.

作者简介:

第3篇:机器人教案范文

关键词:计算机硬件;工程实践;案例教学;三层次实践平台

作者简介:韩月霞(1979-),女,河北邯郸人,石家庄军械工程学院信息工程系,讲师;李雄伟(1975-),男,河北定州人,石家庄军械工程学院信息工程系,副教授。(河北 石家庄 050003)

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)03-0151-02

随着军队装备信息化建设步伐的不断加快,计算机硬件技术在武器装备中的应用日趋广泛,对计算机硬件电路设计人才的需求越来越大,对学生计算机硬件工程实践能力的要求越来越高。因此,如何突破传统的计算机硬件教学模式,构建更加完善、高效的计算机硬件实践教学体系,进一步提高学生的工程实践能力,已成为当前军校教育的一个重要课题。本文以军队装备信息化建设的需求为牵引,针对目前军队院校学生在计算机硬件工程实践能力培养中的问题进行深入分析与探讨,提出解决问题的思路,构建计算机硬件课程实践教学体系,从而为军队信息化、装备信息化建设提供人才支撑。

一、立足工程实践能力培养,构建计算机硬件实践教学模式

我国高等工程教育侧重工程科学基础知识的传授,绝大多数学生习惯于教师的灌输式讲授知识,缺乏创新思维,从客观上导致工程教育学界的教师及其培养出来的学生工程实践经验较少,难以适应社会的需求。近年来,我国学者开始重新寻求工程教育的意义和定义,并普遍认为“工程本身是关于科学知识的开发应用以及关于技术的开发应用,它是满足社会需要的一种创造性专业”。[1]

计算机硬件技术课程是学生信息化素质培养课程体系的基础课程之一,对于学生理解信息化武器装备原理和功能、提高对武器装备的信息化技术认知能力以及工程实践能力等方面具有重要的作用,是一门实践性极强的课程。课程组遵循“工程教育”的原则,尊重“实践本质和创新特点”,[2]强调实践才是教学的根本,以解决实际问题为中心构建计算机硬件工程实践教学体系,精选工程实际案例导入教学,立足三层次阶梯式学生实践平台,全面培养学生的工程实践能力。

二、精心选取工程实际案例,激发学生的学习兴趣

先进的工程教育理念是学生主动学习、主动实践,教师则起着启发、引导和帮助学生发挥潜能、进行学习的作用。[3]在计算机硬件教学中,以工程教育理念为先导,采用案例教学法,能有效激发学生学习的内驱力,教师逐步引导学生,促使学生积极主动思维,充分发挥其创造性和智力潜能,提高学生的工程实践能力和创新能力。

1.精选工程案例

案例教学法的关键在于选择合适的案例。目前,在军队院校计算机硬件教学中,案例教学没有形成完整的体系,主要表现为案例数量不足、案例陈旧和案例与装备结合不够紧密等。为此,课程组进行了前期搜索,整理并分析了大量工程案例,从中精选出合适的教学工程案例。首先,所选案例要紧紧围绕相关知识点,不可偏离主题,在进行教学设计时针对各章节知识点将案例有机融入到理论教学中;其次,所选案例必须有代表性,具有实际工程背景。这样,学生可以面对具体的实际问题和特定的环境,有针对性地通过自主学习和思考进行设计,培养实际解决问题的能力;再次,所选案例要紧密结合军队武器装备信息化建设,使学生在案例分析实现的同时,将知识点落到军队信息化建设实际。另外,课程组还定期对案例集进行评估,剔除一些过时的案例,增加一些新的典型应用实例。这样就保证了案例的典型性、实时性及工程背景,逐步形成完整的案例体系教学。

2.案例导入教学

在教学过程中,围绕事先精选的典型案例进行讨论,注重与学生的互动,教师提出精心准备的各种问题,首先让学生思考解决问题的办法,而后教师进行适当的启发和提示,同时穿插理论讲解,还可以为学生模拟实际应用场景,使学生切身体会到知识在实际工程中的应用,有助于学生对知识的理解和认识,同时还提高了学生分析和解决问题的能力。比如,在进行定时器/计数器讲解时,以炸弹定时引爆为例,从实际问题出发引出定时器的工作原理和工作方式,极大地调动了学生的学习兴趣,学生不再是消极被动的听众,而是积极的参与者。

三、加强实践教学环节,建立三层次阶梯式的学生实践平台

实践教学是实现理论与实践相结合的第一步,也是培养学生创新能力的重要措施。课程组经过多年的教学实践,逐步建立了“基础型—提高型—创新型”三层次的学生实践平台,为学生开拓了展示自己、锻炼自己、提高自己的舞台。

1.建立课内实验平台

基础型实践平台依托于实验室。采用理论授课与动手实验相结合的方式,让学生深入理解课程内容,掌握基础理论,打牢工程实践基础,包括验证型实验、设计型实验和综合型实验。

验证型实验主要涉及课程的相关知识点,实验目的是使学生验证、理解、巩固并掌握课内所要求的基本教学内容。设计型实验是以“任务”或“课题”形式提出实验要求和具体的实验成果,综合整个课程的知识,构造一个具有实际意义的应用系统,即做一个较为复杂的设计实验。综合型实验是提供给基础较好的学生深入学习的,目的是使他们有更多的实践机会进行综合课题的设计,从而培养学生的科研能力、创新能力和工程实践能力。在实验过程中,教师要注重监控学生实验过程,及时发现实验中出现的问题和异常实验现象,引导学生积极思考、认真研究和分析问题,最终完成实验,并要求学生在实验操作中人人动手、人人动脑,培养团队协作精神,提高动手实践能力。

2.建立院内科技制作实践平台

提高型实践平台依托于学院“创新杯”科技制作竞赛和学生“五小科技制作”。课程组在学生科技制作这一重要的实践性教学环节上,就学生的实际工程应用能力培养进行了一些有益的探索,为学生精心设计科技制作主题,在实践中培养学生的创新能力。

经过多年实践,学生相继完成了以单片机为微处理器的自行车里程表、音控喷泉、越障机器人、程控木偶和武术擂台机器人的设计与实现,并取得了优异成绩。其中,自行车里程表以电磁传感器采集车轮转动信息,编程实现自行车里程的计算与显示;音控喷泉控制实现各种喷泉方式,并配合音乐旋律,最终达到较好的音控喷泉效果;越障机器人是通过传感器探测前方障碍物,控制清除障碍后以最快速度到达终点;程控木偶主题制作是采用AVR单片机,利用电机模式滚轮绕线和舵机模式力臂提线,实现了对机器人动作的控制,制作完成了“威武小麒麟”、“关云长”、“白雪公主”和“西部牛仔”主题舞蹈机器人;武术擂台机器人是通过红外测距、红外接近和灰度等传感器探测自身和对手位置,以策略编程为主,控制机器人以搏击、推挤的方式进行比赛。

3.提供国家级竞赛展示平台

创新型实践以国家级大学生竞赛为平台,采取走出去、请进来的交流方式,带领学生参加全国大学生嵌入式设计大赛和机器人大赛等全国性比赛,为学生提供展示自我能力的舞台。参加全国大学生竞赛既增强了课程的实践环节,开拓了学生的视野,增加了学生与其他高校大学生交流的机会,提高了学生的创新意识、动手能力和团队精神,同时又促进了课程体系和课程内容的改革。

经过多年努力,学生在“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛和“读者杯”全国机器人武术擂台赛中,取得全国大赛一等奖、二等奖的好成绩。在此基础上,课程组准备进一步扩大学生参加全国大赛的种类,为学生发挥自主创新能力提供广阔的舞台。参加全国大赛考查了学生对知识的综合应用能力,参赛学生在备赛时通过各种方式自主学习,提高了学生信息搜集以及对新知识的学习和综合应用能力;考查了学生的意志及分析问题、解决问题的能力,比赛中会遇到许多突况,需要参赛选手摆正心态,遇事要冷静,要有坚强的意志;考查了学生的应变能力及决策能力,比赛时学生要做到以不变应万变,以多种方案应对多种情况,特别是在作品现场演示时需要学生具备较强的判断和决策能力。

四、总结

未来高科技战争对军事人才的科学素养及创新能力提出了更高的要求,[4]工程实践教学对于提高新型军事人才的综合能力具有重要作用。课程组经过多年的教学实践,针对装备信息化发展对计算机硬件的需要,将“理论教学”和“实践型教学”相结合,构建计算机硬件工程实践教学体系,制订了可行性实施方案。立足三层次的学生实践平台,在完成课程实验、课程设计等实践环节的基础上,积极鼓励学生参加科技竞赛等活动,激发学生勇于探索和积极创新的精神,提高学生工程实践能力,为全面培养综合素质高、具有较强创新意识的新型军事人才服务。

参考文献:

[1]张丽娟.改革计算机硬件教学模式培养学生的工程实践能力[J].东莞理工学院学报,2008,(15):121-124.

[2]李大奎.“计算机硬件技术基础”课程体系的改革与实践[J].计算机教育,2009,(20):81-83.

第4篇:机器人教案范文

关键词:机器人;计算机;教学

1、引言

随着制造业和信息产业的迅速发展,机器人已在军事、工业生产、救灾、探险、医疗和教育等众多领域内开始使用。未来机器人将在我们生活的各个方面扮演重要的角色,并大大提高人们的生活水平和质量。机器人的研究开发离不开计算机技术的应用,计算机是机器人的“大脑”,决定着机器人的智能水平,因此,在计算机的教学中,可以引入机器人来促进相关技术和知识的学习。基于这种理念,本人组织研发团队开发了一个智能机器人教学平台,在我校开展面向大学生的智能机器人教学研究,以提高我校学生的计算机应用水平,并为培养出复合型创新性人才做出了一些探索。

2、计算机程序设计教学现状

目前,国内外高校对计算机技术教学都比较重视,在所有高校的理工科大学生中都开展了计算机程序设计教学,程序设计课程在培养学生的逻辑思维能力和计算机应用能力方面取得了比较好的效果。但是,反思目前程序设计教学中存在的问题是必要的。由于大多数教学方案都是把重点放在程序设计语言与语法上,忽视程序设计的实际应用。在教学过程中,学生看不到具体的应用效果与价值,从而使得很多优秀的学生在学完计算机程序设计课程之后,还是不知道怎样开展应用研究。

对于初学程序设计的大学生来说兴趣是学习的动力,传统的程序设计教学表现媒介一般有字符和图形两种,特别是C语言程序的教学,大部分教师采用的是字符的展现形式,初学者很难看到程序设计的应用效果,体验成功的乐趣。引入智能机器人平台开展计算机技术教学,使得程序转化为机器人的思维和能力,学生在编写完程序后,可以马上看到效果,这将彻底改变目前的这种教学状态。

目前,国内外有很多大学和科研机构及公司开发了各种各样的教学机器人,有的是面向中小学信息教育的,一般是图形化开发工具,学生学不到真正的机器人开发中必要的程序设计知识;有的是用专用的机器人开发套件,需要学习专门的技术才能掌握机器人的开发,不适合普及教育。而专门针对一般理工类大学生的程序设计教学的机器人比较少见,本项目中研究开发的智能机器人平台主要用于高校计算机程序设计教学中,研究开发紧密结合教学实际,研究目标明确,是一种创新性的应用研究。

3、巡线机器人开发方案

尽管智能机器人可以有各种各样的外表,但是,它们都有共同的特征,智能机器人拥有一个“大脑”,能够像人类一样进行“思考”,其核心是一台嵌入到机器人上的计算机。目前,智能机器人还没有一个统一的定义,大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素:一是感觉要素,用来认识外部环境状态;二是运动要素,对外界环境做出反应性动作;三是思考要素,根据感觉要素所得到的信息,计算出采用什么样的动作。智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器,它可获取、处理和识别多种信息,自主地完成较为复杂的操作任务[1]。

在辅导学生参加全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的过程中,本人经过总结和完善,设计出了一个可适合于不同层次教学的巡线机器人教学方案。在该教学方案中有使用激光传感器和电磁传感器的两种巡线机器人,可以自动识别专门制作的道路自由驾驶。本教学方案中开发的巡线机器人是一种自主型智能机器人,这种自主型机器人具有感知、处理、决策和执行等模块,可以像一个自主的人一样独立地活动和处理问题,硬件上,这种具有一定智能的机器人需要有多种传感器,功能强大的计算机和灵活精确的驱动系统[2]。

巡线机器人采用结构化设计,硬件和软件模块都按一定的规则定义好接口,使得初学者可以快速入门学习机器人的开发。巡线机器人系统结构可分为硬件和软件两大模块,如图 1所示。

图 1 巡线机器人系统结构

在硬件设计方面,机器人的硬件实现模块化设计,学生可以选择不同的传感器模块组装不同类型的机器人,对于电子类专业的学生,也可以由学生设计开发新的硬件模块。软件设计方面,在该机器人平台上,编写程序将有关的微控制器硬件接口封装,降低学生学习程序设计的难度。

采用激光传感器的巡线机器人通过光学反射原理来检测识别道路,是一种视觉导航机器人[3]。激光传感器发射管发射一定波长的激光,经地面反射到接收管。由于在黑色和白色道路上反射系数不同,黑色区域反色回的光线很少,而白色区域反射回足够强的光线,接收管接收到的反射光强度不同,使得接收管两端输出电压不同,从而可以将黑白路面区分开来,使得机器人可以识别贴有黑色引导线的白色道路。

采用电磁传感器的巡线机器人,能够识别道路中特定频率的磁场。在道路引导线上(漆包线)通上一定频率的的脉冲信号,导线中有变化的电流流过,从而在道路的周围产生变化的磁场。电磁传感器道路识别模块能够探测到这个变化的磁场,并将探测到的信号转化为数字信号。

电源管理模块为整个系统各个模块提供所需要的电源,主要包含电机驱动电源、控制计算机供电电源、传感器驱动电源等模块。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。在设计电源模块时标注好各个模块连接线的功能和名称,以方便组装和调试机器人。

巡线机器人实时测量出自己的运行速度,才能实现闭环控制,达到精确的控制目的。测速传感器一般可选成本比较低的霍尔传感器和价格比较高的光电编码器,霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,价格低廉但一般精度比较低。光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器,其精度相对比较高,但价格也比较贵。在教学中,可由学生根据实际的精度要求来选定测速传感器。

舵机用来控制巡线机器人的左右运动方向,直流电机用来驱动巡线机器人,控制前后运动,这两种电机都可通过PWM脉宽调制信号的占空比来控制,一般的嵌入式计算机都具有输出PWM脉宽调制信号的功能,所以比较容易得到电机控制信号。巡线机器人的舵机和驱动电机采用经典的PID控制算法。用函数封装好PWM脉宽调制信号产生代码和PID控制算法 的基本代码,学习的学生只要简单理解算法的思想和和函数参数的意义,便可参与巡线机器人控制程序的编写。

4、分层教学方法研究

智能机器人的开发有一定的难度,涉及机械、电子、自动控制、计算机和传感器等许多专业知识,一般需要组建跨学科的开发团队来进行综合的开发。对于不同专业和学习能力的学生,需要有不同的教学方法因材施教。

通过在计算机基础、计算机程序设计、嵌入式开发和智能汽车竞赛培训等课程的教学实践活动中,研究并总结出分层次教学方案。即在计算机教学中按三个不同层次,引入智能机器人教学的一系列创新性方法:

第一个层次,面向所有专业的学生,在大学一年级计算机概论课时,讲解机器人原理,以及机器人与计算机技术的关系,通过视频或现场演示机器人,提高学生对学习计算机和机器人等科学研究的兴趣。并在相关学生科技活动中,演示原理简单的巡线机器人,讲解开发原理,激发学生对计算机技术的学习兴趣。由于所面向的学生既有理工科的也有文科的,每个人的知识结构差异非常大,所以教学的重点在于讲解机器人与计算机的关系,使得他们了解机器人技术和计算机技术的基本原理。

第二个层次,在计算机程序设计课程中,主要是《C程序设计》与《单片机和嵌入式系统开发》等课程中,设计一系列机器人编程开发实验,学生在实验课时可选择一种实验,体验开发机器人的乐趣,加深学生对计算机技术的深入理解和体验。学生在实验中有更多和教师交流的机会,学习更加主动,并可以将自己的作品与同学进行交流比较。从而,吸引一批优秀的学生加入到机器人开发的教学和实验项目中来。

第三个层次,组织学生参加相关的大学生机器人竞赛,近年来,机器人竞赛的教育价值逐渐得到人们的认可和重视,机器人竞赛对学生的科学认识,科学探究以及科学态度都有积极的影响[4]。目前,已面向全校理工科学生,跨学科组建全国大学生智能汽车竞赛团队,在竞赛培训过程中,组织学生开发智能车(巡线机器人)的硬件和软件模块,提高他们的计算机嵌入式系统开发能力。这部分优秀的学生可以培养成具有扎实的自动化、电子和计算机等项目开发能力的复合型人才。

5、结束语

本文对在计算机教学中引入智能机器人的教学方法进行了探讨和描述,在计算机程序设计课程中,用机器人来展现程序设计的魅力,取得了比较好的教学效果。同时,吸引一大批优秀的学生参与到相关项目开发和竞赛中,机器人的制作与竞赛涵盖了电子、计算机、控制、模式识别、传感技术、电气及机械等多个学科,对培养学生的综合工程开发能力、创新精神、实践动手能力及团结协作精神均具有良好的促进作用。本教学项目的研究和实施,为培养有创新能力的复合型人才探索出了一条可行的道路。

参考文献:

[1] 胡莲君,宋弘.移动智能机器人避障规划研究[J].四川理工学院学报,2008, 21(4):88-89.

[2] 朱孟强,卢博有等.基于ARM的智能机器人小车控制系统设计[J]. 微计算机信息,2008,24(5).

第5篇:机器人教案范文

论文关键词:智能仪器;教学实践;教学改革

《智能仪器设计》是为测控技术与仪器专业本科生开设的一门专业必修课,主要讲授智能仪器的开发、设计方面的专业知识,是仪器仪表应用、开发、生产单位及科研院所技术人员必备的专业知识。使学生了解、掌握智能仪表设计的原理和方法,培养学生理论联系实际、独立分析解决实际问题的能力。该课程是一门融合多项新技术且对实践性要求很高的核心课程。教学内容分为课堂教学、课内实验及课程设计三部分。课堂教学与实践环节紧密结合,并与之前进行的微机原理、单片机与嵌入式系统等教学内容相互衔接,对该课程教学内容进行深化、延伸、补充,使学生加深对所学理论知识的理解,达到对教学内容的熟练掌握。通过本课程的学习和实践,可有效地提高学生的动手能力,培养学生分析问题、解决问题的能力。学生从课堂教学中学到的设计方法可以在实践环节中加以检验和提高。从理论教学、设计题目任务的分析、方案设计、硬件设计及实现、编程环境的掌握、软件设计直到调试运行,形成一个重实践类课程教学体系。通过该课程的教学和实践,既提高了学生的创新意识,又为毕业设计奠定了坚实的基础。为不断提高课程的教学质量,我们在教学研究与实践中,不断总结经验,在课堂教学、实验、课程设计及成绩考核等具体环节中采取了一些有效措施,取得了较好的效果。

一、课堂教学内容体系及教学方法改革

课堂教学内容与先修课程微机原理、单片机与嵌入式系统相衔接,主要讲授:数据采集技术、模拟量与控制信号输出技术、人机接口技术、通信接口技术、数字滤波方法、误差校正和量程自动切换等数据处理算法、智能仪器的软件结构及程序设计方法、仪器自检与抗干扰技术及其他常用的提高仪器仪表可靠性的硬软件设计方法等。

1.以应用为主线结合大作业组织教学内容。教学过程中,为强调仪器仪表的整体概念,以大作业形式给出若干仪表设计的实际案例,结合课堂教学的不同阶段,分模块设计完成。大作业包括:自动供水系统设计、多路温度采集系统设计、电参数测量仪表设计等。以电参数综合测量仪为例,首先明确测量仪的功能和技术指标,由此得到测量仪的整体构成框图,设计则结合授课章节分阶段完成,电参数综合测量仪可分为:信号调理部分、多路A/D采样、人机接口、通信接口、数字滤波、标度变换与数据计算处理、量程自动切换、抗干扰技术等。每个模块均有多种设计方案或算法可供选择,教学中对学生完成的几种典型方案或算法进行分析,比较其优缺点及设计方案的合理性,使学生能从工程化的角度理解和掌握课堂讲授的理论和设计方法。这样,既可使学生掌握每个环节的设计方法,也使其了解一个实际工程化的仪器仪表功能要求的多样性和实现的复杂性。

2.强化仪器仪表智能化及相关新技术的教学内容。课堂教学中,除介绍智能仪器可以自动选择量程、自动存储测量结果、显示/打印、自校准、自诊断等初级智能外,加强了具有更高层次智能水平仪器方面的知识,如:分析、判断、推理、学习等在智能仪器中的实现。同时,将模糊数学、神经网络、专家系统等方面的知识引入到智能仪器设计。结合火电厂的一些控制设备,介绍智能控制方面知识的应用,如:模糊控制、专家控制、自适应控制等。智能仪器的发展与现代科学技术密切相关,因此教学中也应关注与仪器仪表有关的新理论和新技术及其发展动向。包括现代传感技术、新型元器件及智能芯片、可编程器件、网络及通信技术等。如通信部分,除介绍常规的RS232/422/485、GP-IB通信接口外,还介绍USB通用串行总线、以太网接口技术、现场总线(CAN、HART、Profi_bus等)、蓝牙接口技术等内容,利用Internet、GSM/GPRS等公共网络实现仪器仪表数据的远程传输方法。微处理器芯片部分除介绍单片机外,也讲解DSP、ARM、SoC等作为嵌入式CPU用于智能仪器的设计方法。另外,结合火电厂热工参数的测量,介绍软测量技术等新的测量方法及其应用。

3.课内设计型、综合型实验教学内容。课内实验设置要注意两个方面的问题,一是学时少,二是要避免实验内容与先修课程重复。因此我们将课内实验与大作业相结合,如要求设计一个配用热电偶的温度测量智能仪表,对毫伏级电压信号进行定时采集,设计信号调理、多通道采集、人机接口等硬件电路,并综合运用数字滤波、非线性特性线性化、零点及量程自动校正、标度变换等技术,实时计算显示出温度测量值。将其中更有助于智能仪器概念理解部分中的硬、软件由学生设计实现方案,自主选择芯片,用Protel画出硬件部分原理图,软件部分用Visio画出程序流程图。将设计方案与智能仪器实验箱及实训模块所采用的方案相比较,分析自己设计方案存在的问题及优缺点,并进行改进。最后用汇编或C51编写程序,并利用实验学时在实验装置上进行调试。实验报告内容包括设计方案说明、硬件原理图、软件流程图及主要程序清单。

二、课程设计实践教学内容组织及改革

1.课程设计内容。本课程设计学生要利用单片机开发系统、实训扩展模块及所需的芯片和元器件完成一项设计任务,也可以利用虚拟仪器实验平台设计开发智能仪器或结合大学生科技创新项目、参加教师科研工作选择设计题目。为提高学生的学习兴趣,充分调动学生学习的主动性,并考虑到学生个体之间的差异,总结多年实践教学中的经验,我们在以下几个方面对设计内容进行了改革:设计题目的形式:《智能仪器设计》课程设计所涉及的内容包括测控技术与仪器专业主要的专业课和专业基础课,如:智能仪器设计、单片机与嵌入式系统、微机原理、测量仪表、数字信号处理、电路、电子技术基础等。为了提高学生的综合素质,培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力,在题目形式的选择上,我们重点突出了设计内容的综合性、完成设计任务时方法的灵活性和创造性。给出的设计题目大部分包括:信号调理电路的设计、输入/输出通道的设计和软件设计,并且要在实验装置的基础上由学生自己动手实现信号调理电路,完成硬、软件功能的调试。鉴于虚拟仪器技术的发展,并相应开设了选修课,设计题目中增加了利用虚拟仪器实验平台设计开发智能仪器的内容,学生可以利用LabVIEW软件及相应信号调理、数据采集模块来完成,如:环境参数检测、振动信号分析、无损检测、距离与位移检测、环形输送线检测与控制、电参数综合检测及质量分析等设计任务。设计题目的难易程度:为了使不同的学生均得到一次完整的锻炼机会,在题目的难易程度的选择上,我们将题目分成了难、中、易三类。难题是指涉及内容多、综合性强的设计题目,如:设计中包括信号调理电路的设计、A/D通道设计、数字滤波、非线性特性线性化、标度变换、人机接口设计等。设计题目中多数是中等难度的题,如在上述内容中去掉数字滤波或非线性特性线性化等要求。设计题目中也有少量较容易做的题,这类题在内容上只是完成了智能仪表的某一部分功能,如:键盘/显示设计、时钟设计、数字I/O等。这样,学习成绩较落后的同学可以做相对容易、功能固定的设计题目,而成绩较好且动手能力强的同学可以做难度高、功能灵活且具有创造性的题目,尽可能发挥每个学生的主动性,使各种学生都能得到最大的锻炼,达到最好的教学效果。设计完成的最终结果:课程设计不仅要求学生按照选定的题目完成设计任务,而且要包括对开发系统、实验系统及编程语言的掌握。设计方案既要考虑功能的实现、实现方法、结构的优化、选用元器件的合理性、运行结果的正确性,也要考虑测量的准确度、可靠性、可移植性及参数调整的方便程度。如:题目中需要设计电流/电压转换电路,设计方案有直接采用标准电阻、采用运算放大器的简单电路及考虑调零调量程的实用电路等。设计方案直接反映了学生对所学知识的综合应用能力。最终完成的课程设计报告应包括总体方案、软硬件功能分配、硬件原理图、软件流程图、调试结果结论,并附程序源代码。报告的书写可以培养学生的表达和论述能力,为以后的工作和学习打下一定的基础。

2.辅导方式。指导教师给出若干设计题目后,由学生自主选择,受实验设备数量的限制,一般需2名同学共用一套设备。指导教师在布置设计任务时,主要介绍应完成的功能和要求,而实现方法可以有多种,由学生自己选择。对学生的指导也以提示性为主,鼓励学生自己查阅有关资料,结合已学知识分析给定的设计任务,并最终完成课程设计。仍以前面提到的电流/电压转换电路为例,一部分同学开始想到的是电子技术基础中学过的简单的放大电路,没有与测量仪表或智能仪表中学过的知识结合,针对这种情况,指导教师提示同学测量电路应具有调零及调量程的功能来引导同学查阅资料设计出合适的电路。

三、考核方法改革

第6篇:机器人教案范文

关键词:案例教学;测控仪器设计;测长机

中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)25-0188-02

一、引言

《测控仪器设计》是测控专业主要的专业课程之一,课程的内容从总体设计角度出发,涵盖了测控仪器的精度、总体、机械系统、光电系统等子系统的设计,要求学生掌握如何从设计任务出发进行具体测控仪器的设计分析。该课程具有理论性和实践性强、对学生的基础要求高等特点,这决定了该课程的教学实践应结合自身的特点,建立一套完善的教学体系结构。因此,国内多所高校的教研室开展了本课程的精品课程建设、教学改革等工作,如孟宪慧等人探索了专题与章节结合的教学模式,激发了学生的学习热情,并获得了较好的教学效果。[1]

在教学活动中,教师运用教学案例指导学生进行自主学习、研究,达到培养学生应用理论解决实际问题的能力的目的,称之为案例教学。[2-5]案例教学法先后在法学界、医学界、管理学界、教育学界等领域得到了成功的应用,特别是哈佛大学工商学院在案例教学的发展中起到了巨大的推动作用。所谓案例是包含问题在内、真实发生或存在的典型事件,每一个案例都是一个现实发生或存在的描述,其中包含有一个或多个疑难问题,且也可能包含问题的解决方法。[2-5]因此,要求案例在其内容上的特征为:a、现实发生或存在的事件;b、事件中包含需解决的问题;c、事件具有典型性。[2]在案例的叙述上要做到突显案例的主题、事件的描述完整、叙述要具体且明确、要反映事件发生的背景等。然而,案例教学的这些特点和要求针对测控仪器设计课程的讲授提出了很多难题,原因在于该课程的系统综合性较强,课程所要讲授的总体设计、精度设计、机械设计等都有着相辅相成的关系,若设计一个或几个案例突显某一主题,则必然要求学生已经熟练掌握其他主题的知识。因此,在测控仪器设计课程的案例教学中难以在一个或几个案例设计中做到提出一些突显主题、描述完整的问题。

为了应用案例教学法到测控仪器设计课程的教学活动中,本文在研究了孟宪慧等人的教学改革工作后,结合专题教学方法,探索研究案例式专题教学法,即将专题教学与案例教学相结合的一种教学方法。以课程大纲的教学要点为基础把课程的核心内容按照内在逻辑组成多个专题体系,以专题教学为手段,与案例教学相结合展开形式多样的理论和实践教学活动。这种方法可以摆脱具体理论的整体性、系统性的限制,教学活动更贴近学生、贴近生产实际,极大地提高课程的针对性、吸引力和说服力。

二、案例式专题教学的作用

第7篇:机器人教案范文

关键词:网络工程实验室;网络设备模拟器;实验教学方式

文章编号:1672-5913(2013)01-0041-04

中图分类号:G642

随着信息产业在全球的迅猛发展,社会對网络工程人才的需求不断增加。在此背景下,许多院校开设了网络工程专业,以适应社会對网络工程人才的需要。而网络实验是网络课程教学中必不可少的环节,因此只有建立配套的网络工程实验环境,提供充足的网络实验,才能培育出合格的计算机网络工程人才。

1 基于硬件的网络工程实验室方案

网络工程实验室的建设大致经历了三个阶段,从初期的离散式网络工程实验室,到后来的集中管理式网络工程实验室,再到最近的综合开放式网络工程实验室。每一次的变化,网络工程实验室在功能、管理、利用率等方面都有不同程度的改善。

1.1离散式网络工程实验室

离散式网络工程实验室中的每台设备是独立的。在进行网络实验时,实验者需要将Console线直接连接到Console口和计算机的串口上,并自行搬设备、连线、形成拓扑,没有任何实验管理的工具。以基础网络知识培训、网络设备认知为主要目的,只能满足初级课程的教学需求。这种类型的网络工程实验室主要具有以下特点:

1)实验设备缺乏管理,实验者自行搬设备、连线、形成拓扑;

2)实验者直接插拔控制线和网线,容易造成网络实验设备的损坏;

3)实验者恶意修改开机密码,甚至卸掉设备的IOS,影响下一组人员的实验;

4)多个班级进行不同课程的实验,设备数量难以满足需求;

5)实验中的设备配置若没有及时清除,会影响后来的实验。

1.2集中管理式网络工程实验室

集中管理式网络工程实验室利用串口控制服务器或者路由器改装的控制器,将所有网络设备的Console口连接在一起,再通过网络进行调试,使串口控制服务器或者路由器改装的控制器成为一组设备的管理核心,然后将若干个串口控制服务器连接到网上,形成集中管理的网络工程实验室。教师机和服务器都连接在网络上,配备基于串口控制器的实验设备管理系统,對实验设备进行分组集中管理。这种类型实验室具有以下特点:

1)将设备进行分组,一组设备放置一个机柜,以组为单位连线,形成拓扑,开展实验;

2)每组包含一个网络设备串口控制服务器,對网络设备进行分组集中管理;

3)配置实验设备管理系统,往往利用Web方式對一组设备进行统一管理;

4)设置“一键清”功能,方便把实验设备恢复到初始配置;

5)對用户权限进行限制,避免恶意操作。

1.3综合开放式网络工程实验室

综合开放式网络工程实验室是集中管理式网络工程实验室的升级。综合开放式网络工程实验室在利用串口控制服务器對设备进行集中管理的基础上,还配备了统一的网络工程实验室管理系统和多媒体辅助教学软件。

网络工程实验室管理系统提供多种功能,如统一的设备管理功能,包括“一键清”功能等,方便管理;提供统一的用户管理功能,用户需要登录以后才能使用网络设备、设置用户权限等;提供统一的实验过程管理功能,可以安排实验课程、实验内容等;提供统一的实验行为管理功能,可以配置实验设备、验证实验等;提供统一的实验资料管理功能,可以添加实验指导、上传实验报告、批阅实验等。另外,综合开放式网络工程实验室还可能提供网络设备的逻辑拓扑连接、实验预约和远程实验等功能。

多媒体辅助教学软件可以提供广播教学、学生演示、屏幕录制、文件分发、电子举手、分组教学等丰富功能,使教学过程更加有效。

特别要说的是,目前锐捷、神州数码、H3C和Cisco等网络设备制造商都提供了自己的综合开放式网络工程实验室方案。

1.4网络工程实验室优缺点分析

1)离散式网络工程实验室方案优缺点分析。

离散式网络工程实验室方案的缺点非常明显,如实验设备缺乏管理,实验者可能直接插拔控制线和网线,无法避免恶意操作,不能及时清除实验配置,影响后面的实验。但它有一个突出的优点,就是用户开始学习网络设备时,能够直接插拔配置线和网络,形成拓扑图,有利于初学者学习了解设备。

2)集中管理式网络工程实验室方案优缺点分析。

集中管理式网络工程实验室方案克服了离散式网络工程实验室方案的缺点,主要体现在對设备进行分组集中管理,通过串口控制服务器對设备进行控制,避免了经常插拔控制线;为网络设备配置“一键清”功能;對用户权限进行了限制,避免了恶意操作。而且,用户管理设备往往通过Web页面选定设备,就可以进行配置,操作简单。实验时也是直接插拔网线,形成拓扑,有利于初学者了解设备。

集中管理式网络工程实验室方案的缺点是相對于综合开放式网络工程实验室方案来说的。集中管理式网络工程实验室方案将实验室设备的管理和实验行为的管理分散到每个实验组,以组为单位进行管理;没有用户管理功能,不提供实验过程管理功能,也不提供实验指导资料,而且不能进行远程实验,学生离开实验室,无法完成实验。另外,组建集中管理式网络工程实验室需要的网络设备多,需要大量建设资金。

3)综合开放式网络工程实验室方案优缺点分析。

综合开放式网络工程实验室方案是集中管理式网络工程实验室方案的升级,其优点是通过网络工程实验室管理系统软件实现了所有设备的统一管理,统一的用户管理、统一的实验过程管理、统一的实验行为管理、统一的实验资料管理,而且能够提供网络设备的逻辑拓扑连接功能、实验预约和远程实验功能等。该方案一般还会配置多媒体辅助教学软件,提供广播教学、学生演示等丰富功能,使教学效果更加有效。

综合开放式网络工程实验室方案解决了集中管理式网络工程实验室方案的不足,实验室管理功能得到很大提高,却失去了集中管理式网络工程实验室方案中一个非常重要的优点:实验操作的简单性。例如,用户要完成一个实验,必须等待一组用户都登录后,才能开始实验,浪费时间;实验过程中每个用户只能使用申请到的网络设备,单个学生使用设备少;如果有人對设备配置不熟悉或配置错误,会影响全组实验的进度,实验成功率极低。这些问题极大地影响了网络工程实验室的实验效果。

综上所述,网络工程实验室构建方案,还需要进一步研究,提出更加合理的构建方案。

2 网络设备模拟器

利用网络设备模拟器构建模拟网络工程实验环境,可以弥补网络工程实验教学过程中的许多不足,如不需要大量网络硬件设备,就能开展实验教学;不存在设备的损坏问题,避免了设备损耗;走出网络工程实验室,学生也能利用模拟设备进行网络实验。

2.1网络设备模拟器概述

目前,网络设备模拟器的种类很多,主要包括Dynamips、Qemu/Pemu、Cisco Packet Tracer、Boson Netsim、Cisco Router eSim、KnowledgeNet Lab(flash)等。这些模拟器大致分为三类。

第一类是基于Cisco ION的Cisco设备模拟器,目前有Dynamips、Qemu/Pemu。Dynamips是直接运行Cisco IOS来模拟Cisco Router;Pemu是一个基于开源的Qemu处理机模拟器的思科防火墙模拟器。GNS3软件同时集成了Dynamips和Qemu/Pemu模拟器,支持Cisco防火墙设备。

第二类是基于Cisco CLI的Cisco设备模拟器,能支持Cisco网络设备的大部分CLI命令,并能够自主定义网络拓扑图、设计实验内容。这类模拟器主要包括Cisco Packet Tracer、Boson Netsim。

第三类是基于专门Cisco认证实验设计的模拟器,功能有限,所支持的CLI命令较少,一般只能支持具体实验對应的命令,且不能定义网络拓扑图和定制实验内容。这类模拟器主要包括Cisco Router eSim、KnowledgeNet Lab(Flash)等。

2.2网络设备模拟器软件选择

基于专门Cisco认证实验设计的模拟器,由于功能有限,所支持的CLI命令较少,一般只能支持具体实验對应的命令,且不能定义网络拓扑图和定制实验内容,现在已经基本被淘汰。

基于Cisco CLI的Cisco设备模拟器,目前主要使用Packet Tracer。Packet Tracer是由Cisco公司开发并推出的,随着Packet Tracer不断升级,它的功能不断增强,支持的Cisco设备类型和实验类型不断增加。Packet Tracer在网络初学者中得到广泛应用。

基于Cisco IOS的Cisco设备模拟器中,Dynamips、Qemu/Pemu都是自由软件。由Jeremy Grossmann开发的集成Dynamips与Qemu/Pemu的模拟器GNS3是一款优秀的网络设备模拟器,提供了图形化的网络拓扑设计界面和方便的设备配置方法。GNS3支持Cisco Rotuer、Cisco ASA、Cisco PIX,Cisco IDS/IPS、Juniper Router、Qemu Guest等设备,而且随着版本的不断升级,GNS3的功能不断增强,GNS3得到网络使用者的广泛支持。

基于以上分析,构建基于模拟器的网络实验环境,可以选择Packet Tracer和GNS3的组合。Packet Tracer模拟器操作简单方便,适合网络初学者学习网络基础知识和原理,认识网络设备;GNS3模拟器是真实设备的完整模拟,适用于Packet Tracer不能完成的高级实验。两者结合可以构建网络实验环境,完成交换实验、路由实验、无线网络实验、VoIP实验、网络安全实验、协议分析等大量实验。

3 新建网络工程实验室的建设方案推荐

3.1网络工程实验室的建设原则

网络工程实验室应该是一个开放的实验教学平台,具有实践性强、设备先进的特点。为了充分发挥网络工程实验室的作用,网络工程实验室建设应该遵循一定的原则,避免由于过时、重复建设、设备利用率不高和实验效率低等问题而导致的财力物力浪费。

网络工程实验室的设计和建设要遵循前瞻性、系统性、科学性、发展性的原则。

1)前瞻性:网络工程实验室的建设应符合学校人才培养的定位,符合本专业学科的发展方向,满足本科实验教学需求,既有利于教师进行教学与科研,又有利于提高学生的操作能力,增强学生在就业中的竞争力。

2)系统性:网络工程实验室的建设要考虑学生应具备的知识体系,以便在实验课程、实验项目、实验教材等方面进行统一部署,使学生通过实验掌握专业知识。

3)科学性:网络工程实验室的建设要充分考虑本专业的实验课程体系,听取各方人员的意见,科学合理地设计实验课程。

4)发展性:网络工程实验室的建设要考虑实验室的可发展性,立足当前,着眼长远,使实验室的建设的保持可发展性。

3.2基于模拟器的网络工程实验室建设方案

通过分析各类基于硬件的网络工程实验室的优缺点,以及各类网络设备模拟器的功能和使用情况,结合网络工程实验室的建设原则,给出新建网络工程实验室的建设方案。

新建网络工程实验室可以采用综合开放式网络工程实验室建设方案的组网方式,但只需要1~2个实验分组(不用根据学生人数购买分组设备)。这1~2组的实验设备主要用于教师演示实验,学生观摩及实验,另外还可用于教师和学生开展研究。其他学生全部利用网络设备模拟器完成实验。该方案建议采用手动插拔网络线形成拓扑方式,不提供逻辑拓扑连接和远程实验功能(如果课后需要继续进行实验可利用网络模拟器完成),有利于初学者学习、了解设备,提高实验的真实感。

以组建一个容纳48人同时实验的网络工程实验室为例,新的建设方案需要购买一组实验设备(4台路由器、2台三层交换机和2台二层交换机)、48台计算机、1台管理计算机、1台服务器、3台网络设备串口控制器互联用的交换机,在服务器中安装网络工程实验室管理系统、多媒体辅助教学软件。48台计算机全部安装Packet Tracer和GNS3软件,这样就形成了模拟器实验环境。

采用这种基于模拟器的网络工程实验室建设方案构建网络工程实验室,实验教学过程为:教师利用一组实验设备,结合多媒体辅助教学软件,边做实验演示边讲解,学生观摩实验。演示完成后,教师4~8人用一组实验设备,完成实验,体验真实设备。其他学生利用模拟器独立或协作完成实验。同一班级在下一次实验时,学生轮换使用实验设备,体验真实设备的操作。

第8篇:机器人教案范文

A.D2

B.6E

C.670

D.E2

122.将二进制数111110010转换成八进制数是( )。

A.321

B.762

C.684

D.777

123.由生产厂家预先写入,用户只能读取而无法修改其中的数据的光盘称为( )。

A.CD-R

B.CD-ROM

C.CD-RW

D.RAM

124.( )上的数据一旦断电就会消失。

A.随机存储器

B.只读存储器

C.硬盘

D.光盘

125.微机中1KB的含义是( )。

A.1024字节

B.1000字节

C.1000个二进制位

D.1个字节

126.根据冯·诺依曼原理,计算机硬件的基本组成是( )。

A.输入设备、输出设备、运算器、控制器、存储器

B.磁盘、软盘、内存、CPU、显示器

C.打印机、触摸屏、键盘、软盘

D.鼠标、打印机、主机、显示器、存储器

127.第( )代计算机时代提出了操作系统的概念。

A.4

B.3

C.2

D.1

128.第一代计算机主要采用( )作为计算机的功能单元。

A.电子管

B.晶体管

C.集成电路

D.超大规模集成电路

129.第( )代计算机时代是微型计算机的诞生年代。

A.1

B.2

C.3

D.4

130.计算机辅助设计的简称是( )。

A.CAM

B.AI

C.CAD

D.ES

131.下列有关计算机病毒的描述,不正确的是( )。

A.宏病毒感染可执行程序

B.Internet病毒可通过电子邮件传播

C.引导区型病毒总是先于系统文件装入内存,获得控制权

D.只有当带病毒的程序运行时,文件型病毒才能进入内存发作

132.下列软件中,不属于应用软件的是( )。

A.Word

B.Excel

C.AutoCAD

D.OS

133.下列不属于系统总线的是( )。

A.数据总线

B.内部总线

C.控制总线

D.地址总线

134.在微型计算机中,一般会将一个物理硬盘划分为多个逻辑硬盘,并且约定第一个逻辑硬盘的名称为( )。

A.A盘

B.C盘

C.D盘

D.E盘

135.二进制数01101010等于10进制数( )。

A.102

B.105

C.106

D.110

136.十进制数103等于二进制数( )。

A.01110011

B.01101011

C.01101111

D.01100111

137.计算机的外部设备包括输入设备、辅助存储器和( )。

A.主存储器

B.输出设备

C.主机

D.CPU

138.一个完整的计算机系统包括( )。

A.硬件系统和软件系统

B.主机和外部设备

C.应用软件和系统软件

D.输入设备和控制设备

139.UNIX系统是一种( )。

A.支撑软件

B.应用软件

C.工具软件

D.系统软件

140.目前,一张直径为12cm的单面单层DVD光盘存储容量一般可以达到( )。

A.2.56GB

B.3.2GB

C.4.7GB

D.5.6GB

141.下列不属于计算机病毒特点的是( )。

A.破坏性

B.公开性

C.传染性

D.欺骗性

142.目前,微型计算机存储容量的是( )。

A.内存

B.cache

C.硬盘

D.光盘

143.计算机在工业自动化方面的应用是( )。

A.数值计算

B.数据处理

C.过程控制

D.辅助设计

144.计算机的发展阶段是按照( )划分的。

A.计算机硬件

B.计算机软件

C.计算机的运算速度

D.计算机的主频

参考答案:

121.正确答案:B答案解析:从右往左,四位一组,分为110、1110,因此是6E,选B.

122.正确答案:B答案解析:从右往左,三位一组,分为111、110、010,因此是762,选B.

123.正确答案:B答案解析:参见教材16页,只读式光盘(CD-ROM),这类光盘中的数据由生产厂家预先写入,用户只能读取而无法修改其中的数据,因此选B.

124.正确答案:A答案解析:参见教材9页,一旦断电,随机存储器中的数据就会消失,而且永远无法恢复,因此选A.

125. 正确答案:A答案解析:存储器中最小的存储单元是字节,简称B,描述存储器容量的单位按从小到大的顺序排列,分别有B、KB、MB、GB、TB.它们之间的换算关系是1TB=1024GB=1024*1024MB=1024*1024*1024KB=1024*1024*1024*1024B.1KB=1024B,因此是1024字节,选A.

126. 正确答案:A答案解析:参见教材6页,冯?诺依曼结构的计算机必须具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件。因此选A.

127.正确答案:C答案解析:参见教材2页,第二代计算机是晶体管计算机时代,提出了操作系统的概念,出现了高级程序设计语言,因此选C.

128.正确答案:A答案解析:参见教材1页,第一代计算机是电子管计算机时代,主要采用电子管作为计算机的功能单元,因此选A.

129.正确答案:D答案解析:参见教材2页,第四代计算机是大规模、超大规模集成电路计算机时代,是微型计算机诞生的年代,因此选D.

130.正确答案:C答案解析:参见教材4页,计算机辅助设计的简称是CAD,计算机辅助制造的简称是CAM,AI是人工智能的简称,ES是专家系统的简称,因此选C.

131.正确答案:A答案解析:宏病毒与其他病毒不同,它不感染程序,只感染Word文档文件和模板文件,与操作系统没有特别的关联,因此选A.

132.正确答案:D答案解析:OS属于系统软件,因此选D.

133.正确答案:B答案解析:总线按照连接部分的不同,可分为内部总线、系统总线、扩展总线;系统总线按照其传输信息的不同,可分为数据总线、地址总线和控制总线,因此选B.

134.正确答案:B答案解析:若系统配有多个硬盘或将一个物理硬盘划分为多个逻辑硬盘,则盘符可依次为“C:”、“D:”、“E:”、“F:”、“G:”等,因此选B.

135.正确答案:C答案解析:01101010B=0*27+1*26+1*25+0*24+1*23+0*22+1*21+0*20=106,因此选C.

136.正确答案:D答案解析:直接将103除2取余,选D.

137.正确答案:B答案解析:外存储器(辅助存储器)和输入设备、输出设备属于外部设备,因此选B.

138.正确答案:A答案解析:计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成,因此选A.

139.正确答案:D答案解析:系统软件有操作系统、编译程序、数据库管理程序等,常见的操作系统有Windows系统和UNIX、Linux系统,因此选D.

140.正确答案:C答案解析:请参看教材P17,120mm的单面单层DVD光盘容量为4.7GB,因此选C.

141. 正确答案:B答案解析:计算机病毒的特点包括破坏性、传染性、寄生性、隐蔽性和欺骗性,因此选B.

142.正确答案:C答案解析:容量的是硬盘,因此选C.

第9篇:机器人教案范文

机械类专业课所涵盖的理论与应用都比较广泛,在教学环节中若能够注重理论联系实际,将会取得良好的教学效果。关于如何在教学中将理论与实践相结合,已经有很多教育工作者提出了自己的见解与方法。本文以《微机原理与接口技术》课程为实例,探讨机械类专业课程有效的教学方式。

《微机原理与接口技术》是一门工程实践性很强的课程,内容涉及微机的工作原理、汇编语言、接口技术和应用实例等内容。随着我国高等院校教学改革,机械类专业微机原理与接口技术课程理论课时不断减少,目前总时数48学时,理论讲课22学时,试验8学时,上机10学时。据调查,在实际相关工作领域中,企业常对掌握一定的微机控制技术的机械专业学生有较大的需求,同时,为了顺应国家关于“卓越工程师”的培养计划,我们开设了卓越班,用以为企业培养一批面向工业界、面向世界、面向未来,适应经济社会发展的工程师。为了实现上述教学目的,根据多年的教学和科研经验,提出了一种理论与实践相结合的教学方法,主要包括三个环节:案例系统教学、在自制开发板上动手实践、灵活考试机制。

二、案例系统教学

随着电子信息技术的发展,社会需要既懂机械又懂微机控制的人才,但是机械类专业学生的计算机基础知识一般比较薄弱,《微机原理与接口技术》一直是一门学生较难掌握的课程。为了帮助机械专业的学生在一定的课时内掌握教学大纲规定的内容,在教学中将知识点与工程应用相联系,然后对其进行归纳和总结,形成了以案例促进教学的模式,并将其贯穿于整个教学过程。但在实际的教学中,还要注意以下两点。

1.教材内容和案例相结合

将教学内容中的知识与实际案例进行结合。每个案例都结合着教材的理论知识,将理论知识应用到解决案例中的实际问题。比如,在讲解CPU的编程结构时,先介绍一个简单的时序电路,由此引出时钟电路、寄存器、总线等概念。在讲解可编程定时器/计数器8253时,以如何检测自行车速度为例。为了检测自行车速度,需要产生标准时钟,检测自行车轮辐信号,计数检测到了多少根轮辐。然后采用单位时间计算法,检测单位时间内有多少根轮辐经过,或是检测总的轮辐数目,计算每根轮辐经历的时间,由此来计算车速。为了达到上述目的,需要分析如何配置控制字寄存器、如何初始化每个计数器等。

2.案例环环相扣,形成系统

案例的设计需要周密考虑。案例在设计之初要考虑的问题是,如何在每次案例教学中即能讲解当前知识,又能复习上次课程的内容并引出下次课程的教学内容,这样便使学生在接受新课之前可以完成对上次课程的回顾,又对下面的内容充满好奇。此外,工程应用所采用的知识面涉及内容非常多,掌握每个案例需要大量的课时,理论课时有限,让案例环环相扣,形成系统,可以减少理解案例的时间,又能够很好掌握课程内容。

以感应同步器检测案例为例,该系统包括8086的总线和时序,存储器,输入/输出,中断技术,可编程接口芯片8255、8253、8279等微机原理接口技术所有内容。在课堂教学中,我们可以不断反复应用该案例。在总线和时序一章中,围绕CPU,学生可以掌握晶体振荡器、复位电路和电源电路;在存储器一章中,学生能很好地掌握RAM、ROM等存储器,并复习了总线和时序一章,也能够直观地看到其它章节的内容;在可编程接口芯片一章中,学生能掌握如何利用定时器/计数器8253进行计数,利用并行接口芯片8255设计输入输出,利用8279设计键盘显示电路,实现参数设置,并采用七段码显示参数或者感应同步器距离,通过这样环环相扣,一个完整的系统就可组成。

一个系统案例涵盖整个理论课程章节内容,学生通过一个系统案例,能直观地掌握课程理论知识,并举一反三,应用于工程实践中。

学生在课堂上学习的积极性来源于课堂知识所带来的求知欲和兴趣。选择学生喜欢的内容作为教学内容,是提高教学质量的一种好方法。每个学生都有自行设计自行车速度检测方法和控制装置想法,作为老师引导学生一步步实现,包括:设计晶振、复位、电源电路;设计存储器接口电路,设计时钟芯片电路、设计键盘显示电路等。

三、在自制开发板上动手实践

由于缺乏实际的练习与应用,有相当多的机械类专业学生快到毕业时,仍然不知道如何在工程实例中使用微机原理的理论知识。为了增加理论与实际的结合机会,在教学实践中,作者设计了一块简单、成本很低的CPU开发板。CPU开发板具有在线下载功能,能够实现与计算机通信、键盘显示操作、模拟量输入等各种功能。利用开发板进行编程,能够很好理解掌握微机编程结构、汇编语言、存储器功能、输入输出接口、A/D转换,定时器、计数器功能等。

这种自制开发板发给每个学生,布置各种不同的任务,让学生在电路板上实现,这样学生在课余时间能够很好地掌握微机原理的基本知识。

通过这些训练,学生不仅掌握了课堂内容,培养了动手能力,而且启发他们的创造能力,学生根据这块电路板完成了各种不同的功能,如霓虹灯显示、恒温箱控制模拟、网络功能等。人手一块CPU开发板,进行实际电路的设计,让课堂理论知识紧密联系实践操作。

四、灵活考试机制

机械专业微机原理与接口技术是一门专业选修课程,教师在成绩评定上有比较大的自主权,不能简单拘泥于书面考试的形式。所以,这个环节要与前两要素有机结合,灵活应用,以取得良好的教学效果。

一般会有100个左右的学生选修这门课。在这些学生中间,每年都会有部分学生参加教师所承担的课题研究。对于这些学生,由学生本人申请或者班导师推荐,他们的期末考试成绩一般都在90分左右。还有部分有学习积极性的同学会参加各种科技兴趣小组,利用微机原理知识,制作各种小发明、小创造。这部分同学通常能交出一份很好的设计方案和演示实例,期末成绩将根据考试成绩和小发明、小创造综合评定。另外,还有部分同学在自制的开发板上设计出比较好的演示程序,期末成绩则由演示程序与考试成绩结合评定。其余的同学根据考试成绩和平时作业综合评定成绩。

通过采用这种灵活的考试机制,不仅调动了学生的学习积极性,又提高了部分学生学习的自主性、动手能力和创造性。这种灵活的考试机制还取得了良好的辐射效应,取得了一定的经济和社会效益。在参与课题研究的同学中,有些申请了上海市大学生创新基金项目;有些学生毕业后根据参与的课题研究,分别成立了自己的公司。

这种灵活的考试机制,能很好地推动教学双方沟通的经常性,提高了教学效果。参与课题研究的同学能够提出他们的想法,为将来的教学改进提供很好的思路。这种教学效果已经产生多元化的效果,不仅增强了理论知识,而且增强了动手能力、创新能力和自学能力。

采用上述教学方法,学生拥有很强的创新能力,并且能很好地将理论转化到实际应用中,如图1所示。

图1是我校参加全国机械创新大赛的学生作品家庭清扫机器人的控制整体设计规划,此作品获得了上海市三等奖,在控制模块中用到我们利用此教学方法所学习的知识。

图2中,有电源转换模块,220V交流电通过变压整流后,变为直流电,可为整个机器人控制系统服务;直流电机驱动模块使用L298N芯片内部集成的两个H桥驱动电机运转;用RS485串口通讯模块实现PC与单片机的远距离通信。