摘 要：本文主要針對樹莓派開發(fā)板，設(shè)計(jì)為期32學(xué)時(shí)的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)課程。課程設(shè)置包括：樹莓派簡介、系統(tǒng)安裝、樹莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、樹莓派遙控汽車設(shè)計(jì)等。該課程從零基礎(chǔ)入門到掌握樹莓派經(jīng)典實(shí)戰(zhàn)案例，為長安大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心計(jì)劃開展課程。

關(guān)鍵詞：樹莓派;遙控汽車;創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)課程

樹莓派的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上濃重的一筆，它是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，卻擁有名片大小的尺寸。樹莓派的底層是完整的Linux操作系統(tǒng)，它不同于Arduino這樣的微型控制器，不局限于單一用途，可以完成更多更復(fù)雜的任務(wù)。樹莓派實(shí)際上是一個(gè)可以在娛樂、制造和實(shí)驗(yàn)等用途間靈活切換的平臺(tái)。

1 樹莓派理論知識(shí)學(xué)習(xí)

該實(shí)訓(xùn)課程理論學(xué)習(xí)部分計(jì)劃為6學(xué)時(shí)，包括對樹莓派基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，樹莓派系統(tǒng)安裝及組網(wǎng)，樹莓派常用指令以及樹莓派常用的C/C++、python編程語法的學(xué)習(xí)等。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)W會(huì)簡單的樹莓派操作。

1.1 樹莓派基本結(jié)構(gòu)

本實(shí)訓(xùn)課程采用raspberry Pi 4B，它是目前最新的樹莓派版本，使用Broadcom BCM2711，其中包含以1.5GHz頻率運(yùn)行的四核ARM Cortex-A72，64位處理器，運(yùn)行速度是樹莓派3B+的三倍以上，性能有了很大的提升。以下為它的基本結(jié)構(gòu)。

1.2 樹莓派系統(tǒng)安裝及聯(lián)網(wǎng)

我們采用的樹莓派系統(tǒng)為官方Raspbian系統(tǒng)，可從官網(wǎng)上直接下載，解壓后得到一個(gè)后綴為.img的鏡像文件。使用etcher軟件將系統(tǒng)安裝到預(yù)先準(zhǔn)備的SD卡中，完成系統(tǒng)燒錄工作。

如果備有單獨(dú)的顯示器，連接樹莓派即可開啟樹莓派的學(xué)習(xí)之旅。在沒有顯示器的情況下，我們可以通過SSH遠(yuǎn)程連接或者VNP遠(yuǎn)程連接的方式來操作樹莓派，但前提是遠(yuǎn)程連接和樹莓派在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下。

2 樹莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)訓(xùn)課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分計(jì)劃為16學(xué)時(shí)，主要通過簡單的實(shí)驗(yàn)案例使學(xué)生學(xué)會(huì)樹莓派基本操作指令，能夠熟練運(yùn)用樹莓派常用的C/C++、python編程語法。

實(shí)驗(yàn)包括用樹莓派控制LED燈閃爍，用樹莓派控制各種常見傳感器等。實(shí)驗(yàn)采用面包板完成電路的快速構(gòu)建，通過對傳感器模塊的詳細(xì)講解、接線圖和實(shí)物連接圖的講解及演示，使學(xué)生進(jìn)一步了解樹莓派和常用的電子元器件。具體課程安排如下：

（1）雙色LED實(shí)驗(yàn);（2）光敏傳感器實(shí)驗(yàn);（3）超聲波傳感器距離檢測;（4）紅外避障傳感器實(shí)驗(yàn);（5）循跡傳感器實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容會(huì)根據(jù)后續(xù)開課情況做相應(yīng)調(diào)整。

3 樹莓派遙控汽車設(shè)計(jì)

該實(shí)訓(xùn)課程創(chuàng)新設(shè)計(jì)部分計(jì)劃為10學(xué)時(shí)，目的是鍛煉學(xué)生的綜合創(chuàng)新思維及動(dòng)手能力，使學(xué)生能夠利用樹莓派完成一個(gè)可遙控的智能小車。該階段課程講解設(shè)計(jì)方案如下：

（1）指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用樹莓派控制直流電動(dòng)機(jī);

（2）指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC控制樹莓派小車前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn);

（3）指導(dǎo)學(xué)生能夠通過控制輸出電壓的PWM來調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;

（4）指導(dǎo)學(xué)生能夠無線控制樹莓派小車。

小車組裝用到的底板等配件通過激光切割、3D打印等方式獲得，車輪統(tǒng)一購買。該課程支持學(xué)生對小車有自主的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)部分作為本課程的加分項(xiàng)目。

4 總結(jié)

根據(jù)長安大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心對創(chuàng)新性教學(xué)的規(guī)劃和要求，開設(shè)此課程。該實(shí)訓(xùn)課程包括學(xué)習(xí)樹莓派開發(fā)板的基礎(chǔ)入門知識(shí);通過一些常用電子元器件學(xué)習(xí)樹莓派的輸入和輸出;以及學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試用樹莓派控制的遙控小車。課程的創(chuàng)新性和趣味性強(qiáng)，使學(xué)生能夠了解科技前沿開發(fā)工具，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Matt Richardson、Shawn Wallace.愛上Raspberry Pi[M].人民郵電出版社，2016.

[2]柯博文.樹莓派實(shí)戰(zhàn)指南[M].清華大學(xué)出版社，2015.

[3]明日科技.零基礎(chǔ)學(xué)Python[M].吉林大學(xué)出版社，2018.

作者簡介：孫鑫（1987-），女，陜西西安人，碩士，專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)。