机器人系列产品开发驱动专业课程体系的构建与设计——以“嵌入式系统工程技术专业”为例

雷道仲,李平安,黄亚辉,阳 领

机器人系列产品开发驱动专业课程体系的构建与设计——以“嵌入式系统工程技术专业”为例

雷道仲,李平安,黄亚辉,阳 领

（湖南信息职业技术学院,湖南长沙.410200）

本文以“嵌入式系统工程技术专业”的课程体系构建过程为应用背景，提出了机器人系列产品开发来驱动专业课程体系构建的设计思想，阐述了如何将机器人系列产品开发过程中所需的知识体系结构分解到各专业课程中去的方法和过程，从而完整地呈现出了“嵌入式系统工程专业”的课程体系构建的整个过程，取得了满意的效果；并且通过五年的实践表明：以机器人系列产品开发驱动专业课程体系构建的方法是一种科学的课程体系构建方法。

机器人；产品开发；驱动；课程体系

1　机器人系列产品介绍

机器人系列产品概述：该系列产品的核心模块为“直流电机控制模块”，采用ARM处理器进行控制。该模块具备两路完全被隔离的直流电机控制通道，可让电机匀速转动或转到指定位置。高可靠性同步功能，使两路电机同时启动或同时关闭。

使用说明：直流电机控制模块接线方式如图1所示,两个电机分别由两个独立的电源推动。运用C语言编程技术、PCB制版技术、串口通信技术，通过小型电子模块的表现方式，将小型直流电机的驱动与控制功能集成在一块小型的电路板上，为各种小功率的直流电机和直流减速电机提供控制与驱动；智能机器人行业、教育机器人行业和消费类电子和娱乐电子行业提供方便快捷的实现模块；为相应的个人和企业提供快速实现技术和工具。

2　产品（或项目）的设计开发流程

3　产品（或项目）开发的知识技术与课程相对应

图1　电机接线方式示意图

将机器人系列项目设计开发流程的每道工序所需要的技术和知识进行分解，并与具体课程相对应，逐步构建出嵌入式系统工程技术专业的课程体系。

需求与功能分析系统概要设计阶段：将对待开发的产品的使用对象及市场进行调研，准确地理解用户的要求，进行细致的调查分析，将用户需求陈述转化为完整的需求说明。抓住用户的核心需求，撰写需求报告，进行需求分析，可行性分析和功能分析，发现潜在客户群体。该阶段所需要的技能与知识有：交流沟通技巧，产品精准需求分析与策划定位的方法和技巧，相关专业软件的使用，如流程图绘制软件。在系统概要设计过程中，需对系统软硬件进行整体设计，并制定项目成本预算。整个过程最终要通过项目的评审。

电路设计阶段：需对电路功能进行可行性分析，据此设计电路，再根据工程计算结果、工程经验以及参考文献与技术手册选用合适的元器件，最后利用常用电子线路仿真软件对电路进行设计和仿真，直至设计和仿真结果满足功能需求。该阶段所需的技术与理论知识有：模拟电路功能与可行性分析、数字电路功能与可行性分析、元器件识别与选用、电路设计与仿真、文献查阅技术、电子线路知识、工程计算知识、电机控制知识等。

图2　“机器人系列产品”设计开发流程图

图3　开发流程对应核心课程图

PCB设计阶段：需使用CAD软件进行电路的原理图绘制与PCB版图设计，并进行电气检测，该阶段所需的技术与理论知识有：CAD软件安装与使用、protel制板软件使用、电路布线工艺、计算机辅助设计方法、电路绘图与制板、自制元件和常用元器件库操作等相关知识。

PCB制作阶段：需要使用PCB小型工业制板流水线设备进行产品的印制电路板制作，然后针对制成的印制电路板进行电气通断性能测试，该阶段所需的技术与理论知识有PCB制作设备的使用，电路制板工艺、PCB制板行业标准与安全、计算机辅助设计方法、PCB制板、小型工业制板流水线设备安全操作及设备维护知识。

焊接安装调试阶段：需根据电路需要选购元器件，再进行电路的焊接，然后完成与ARM处理器主机板的连接，最后进行电路的硬件调试。该阶段所需的技术与理论知识有：电子产品制造技术、电子产品测量技术、电子产品调试技术、ARM处理器接口技术、常用电子仪器仪表与电子产品焊装基本知识。

系统软件设计阶段：需要对做好的电路进行控制程序的编写、编译、下载与调试。过程主要包括:软件功能分析，流程图绘制和详细代码编写。该阶段所需的技术与理论知识包括：小型嵌入式产品制作、嵌入式系统设计与开发、ARM的C语言编程技术、编译与下载软件使用、软件调试工具的使用、ARM处理器与接口技术等相关知识。

系统联调与生产阶段：需根据前面设计的各模块进行联机调试和整机软硬件测试，以及技术文档编辑，最终完成产品定型，生产试制。该阶段所需的技术与理论知识包括：整机电路功能可行性分析、整机电路设计、整机电路装配与调试、ARM微处理器编程技术、技术文档编辑以及传感与检测、微控制器、行业标准等相关知识。

4　课程体系构建

图4　专业课程模块关系图

以“机器人系列产品”设计与制作的流程为依据，设计专业课程体系。

4.1核心课程设计

“机器人系列产品”设计开发对应的核心课程体系

4.2专业能力模块课程关系图（非核心课程与核心课程的关系）

“嵌入式系统工程技术专业”能力模块课程关系图

5　结论

机器人系列产品开发驱动专业课程体系的构建模式在我院实施五年多来，效果明显。在这种方式下构建的课程体系是一种基于目标任务式课程体系，它使得学生的学习目的更明确，兴趣更高，更有利于创新型人才的培养。

[1] 郑永锋.高职机电一体化专业项目驱动课程体系研究[M].职教通讯, 浙江师范大学，2014.5。

[2] 赵亮.浅谈项目驱动教学模式下的课程体系建设[J]. 中小企业管理与科技, 2012.3.

Construction and Design of Professional Course System Driven by Robot Series Product Development—— "Embedded Systems Engineering Technology" as an example

Lei Daozhong,Li Pingan,Huang Yahui,Yang Ling
(Hunan College of Information，Hunan Changsha,410200）

Based on the application of "Embedded System Engineering Technology" course system construction process,design ideas about adopting series of robots product development to drive the construction of professional curriculum system are put forward in this paper.The methods and processes of how to decompose the knowledge architecture needed in robot series product development into various specialized courses are described.The whole process of the establishment of "Embedded Systems Engineering Technology" curriculum system is complete presented,which achieved satisfactory results.Five years of practice shows that the method of constructing professional curriculum system driven by robot series product development is a scientific course system construction method.

Robot;product development;drive;curriculum system.

湖南省高校青年骨干教师培养项目资助

教育部中西部青年骨干教师国内访问学者项目资助

雷道仲（1977-）男，湖南桃源人，副教授，研究方向为数字信号处理、智能控制，现任湖南信息职业技术学院智能控制系主任。