ARDUINO在学生创新工程中的实践与应用研究

张 晖(南通航运职业技术学院 江苏 南通 226010)

1 机电和电子专业学生创新实践的障碍与瓶颈

高等职业技术学院主要担负高水平技术技能型人才的培养任务，培养学生的创新思维和创新能力是非常有必要的一件事情。机电、电子类相关专业都是对实践能力要求比较高的专业，也是对创新能力要求比较高的专业，但是，这些专业的学生在校期间能够接触到的创新训练普遍都比较少。

2 Arduino的技术特点与优势

Arduino是目前非常流行的一个电子创新开发平台，它由软件和硬件两部分组成，软件和硬件都是开源的，设计者可以非常方便的在网络上找到开发板的PCB电路，在编程方面，也有大量的库函数提供给用户使用，使得使用者的编程得到大大的简化，这样也便于非电子专业的人员进行创新开发使用。Arduino的技术优点与优势主要体现在以下几个方面:

(1)编程简单。Arduino的编程都非常友好，适合初学者进行学习，也适合高职院校的学生进行学习。

(2)应用有趣。在国外，Arduino几乎就是创客和创新的代名词，许多有趣的项目如机器人、无人机、智能家居、3D打印等等都可以用ARDUINO来完成

(3)技术支持多。Arduino诞生于2005年，随着互联网的发展，各种ARDUINO论坛、QQ技术交流群等，都方便了用户进行网络上的交流

3 实践举例

机电一体化专业的学生，可以使用Arduino完成了许多大大小小的应用项目，本文以《迷你宠物机器人的制作》为例，介绍Arduino工程项目对学生工程能力的培养。

宠物机器人首先需要像真正的宠物一样，能够有情感的表达，如撒娇、卖萌、愤怒、无聊等，情感表达的途径可以通过图像和声音来传递，因此，宠物机器人需要有一个传递情绪的设备，这里选用LED点阵模块和蜂鸣器，为了使宠物机器人能够便于携带，点阵模块采用了8×8的点阵。机器宠物也需要进行关爱，因此我们需要输入用的传感器来感受外界的一些输入信号，这里采用了振动传感器和红外传感器以接收外界的输入信号。在主控板方面，为了使板子比较小巧，采用了Arduino PRO MINI作为系统主控板，系统框图如图1所示。

3．1 材料准备。制作这个宠物机器，我们需要准备一把电烙铁，焊锡丝，螺丝刀，热熔胶枪，热缩管，热风枪，一台3D打印机及相关打印材料。

序号 名称 规 格1 电烙铁 可调二合一热风枪、恒温电烙铁。AC220V，热风枪450W，焊台50W 2热风枪3 焊锡丝 0．5mm 63%含锡量无铅焊锡丝4 热熔胶枪 60W热熔胶枪5 Arduino Pro Mini 6 充电保护板 输入电压5V，最大充电电流1000mA 7 红外接收管 IRM－56384红外接收管8 振动开关 高灵敏振动传感器开关SW－18010P 9 蜂鸣器 5V 有源蜂鸣器10 电池 1000mAh 锂离子电池11 开关 滑动开关3脚2档

3．2 制作过程。

(1)焊接硬件电路。首先根据图2电路所示，将各电子元件用导线焊接起来。图2中的Arduino板用的是UNO的图片，是为了表示方便而使用的，在实际应用中，我们采用PRO MINI板，功能基本一致，但是电路板的体积比UNO要小了许多。

(2)编写控制程序。控制程序主要是模仿宠物的日常生活，根据振动传感器和红外接近传感器给出的信息，在LED点阵显示屏上显示开心、难过、愤怒、无聊等表情。如主人在长时间放置的情况下，显示无聊的表情，如果振动传感器的时间太长，显示愤怒的表情，如果每隔15分钟红外传感器和振动传感器同时给出信号，则显示开心的表情。除了使用表情表达情绪外，宠物机器人还使用声音来表示情绪，开心的时候唱歌，愤怒的时候吼叫等等。

(3)外壳设计。电路板及程序制作完成后，我们需要制作宠物机器人的外壳。由于宠物机器人是个性化产品，产量少，而且体积小，因此采用3D打印技术制作机器人的外壳是比较合适的。外壳的设计根据电路板的尺寸、安装位置、充电接口、开关接口等，首先使用SOLIDWORKS进行3D建模，然后再进行打印。

(4)装配调试。将焊接好的电路板装入3D打印完成的外壳中，使用热溶胶枪进行局部固定，充电板由于需要经常拔插充电线，因此使用螺丝固定，最后装入LED点阵，整理各个电路板模块的导线，压紧外壳，使用螺丝固定，则宠物机器人最终完成。

4 结论

使用Arduino进行迷你宠物机器人的创新实践，对学生在多个方面进行了训练，通过这个训练项目，训练了学生的电子产品制作能力、程序的编写能力、三维设计能力、3D打印机的使用能力、系统开发和调试能力。Arduino的使用使系统开发时间大大缩短，将学生的注意力主要集中在创新设计及实现上，能够从机械设计、电子设计、程序设计三个大方面提升学生的工程实践能力和综合应用能力。