基于单片机的智能家居监测装置项目教学设计

王 洋

（咸阳职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

1 “单片机应用技术”课程

高等职业教育以培养高素质、高技能型人才为主要任务，教学环节注重技能训练，强化实践性。以任务驱动、典型系统为载体，教学项目为单位，打破按原有学科知识体系组织教学的模式，使学生在教中学、学中练。“单片机应用技术”是电子信息工程技术专业的专业核心课，由6个典型项目载体组成，充分锻炼了学生的设计能力和动手能力，拉近了单片机教学与职业岗位需求的距离。本文就其中一个项目“智能家居监测装置的设计”展开研讨。

2 项目教学设计

2.1 项目教学目标

要求学生通过此项目的设计与制作，进一步熟悉单片机应用系统的设计思路、掌握开发及调试的技能和方法，学会低功耗、抗干扰等单片机实用技术。本项目要求学生体验单片机系统模块化设计的全过程，并用C语言进行编程；能正确选择和使用各种传感器，并了解传感器与单片机之间的数据通信；能正确进行电路的搭建和仿真；能完成软件程序的下载，并进行软硬件的联调；培养学生良好的道德品质、沟通协调能力和团队合作精神、敬业精神。

2.2 教学过程设计

采用明确任务目标、了解任务要求、选择系统方案、进行系统硬件设计、软件设计、系统调试与运行、任务评价的过程进行教学[1]。

2.2.1 明确任务目标

温度、湿度、光照强度监测系统是在环境试验、科学研究、工业生产等领域应用广泛的现场环境监测系统。

本项目要求以单片机为基础，利用传感器设计一款具有显示、报警和记录功能的室内环境监测系统，对实现温度、湿度和光照强度的智能化监控具有很好的应用价值。在明确了任务目标之后，教师会提前向学生下发任务单，学生自主学习。课前，教师检查学生利用信息化手段反馈任务的预习情况，记录下难点、疑点。

2.2.2 了解任务要求

本设计要求实现以下功能：（1）通过温湿度传感器采集数据，将信息显示于屏幕上，如果温湿度超出设定的预警值，指示灯有提示并蜂鸣器报警；待到环境温湿度达到预警值的范围之内，报警自动关闭。（2）采用光敏传感器监测光照强度，如果光照强度超过设定的预警值，指示灯有提示并蜂鸣器报警；待到光照强度小于预警值，则报警自动关闭。（3）人体红外检测电路能够根据外界移动人体进行判断，如果在布防状态并且有人时，指示灯有提示并蜂鸣器报警，来警告入侵者，直至手动撤防才可以解除报警；具有掉电保存的功能，即使人为关闭电源再开机也能继续报警，更加智能[2]。

2.2.3 系统方案选择

学生分成若干小组，在教师的提示下，根据任务单中的要求，通过教材、PPT、课程网站等查询并学习项目所需资料，确定传感器、显示器和防盗监测系统的方案。经过讨论，最终确定如下系统方案：（1）采用stc89c52单片机控制对温湿度、光照强度和人体红外线的采集以及进行数据的通信。（2）采用1602液晶显示器显示传感器采集的和需要设置的数据。（3）利用发光二极管指示系统的工作状态。（4）编写C51程序，完成单片机对传感器采集的数据进行分析和处理[3]。

2.2.4 系统硬件设计

教师根据确定好的系统设计方案，组织学生分组进行硬件电路的设计，在设计出整体框架（见图1）的基础上，用protel软件画出具体电路图（见图2）。

图1 系统硬件框架

图2 硬件电路

2.2.5 系统软件设计

明确任务要求，完成方案设计和硬件电路设计之后，进入系统软件设计阶段。先制定好主程序函数的流程，再采用自顶向下、逐步细化的模块化设计方法，把任务划分为独立的功能模块，由小组成员合作完成系统软件设计。此时，每人可负责几个模块的编码，分模块测试成功后，再编写模块接口文档，明确模块的调用方式。最后，进行编译、链接和定位，生成系统可执行程序。系统程序流程如图3所示。

2.2.6 系统调试与运行

在软硬件联调之前，可将生成的可执行程序先下载到Proteus仿真程序的单片机中进行仿真，仿真效果如图4所示。如果仿真出现问题，可以有针对性地检查并修改C程序，反复修改，直到达到预期的效果。

在以上教学环节的组织中，教师以任务目标为主线，引导学生进行相关知识点与操作技能的学习和练习，为学生营造学习情境，模拟工作岗位任务。为了达到更好的效果，教师还会要求各组的部分学生代表上台进行分析和操作，对学生存在的疑问进行实时解答，对设计进行局部修改并提出问题，要求学生进行讨论。

2.3 任务评价

整个项目考核形式为过程评价80%加项目实现效果20%。任务评价即过程评价，在项目的实施过程中，主要是对技能考核和学习态度的考核。技能考核重点是考核学生对硬件电路各模块的搭建、对软件设计各模块的测试。学习态度的考核是课堂表现、考勤和6S职业素养等学生自主学习内容和结果的点评，也作为本项目的过程评价内容。过程考核的构成是指导教师考核占60%，学生互评占30%，学生自评占10%。项目实现效果考核，即为对软硬件电路的联调，是否可以实现预期的电路效果。

图3 系统程序流程

图4 仿真效果

在以上教学环节的任务分解和知识准备阶段，采用案例教学法、启发引导法，对实际案例的分析和引导，让学生理解项目任务的目标，了解所需掌握的知识和操作技能。在方案选择和决策阶段，采用分组讨论法和头脑风暴法。在任务实施阶段，采用小组作业法和任务驱动法，小组成员担任不同的角色，加强学生的自我管理能力和组织能力，锻炼学生的合作、沟通能力和责任心。在检查阶段和评价阶段，仍然采用角色扮演法，对项目的成果进行检查验收，填写验收单，对每一个人进行客观评价。小组组长以项目设计者和管理者的身份汇报项目设计的开发过程和进度，提出存在的问题和将要采取的改进措施。

3 结语

结合本课程，基于项目化的课程内容教学具有以下特点：（1）以工作任务引导教与学。（2）采用C语言编程，从职业岗位需求出发。（3）任务设计具有针对性、扩展性和系统性，贴近职业岗位需求。（4）教学形式直观生动，增强可操作性。