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 模块化软件在AVR单片机及教学机器人上的应用
  • 模块化软件在AVR单片机及教学机器人上的应用
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    参考价格: ¥32.0000
    产品型号:书籍
    所在地区:北京
    上架时间:2012/8/1 4:30:01
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    前   言

    随着科学技术的发展,智能机器人这一综合技术(通用技术与信息技术)的前沿领域也得到了飞速的发展,有专家预言,从信息产业的角度看,本世纪第一个十年将是智能机器人的时代。

    一、开展智能机器人教育的必要性

    今日教育的超前发展,是为以后的经济和社会发展打基础。为了使现在的学生能够适应未来信息时代的要求,在信息技术基础教育内容中及时增加有关智能机器人知识的教学内容是有必要的。随着智能机器人市场的逐步形成,为青少年专门开发的智能机器人平台也应运而生,从而为大专、中学、小学开展智能机器人的教学创造了物质条件。
    1.智能机器人教育的意义
    智能机器人的教学和活动能够培养学生的创新精神和实践能力,有助于探索我国教育改革的新途径,其意义不言而喻:
    (1)有利于培养创造型人才,提高国民素质,全面实现创新能力教育目标。
    (2)有利于全面贯彻党的教育方针,全面实施并推进素质教育。
    (3)有利于迎接知识经济的挑战,全面实施科教兴国的战略。
    (4)有利于挖掘青少年的创造潜能,促进青少年素质全面、和谐、创新发展。
    2.智能机器人的技术教育价值
    (1)技术的综合性。智能机器人集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能、多媒体技术、通信技术、网络技术、语音控制与识别等众多领域的科学与技术知识,可以说,目前没有一种技术平台比智能机器人更综合。
    (2)技术的先进性。智能机器人是技术前沿之一,集成了许多领域的先进技术。
    (3)技术的自我更新性。智能机器人发展的终极目标是类人机器人,需要人类几十年的努力,在此发展过程中,智能机器人能自主吸收众多技术领域的新发展,具有良好的技术自我更新性,从而在本质上保证了智能机器人作为技术教育平台能持续走在时代前列。
    (4)自主体验性。智能机器人非常便于设计各种科技作品或比赛,学生在实施智能机器人科技作品的自主体验过程中,能够培养动手能力、创新能力、综合能力、协作能力和进取精神等。
    (5)兴趣激发性。智能机器人科技作品或比赛富有挑战性,趣味盎然,有效激发学生对技术的兴趣。
    其中(4)、(5)两项特性和新的自主体验教育模式吻合。其实,智能机器人作为新的技术教育装备,本质上支持自主体验教育模式,也只有采用自主体验教育模式,教育智能机器人才能体现真实的教育价值。
    3.智能机器人和高中技术教育的契合
    在教育部将颁布的“高中技术课程标准”的内容模块中,“信息技术基础”、“算法与程序设计”、“人工智能初步”、“技术与设计”、“电子控制技术”、“简易机器人制作”等6个模块的知识和实体智能机器人的知识吻合,吻合度近50%,这得益于智能机器人的技术综合性。“算法与程序设计”、“网络技术应用”、“多媒体应用”、“数据管理技术”、“服装及其设计”、“建筑与其设计”等6个模块的知识和虚拟智能机器人的知识,又有将近50%的吻合度,这得益于虚拟智能机器人的技术综合性。
    虚拟智能机器人与实体智能机器人结合互动、联动,把12个模块的知识和智能机器人的知识吻合,有将近90%以上的吻合度,这得益于智能机器人的技术综合性。如果再加上机器人语音识别技术,人机对话及语音控制等应用,智能机器人包含的科技知识面更广泛了。
    根据以上分析,教育智能机器人作为技术教育的全新装备在中国即将全面展开的基础教育改革中将扮演极为重要的角色。
    4.简易机器人制作的内容和要求
    简易机器人制作,是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的模块,主要内容有单片机及其控制程序、单片机与控制电路、单片机与传动机械,如图1所示。通过本模块的学习,学生应该知道单片机和机械传动的基本知识,能设计与制作由单片机和传动机械等组成的简易自动控制机器或简单的自动控制系统。

    单片机与传动机械
    单片机与控制电路
    单片机及其控制程序
    简易机器人制作

    图1  简易机器人制作模块
    教学中要重视使用计算机技术提供的学习平台,突出简易机器人的实际应用,合理选择价格低廉、可多次编程的单片机型号和通俗易懂的单片机编程语言。并应注意应用实例的典型性,着重系统和技术试验等技术思想方法在设计过程中的具体运用,力争达到举一反三的效果。

    二、本书编写目的

    SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人可以像积木一样组合,仅用一条ISP下载线就可开发AVR系列单片机及教学机器人。SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人硬件普遍适用于小学、中学和大专院校学生学习单片机技术和机器人创新开发,简单易学,且成本低、应用广泛。
    双龙电子公司创建的结构化模块化SLBASIC/SLROBOT C解释型语言软件及模块化图形化SLBASIC/SLROBOT C流程图语言软件,语言简要清晰、直观、形象、容易掌握,入门快,精通也快,易于初学者理解和掌握。SLBASIC语言的语句,采用大家熟悉的高级语言BASIC基本语句,以行号形式书写;SLROBOT C语言的语句,采用大家熟悉的高级C语言的格式书写。
    与单片机汇编语言相比,模块化SLBASIC/SLROBOT C解释型及流程图语言软件(简称双龙模块化语言软件)有许多优点:
    (1)接近人类语言习惯——易学好用。
    (2)采用模块化程序结构,使复杂问题简单化——无语法编译错误。
    (3)语句功能强,通用性好,易于移植——可以适合各种单片机。
    (4)程序的可读性和维护性好——理解快。
    双龙模块化语言软件有面向通用单片机I/O口和专用外设的操作语句、结构化语句、模块化的程序设计语句,所以可把很多复杂问题简单化。双龙模块化语言软件目前适用AVR单片机、SPCE061A语音单片机及含ISP/IAP功能的MCS-51单片机和PIC单片机等,这是跨平台软件。普通高中新课程标准中的有关课程内容,尤其“简易机器人制作”课程,内容丰富且课时很紧,使用双龙模块化语言软件就能很好地解决这种矛盾。因为双龙模块化语言软件面向单片机I/O口,可以很简单清晰地讲解、演示I/O口功能;它采用高级语言书写形式,接近人类语言及思维方式,有程序流程结构形式,入门容易,精通也快。所以双龙模块化语言软件,是单片机、机器人初学者的首选语言。学习者如果要进一步深造,同样的单片机硬件、同样的机器人硬件、同样的双龙模块化语言软件程序例子,双龙电子还提供对应用单片机汇编语言、对应多种高级语言达到同样效果的程序例子供读者学习参考。
    基于此,本书将重点介绍如何利用SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人进行单片机技术学习、机器人制作及创新开发,以期为青少年用单片机实现科技创新和用机器人参加竞技比赛,以及参与单片机、机器人课程教学提供强有力的工具。
    1.服务于全国科技创新大赛
    邓小平同志说过,教育要面向现代化,面向世界,面向未来。创新是一个民族进步的灵魂,高科技必须从青少年开始抓起。改革开放以来,我国十分重视青少年的高科技教育和创新活动,在全国开展了科技创新大赛。
    (1)每年四月,由教育部关心下一代工作委员会、中国关心下一代委员会办公室、中国少年先锋队全国工作委员会办公室、中国科学技术协会青少年工作部、中国发明协会办公室等单位主办全国性“中小学生信息技术创新与实践活动”,竞赛项目共有8大类15小类,其中智能机器人与发明创新占了重要地位。
    (2)每年八月,由中国科协、教育部、科技部、国家环境保护总局、国家体育总局、自然科学基金委员会、共青团中央、全国妇联等单位主办的“全国青少年科技创新大赛”,已有二十多年的历史,设专区展示青少年机器人创意设计的优秀作品。
    设立这些全国性青少年科技创新和科学研究项目的科技比赛的根本宗旨在于推动青少年科技活动的开展,培养青少年的创新精神和实践能力,提高青少年的科技素质,鼓励优秀人才的涌现。最近几届全国青少年创新大赛中,利用单片机的创新项目占总项目的比例大幅度增加,这使得人们开始关注简便易学的单片机,了解单片机作为嵌入式微控制器的真实含义,并且已意识到这是提高青少年动手能力、提高学生素质教育的好方法。
    在最近几年的创新大赛中,双龙公司的SL-DIY系列实验板得到了广泛的应用,也取得了不俗的成绩,例如北京景山学校的“跳舞机器人”和“双足行走机器人”、北京101中学的“自学习远程控制可视探测机器人”等。另外,中国矿大(徐州)、北京邮电大学、重庆师范大学等应用SL-DIY系列实验板参加大学生电子大赛及CCTV大赛,也获得了多项大奖。
    2.服务于“简易机器人制作”等课程
    目前根据我国相关规定,普通高中技术课程标准中,“简易机器人制作”已经被纳入普通高中选修课程。简易机器人制作课程为学生运用先进技术和先进方法进行创新设计和制作,提供了展示才华的舞台。另外高中新课程标准中“电子控制技术”、“技术与设计”等课程中的相关教学内容也可用通用单片机来做演示实验和创新开发。

    三、本书主要内容和使用说明

    1.主要内容
    本书结合广州天河双龙电子有限公司研发的SL-DIY08-8单片机开发实验器及以该主机板为核心组成的教学机器人,着重阐述了如何创新开发制作,以及如何对教学机器人设计编程、对教学机器人进行调试控制。
    第1章讲述了SL-DIY08-8系列单片机开发实验板工作原理,以及如何用积木式组成单片机实验板及构建教学机器人硬件结构系统。第2章介绍了模块化图形化SLBASIC流程图软件的特点、流程图软件的基本模块及编程下载调试方法。第3章介绍了模块化SLBASIC解释型语言软件的特点及其使用。第4章介绍了模块化图形化SLROBOT C流程图软件的特点、流程图软件的基本模块及编程下载调试方法。第5章介绍了模块化SLROBOT C解释型语言软件的特点及其使用。第6章介绍了如何用SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人去实现科技创新开发。第7章研究SLBASIC语言综合程序编程设计,从大量程序实例中,了解、掌握程序设计方法,从而达到自己创新开发编写应用程序。第8章介绍了SL-DIY08-8教学机器人用多种软件的开发方法。第9章介绍了SLVOC50S语音模块的开发与应用,学会设计“会说话”的产品。
    2.使用说明
    本书是一本实用性、实践性很强的机器人开发应用指导教材,可作为“简易机器人制作”课程、青少年科技创新大赛的教学参考书或指导老师的实用参考书,也可作为单片机、教学机器人的培训教材。
    广州天河双龙电子有限公司还可提供机器人图片、录像、单片机相关工作软件、单片机及机器人应用源程序,以及图文并茂的多媒体培训光盘作为本书的补充。读者可以从双龙公司www.avr.com.cn网站上免费获得双龙图形编辑软件、虚拟机器人软件、语音识别软件的下载安装调试,真正体验智能机器人的神奇之处。有条件的读者也可以购买SL-DIY08-8实体机器人,使实体机器人与虚拟机器人同步协调工作,并设计出“会说话”的科技作品,真正使自己投身于单片机学习、机器人的创新开发中。

    四、其他

    SL-DIY08-8单片机实验器及教学机器人由广州天河双龙电子有限公司开发,本书的每个实验程序都是在SL-DIY08-8单片机实验器及教学机器人上进行的,并由广州天河双龙电子有限公司的许松、李青、陈松、司徒松福、李彦超、周夕永及中青世纪科技的张雁冰等科技人员实验通过。为了配合本书读者有效地进行机器人制作实践活动,双龙电子提供了多媒体教学培训光盘,光盘内有AVR单片机及教学机器人各种工具软件及大量程序源代码,也可从双龙电子网站http://www.avr.com.cn/gb/nsoft.asp及中青世纪科技网站http://www.atvoc.com下载。
    本书由耿德根、周湘峻、许松等编著,广州天河双龙电子有限公司总经理耿陆卫、总工詹卫前及中青世纪科技提供大量资料及实验设备,并给予了多方面的帮助,在此一并致谢!
    作 者
    2006年6月7日于广州