ww普通高校自动化专业嵌入式技术教学的几点思考.ppt

王 威 河南工业大学电气工程学院 2009-12-09,普通高校自动化专业 嵌入式技术教学的几点思考,引言,嵌入式系统已经成为后PC 时代研究和应用的热点 社会上对掌握嵌入式技术的本科层次人才需求巨大 大学生应具备什么样的嵌入式系统知识结构（多种提法） 改进应用型自动化专业嵌入式技术的教学与实践（二本） 嵌入式测控系统的教学主指MCUDSPPLC等应用系统 嵌入式测控系统的教学核心（81632位MCU为例）,主要内容,1. 教学的结构是arm+Linux?还是mcu+c? 2. 教学是否分层？分几个层次？ 3. 本科教学基于8位还是16位MCU? 4. 是否教授RTOS ？ 5. 建立自动化专业嵌入式测控技术类课程教学协调机制？ 6. 全国智能车比赛的改进建议,1 教学的结构arm+Linux? mcu+c?,自动化专业不同于计算机专业、通信工程或电子工程专业， 社会上的嵌入式系统教学体系通常推荐arm+Linux?。 自动化专业拟采用mcu+c的教学结构： 实际上自动化专业主要面向是自动化测控系统，在有限的教学时间和实践条件下，“mcu+c”的教学结构更有利于大学生掌握较深的技术细节，并真正应用已学的知识构建一个典型的小型自动化测控系统，比如设计并制作一个具有精度、稳定度要求和较高性价比的真实温度测控仪.。,自动化专业的教学必须突出嵌入式技术的“测控+系统”理念，这里所谈的“测控+系统”是指“测量、算法、执行”，也即必须注重检测与传感技术、数据处理算法、控制理论和程序设计、电力电子和测控对象的工程特性等。 必须高度重视经典控制理论或现代控制理论等算法在基于MCU的工程设计中的应用，为“智能检测与控制”奠定基础。 “mcu+c” 的内容只是嵌入式测控技术的灵魂核心和数据处理平台，不是眼睛和四肢。,“测控+系统”理念,2 教学是否分层？分几个层次？,自动化专业的大学生毕业后，真正从事嵌入式测控技术的大约占10-25%（包括MCUPLCDSP等应用系统，这里以mcu为例），教学可分为23个层次： 认知能力层次（基本要求） 研发能力层次（高级要求） 掌握层次（中级要求，介于以上两层之间 ）,熟悉嵌入式测控技术的应用领域和方案，对嵌入式测控技术的应用系统与结构有较深入的了解和认识；了解嵌入式测控硬件平台（熟悉一种8位mcu）的系统体系结构，能够读懂嵌入式测控硬件电路和软件程序（C语言）；熟悉基于8位mcu的嵌入式软件、硬件开发流程，能够编写简单嵌入式测控程序。可以课程和学分的形式进行，面向所有学生。,认知能力层次,熟悉嵌入式测控技术的多种技术方案,对嵌入式测控技术的应用系统与结构有深入的认识和使用； 掌握2种嵌入式测控硬件平台（一种8位mcu，一种16或32位）的系统体系结构，能够设计嵌入式测控硬件电路和软件程序（C语言）； 熟悉基于16或32位mcu的嵌入式软件、硬件开发流程，毕业前，能够独立设计并制作完成一个具有较高精度、较高稳定度和较高性价比的真实测控装置。,研发能力层次,研发能力层次的学生大学毕业时, 能够作为企业的核心成员直接参与嵌入式测控系统的测试、研制和开发。 可以项目制、全国大赛和创新学分的形式进行教学， 可作为全国大赛和创新学分的主力参赛队员。 面向10-15%的对嵌入式测控技术有强烈兴趣的高水平学生。,研发能力层次（续）,介于认知能力层次和研发能力层次之间的大部分学生,约有学生总数的40-50%。熟悉嵌入式测控技术的几种典型技术方案, 对嵌入式测控技术的应用系统与结构有较深入的认识和使用；掌握1种嵌入式测控硬件平台（一种8位mcu）的系统体系结构，能够分组设计嵌入式测控硬件电路和软件C程序。,掌握层次,熟悉基于8位mcu的嵌入式软件、硬件开发流程，能够分组设计并制作完成一个具有较有精度、稳定度和性价比要求的的课程设计，可以进行基于8位MCU的毕业课题设计，也可作为全国大赛和创新分的非主力参赛队员。大学毕业时，能够作为企业的生产和技术服务成员参与嵌入式测控系统的市场销售和技术服务。可以课程设计制和创新学分的教学形式进行。面向约有学生总数40-50%的对嵌入式测控技术有兴趣的学生。,掌握层次（续）,作为工程应用型人才，嵌入式测控技术主要任务是将新型的高性价比的MCU应用于工程或产品的设计。 大学生在校期间，精通1种主流MCU+1种调试开发工具+嵌入式开发的C语言程序设计，进行基本工程开发的强化技能训练。,通识要求,3 本科教学基于8位还是16位MCU?,经过多年的实践和试验，自动化专业的嵌入式测控技术的基础教学以选较新型的8位机为宜。限于自动化专业学生的教学时数、认识规律和实践条件，新型8位机（例如S08系列）的难度和资源可以在“36学时理论教学+36学时课程设计”内，完成认知和掌握层次的教学。 2010年起， ARM 的32位 CORTEX-M0的问世，有可能提升本科MCU的基础教学平台。,采用S12进行了MCU的基础教学，也即学生之前仅有电子技术和C程序的课程基础，经过2年8个班的教学实践，平均效果一般，主要是培养了10%左右的尖子学生，大部分学生仅达到了认知层次。 2007年改用HC08，后改用S08，效果良好，60%以上的学生都可以达到掌握的层次。MCU类的课程在2007年以后改为了选修课，学生的学习压力和学习的效果有所降低。随着就业压力的影响，90%以上的自动化专业学生已认识到了嵌入式技术的重要性。,河南工业大学的实践尝试,4 是否教授RTOS ？,商用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API) ,是计算机基本组成不可分离的一部分,应用程序的开发以及完成后的软件都在OS 平台上运行。 嵌入式测控系统则不同,小型应用程序可以不用操作系统直接在集成电路上运行,但是随着新型8位机和16位、32位机的大量应用，以及性价比和数据处理复杂程度的提升， RTOS的重要性日渐凸显 。,为了合理地调度多任务、利用MCU的系统资源、嵌入式测控系统的实时操作系统的重要性日渐凸显，以保证程序执行的实时性、可靠性,并减少开发时间,保证软件质量。 我们已在本科教学中引入S12+UCOSII（或FREE RTOS）作为开发平台,只是教学的时数和效果的矛盾尚待处理。 希望能够有更简明的教材和更简单的系统作为RTOS的入门教学。,河南工业大学的实践尝试,5 建立自动化专业嵌入式测控技术类课程教学协调机制？,目前，相对于电子、通讯、信息类的嵌入式系统课程教学体系，面向IO的嵌入式测控技术类课程的教学体系和认识在高校尚待深入的探索，在自动化专业的教学中: 如何强化理论与实践的结合？ 如何让更多的师生接受新型嵌入式测控新技术？ 如何可持续的推广和开展全国智能车比赛？ 希望建立自动化专业嵌入式测控技术类课程的教学交流协调机制，推动建立国家级精品课程建设等。,6 全国智能车比赛的改进建议(管见),近5年来, 全国大学生智能车比赛吸引了越来越多的优秀学生， 已经发展成为涉及自动控制、电子、计算机、机械、检测技术、模式识别等诸多技术领域的全国比赛。 大赛的公平、公正和富有竞争的特质鼓励了全国众多高校。培养了一大批具有一定的技术水平、较强的实践能力、富有激情创新型人才，并逐步成为中国高校工科比赛的名牌工程。,但是，经过4届的竞赛实践，该比赛可否进行的几个方面的改良？ 1、比赛的规则过于强调速度，而速度是有极限的，同时它也是参赛高校综合技术与资源实力的体现，导致大部分的奖项始终在一些拥有较丰富资源的重点高校和强势高校中循环。国内面大量广的普通高校的参与度和积极性受到了抑制。不利于大赛的普及，也不利于新型MCU的普及和应用。,2、 比赛的规则缺乏竞技的分量，比赛的场地太大，参赛的趣味性和多变性亟待提高。 传感器和执行器的形式过于单一，光电组不准加镜头的规则执行有较大的困难。 实际上，基于mcu的自动化控制系统的形式是很多的，比如声光电的识别、无线传输、新型传感器等。 建议加大“竞技”的分量，淡化竞速的分量。,3、比赛的物质技术条件对比赛结果的影响比重较大，导致大家竞相采用较高价格的激光、高性能16位MCU，高级驱动器电路等，在某种程度影响了学生认真深入的学习和应用MCU的设计技术，淡化了自动化专业“测控+系统”理念的深入实践。 可否改革以8位、16位等类型分组比赛，扩大参赛数量和学生受益面。,4、 比赛的分区方式中差旅成本的分量应日渐减少（不是增加），这样才有利于更多的高校和学生参与。 我校参加了4届比赛，每届的差旅费接近40%。可否降低比赛的技术和差旅门槛，适当扩大分区数量，将有限的资金用于比赛的硬件投入。 另：可否改进比赛方式，减少硬件成本，扩大学生参与数量，,河南工业大学-FREESCALE联合实验室,河南工业大学-美国FREESCALE MCU&DSC联合实验室的始建于2005年10月，2009年二期扩建，共获赠60余套8位、16位先进的实验装置与仪器。,河南工业大学-FREESCALE联合实验室 (基于飞思卡尔MCU),已出版的教材,王威主编S12微控制器原理与应用北京航空航天出版社2007.11 王威主编嵌入式控制器S08AW原理及实践 北航出版社 2008.12,教学研究立项项目 王威 基于联合实验室得多课程综合实践能力培养模式研究 吴才章 传感器实验教学的改革与实践（ S08AW ） 段守敏 质量工程下的电工电子课程建设 智能测控工程应用型人才创新培养实验区,河南工业大学-FREESCALE联合实验室 (基于飞思卡尔MCU),科研项目鉴定和成果验收 王威 王伟生 马利 郑维 粮油生产工况监测及自动预警技术在油脂脱色工程的应用 河南省科技厅 豫科农【2008】-13 吴才章 油脂精炼生产线智能监控系统 豫科委鉴字2008568 吴才章 基于无线通信的便携式氧化锌避雷器在线测试仪 豫科委鉴字2008569 马利 王威 王伟生 郑维 食用油吸附剂智能控制器技术研究 校基金验收 2008.11 郑维 基于Zigbee技术的控制器研究 校基金验收 2008.11,“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车比赛 20062009年获奖,河南工业大学-FREESCALE联合实验室 (基于飞思卡尔MCU),2009年智能车参赛队伍获得奖项,挑战杯全国大学生课外学术作品竞赛 （河南省一等奖）,小型智能化食用油色泽检测仪(S12