创新思维训练在单片机产品设计中的应用

黄俊梅 罗剑

摘 要：为提升学生的创新思维，加强单片机创新课程的建设与实践，学生创新思维能力的训练非常重要。文中以单片机温湿度监控仪的设计为例，介绍了专业课程创新思维训练的步骤及方法。通过单片机课程的创新思维训练，有效促进了学生专业知识的转化和升华，激发了其创新思维和双创能力。

关键词：单片机;创新思维;温湿度

单片机课程属于设计开发项目教学，作为提升学生职业能力的载体，学生既需要熟悉单片机的基础知识，更需要具备使用单片机设计开发创新型产品的能力[1]。基于专业教学的创新思维训练，可以提升学生创新思维和双创能力，促进其专业知识的转化和升华。

1 创新思维导入

场景：夏天，上课的教室炎热、干燥。让学生以小组为单位认真观察教室环境，读取教室的温度和湿度信息。

讨论：小组对教室的温度和湿度信息有何控制要求，写于纸板上。

分析：如何实现？讨论分析确定教室温湿度监控产品的设计实现过程及步骤[2]。

2 专业双创技能训练

2.1 任务驱动

温度和湿度是生产、生活中最常见的被控参数。温湿度监测仪被广泛应用于家居、实验室、农业大棚、粮仓等领域。文中以学生日常生活场景为例，引导学生思考、设计一款基于单片机的教室温湿度监控仪。

2.2 方案的总体设计

基于单片机的教室温湿度监控仪硬件主要由单片机、温湿度传感器、液晶显示、手机显示及报警模块组成[3]，如图1所示：

温湿度传感器实时检测温度和湿度信息，传递给单片机控制器，并在液晶显示屏和手机终端进行双显示;经过单片机内部程序判断温湿度信息是否超限，如果超限则报警，并自动启动风扇和加湿器，以保证教室内部温湿度数据恒定。

2.3 元器件的选择与分析

2.3.1 主控芯片的选择

从产品性能、功耗、价格等方面综合考虑，本设计选用高性能、低成本、低功耗的STM32单片机作为主控核心。

2.3.2 传感器的选择

为了使硬件更加简洁方便，选择多功能的DHT11数字温湿度传感器[3]，该传感器既能测量温度，又能测量湿度。

2.3.3 液晶显示的选择

本设计将选用LCD12864进行参数显示。LCD12864是一种低电压低功耗、带中文字库的点阵图形液晶显示模块，具有简单、方便接口方式和操作指令。

2.3.4 蓝牙模块的选择

分析讨论，选择确定HC-05蓝牙模块实现单片机与手机终端设备的通信。HC-05蓝牙模块接到单片机的串行端口，通过蓝牙与手机终端设备通信，可以用于智能家居，远程控制，机器人，监控系统等。

2.4 软件程序设计

单片机温湿度监控仪软件设计如图2：

3 结论及讨论

基于单片机的教室温湿度监控仪可实现快速、稳定的温湿度监控，并具有液晶屏和手机双显示功能，具有结构简单、操作快捷、功能稳定等优点。该单片机温湿度监控仪可作为一个典型教学样板可服务于单片机爱好者和学生的教学、实验、实训等环节。

文中以该单片机温湿度监控仪的设计为例，介绍了我校专业课程创新思维训练的方法及步骤。教师以项目引领、任务驱动的方式，引导学生多思考、分析、选择判断，可以有效促进学生专业知识的转化和升华，激发学生的创新思维和创新创业能力。

参考文献：

[1]黄俊梅，罗剑.单片机产品设计与开发课程的创新实践[J].科技风，2019（26）：58.

[2]赵荣生.构建创新思维训练的CDIO教学模式[N].中国社会科学报，2019-08-09（007）.

[3]薛晶晶，井航，雷文礼，杨延宁.基于单片机的粮库温湿度控制系统的设计[J].电子世界，2019（16）：122-123+126.

基金：陕西能源职业技术学院创新创业教育课程建设项目“单片机产品设计与开发”

作者簡介：黄俊梅（1985-），女，陕西榆林人，硕士，讲师，从事电气自动化方向的教育教学和科研。