基于物联网技术的单片机教学改革.docx

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基于物联网技术的单片机教学改革

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陈晓静

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.087

摘?要在物联网技术快速发展和建设新工科背景下，探讨单片机原理及应用课程融合物联网技术的方法，针对单片机实践性强的特点，探讨将物联网技术融入单片机原理及应用课程的教学改革方法。该方法不仅能有效促进学生对单片机基础知识的理解，而且能引导学生关注科技前沿，是培养学生学以致用意识和提高学生探索创新能力的有效手段。

关键词单片机;物联网技术;新工科;单片机原理及应用;创新能力

：G642.0??：B

：1671-489X（2020）21-0087-03

1前言

为应对新一轮科技革命和产业变革，教育部对高等工程教育提出发展新工科的要求。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新型卓越工程人才[1]。与传统教育不同的是，新工科更注重培养学生对前沿科技知识的学习能力以及运用所学知识进行创新的能力，这为电子类专业课程的教学改革提供了明确的方向。

随著5G的发展，物联网、大数据、云计算、人工智能将引领新的技术潮流。如果把这些技术引入课堂，将充实传统的教学内容，激发学生学习的热情和内在的创新动力，同时也体现了新工科人才培养的内在要求。本文将探讨如何将物联网技术融入单片机原理及应用课程，以达到拓宽学生视野、提高学生动手能力和创新能力的目的。

2单片机技术和物联网技术的关系

单片机即单片微型计算机，是采用超大规模集成电路技术把计算机的主要组成部件集成在一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制、智能仪表、医用设备、民用设备等领域得到广泛应用。单片机原理及应用课程是电类专业的专业基础课程，以8051单片机为讲授对象，主要内容包括单片机结构、指令系统和汇编语言设计、并行I/O口、中断、定时器、串口、总线扩展和外围芯片接口技术等。学生通过课程的学习，能够初步设计简单的电子应用系统，如温度测量、电压表、交通灯、密码锁等。

物联网即万物相连的互联网，是指将各种信息传感设备与互联网相结合形成的一个巨大网络，能够实现在任何时间、任何地点，人和物或物和物之间进行信息交换和通信。目前，物联网的应用包括智慧油田、智能电网、智慧城市、智能农业、数字化医疗等众多领域。物联网的结构分为三

层：感知层、网络层和应用层。其中感知层的核心就是单片机或者其他的微控制器[2]。

由以上分析可知，单片机是物联网的终端节点控制单元，而物联网是单片机的重要应用领域，二者密不可分。传统单片机课程仅侧重于本地数据采集和存储，通信只采用串口通信。而物联网要求单片机与互联网相连，实现不受地域限制的远程数据传输和控制。因此，为顺应物联网技术发展的要求，传统的单片机教学内容和教学方法亟待改革。

3单片机教学内容改革

单片机课程本质上属于计算机类课程，包括原理介绍、指令编程和接口硬件设计，是一个独立完整的应用型课程。而物联网是非常宽泛的一个概念，其关键技术涉及无线网络、大数据、云计算、人工智能等比较复杂的知识。由于课程目标和课时的限制，在单片机课程中不可能详细地对物联网技术进行理论介绍。结合单片机实践性强的特点，笔者提出一种切实可行的将物联网技术融入单片机课程的方法。该方法的主要思路是把物联网应用实例引入单片机实验教学中，让学生通过动手实践来加深对物联网的认识，使学生感觉到物联网是看得见、摸得着且与自己密切相关的技术。

本文将介绍一个借助于现有51单片机实验板就能实现的简单物联网应用实例——远程温度监控系统。利用51单片机通过Wi-Fi模块连接互联网云平台，并通过云平台和手机APP进行通信，实现单片机向手机传送温度数据并在手机APP上实时显示温度，同时利用手机APP也可以对单片机板上的LED灯进行亮灭控制。下面对实验硬件和软件分别加以介绍。

硬件电路设计?设计需要的器材与条件包括ESP-01S模块、电脑一台（电脑安装CH340驱动程序）、普中51单片机板（带USB转TTL模块一个）、Wi-Fi网络。ESP-01S模块是一款低功耗、高性价比的串口转Wi-Fi透传模块[3]，被广泛应用于智能电网、智能交通、智能家居、工业控制等领域，尺寸大约为2.4cm×1.4cm，可以通过杜邦线与单片机实验板连接。以普中51单核A2单片机实验板为例，最终实验硬件平台的搭建如图1所示。

云平台账号注册?目前常见的云平台有阿里云、中国移动oneNET、机智云、巴法云等。考虑到巴法云的简单易用性，本文以巴法云为例进行实验。首先在巴法云主页点击注册，采用邮箱或者微信扫码方式均可;注册完成后点击登录，即可在控制台看到自己的私钥UID;用户使用这个私钥可以接入自己的设备，如单片机或