物聯網的嵌入式技術精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇物聯網的嵌入式技術，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵詞：導盲；物聯網；嵌入式；顏色傳感器

盲人由于視覺信息缺失在生活各方面存在諸多困難，導盲杖作為最常見的行動輔具功能單一，環境適應性差；而導盲犬訓練耗時，價格高昂，推廣難度大，所以導盲機器成為必然選擇。導盲機器根據所解決的問題不同分為避障導盲，定位導盲，識別導盲，學習導盲等幾個類別，并日益向著智能化，復合化發展。常見的導盲機器有四類：電子式行進輔具，移動式機器人，穿戴式行進輔具和導引式手杖。現有的導盲機器存在獨立檢測和處理環境信息的缺陷，因而硬件成本必然隨著檢測的信息增加而增加，使得功能拓展受限于信息獲取。

物聯網（The Internet of things）的概念最早由美國麻省理工學院的Kevin Ash-ton教授在1991年提出，是指使用信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網技術因其強大的開發潛力被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮，同時也被列為我國五大新興戰略性產業之一[1]。本文將物聯網技術和現有導盲技術結合，通過網絡通信建立對行動的支持，可以在不增加硬件成本的情況下拓展導航定位，天氣預報，救援呼叫等功能。

在數據采集上，現有導盲機器只注重對環境的空間感知，而缺乏對顏色信息的反饋。事實上顏色在物體辨識、情緒調節、社會交流等方面包含了豐富的信息。本設計增加了對顏色的檢測，體現了對盲人群體的人文關懷，增加了盲人對產品的安全感和依賴感。

導盲機器大多是基于觸覺和聽覺設計的[2]，而手是觸覺最集中和敏感的區域，故將導盲系統集成到手套上，同時包含了語音播報功能，使之兼具良好的信息反饋能力和便攜特征。

1 系統硬件設計

1.1 硬件布局

傳感器和執行機構放置于右手手套，鍵盤放置于左手手套或其它方便操作的位置，其余組件集成為一個掛盒，可以便攜在腰間或其它位置，如圖1。

圖1

1.2 嵌入式CPU

選用SAMSUNG的S3C2440作為控制CPU，輸入設備包括超聲波傳感器、顏色傳感器、GPS模塊和鍵盤，輸出設備包括舵機和耳機接口，此外還通過SIM300實現與云端的通信。S3C2440采用最小系統核心板加擴展板的雙層構架，可配置1GB閃存，128M內存。

1.3 電池和電源模塊

選用12V，最大電流1000mA的鋰離子電池作為電源，通過7805穩壓芯片將12V電壓轉為5V輸出。系統滿電狀態下可工作4h。

1.4 人機交互

鍵盤和語音播報用于人機交互。按鍵用于下達指令，語音播報用于確認按鍵命令和用戶獲取信息，對耳機的支持保證了對環境的最小干擾和對盲人隱私的有效保護。本設計包含一個4*4的按鍵模塊和包含左右聲道的3.5mm耳機接口，為功能選項提供支持。

1.5 超聲測距

超聲波傳感器發射和接受超聲波，利用發射時間和接收時間的間隔計算距離[3][4]。本文選用HC-SR04超聲波測距模塊，這款超聲波測距模塊采用一個超聲波發生器和一個超聲波接收器，探測距離為2～450cm，感應角度不大于15度，探測精度為0.3cm，工作電壓為5v。我們將三個超聲波發射器相互成45度夾角成一線放置（如圖2），實現同時對上、中、下（垂直方式）或左、中、右（水平方式）三個方向的距離信息采集。垂直方式是為了幫助盲人實現等身高度的避障測量，水平方式是為了快速尋找過道和門等穿行環境。

圖2

舵機是距離信息的反饋元件。本文使用三個舵機將三個超聲波傳感器的距離信息轉換為偏角，舵機牽動遙感機構，將偏角轉換為觸鈕的伸縮長度，從而將真實距離縮放到手指可感受的范圍。與傳統的避障檢測相比，這種方式能提供連續的距離信息。考慮到傳感器的特性和盲人生活的實際，把距離檢測范圍定為4米以內。

1.6 顏色識別

本文選用TCS230顏色傳感器。TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉換器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了RGB三種濾光器。

顏色名詞是一個離散的概念，如紅、藍、淺藍等。TCS230采集到物體的RGB數值后，再歸并為常見的七種顏色信息，通過語音播報反饋。顏色傳感器有兩種使用方式，一種是配合標準顏色標簽，將顏色標簽貼在固定的位置，作為顏色開關，用于系列物體的快速檢索；另一種是自由檢測生活中各種常見物體的顏色，得到粗略的顏色信息。

顏色傳感器在檢測顏色的時候需要采用高亮白色LED燈反射光。我們在手套背部設計了顏色傳感器的開關，平時處于關閉狀態，在需要使用的時候打開開關，保證了省電和對環境的最小影響。

1.7 導航定位

本文使用NEO-6M GPS模塊，實現自身的定位。為實現導航功能，每10s將自身的位置信息和預置的目標點位置信息通過SIM300模塊以短信形式上傳到云端，再把云端導航軟件處理得到的信息以短信形式接收，轉換為語音播報信息反饋給用戶，指示是否前進或轉向。

其它網絡功能包括報時、天氣預報和報警等，基本實現也是通過SIM300模塊把特定的信息發送到云端，由云端進行處理，再接收返回的信息。

2 系統軟件設計

2.1 嵌入式應用程序

嵌入式系統中的程序使用多線程并發執行，主線程循環檢測按鍵狀態，捕獲按鍵命令后創建對應的子線程。

超聲測距線程中，三個超聲傳感器分時檢測距離信息并輸出到舵機執行機構，避免了超聲波的相互干擾。因為超聲傳感器發射錐形波，在復雜環境中會有明顯的自擾，導致反饋的信息振蕩。為解決這個問題，使用距離平均值算法和濾波算法，程序流程如圖3。

顏色識別線程中，將讀取到的RGB數值轉化到HSV顏色空間，再利用H變量進行顏色判斷，判斷結果以語音播報的形式進行反饋。

2.2 系統云端

系統云端包括短信收發終端、數據庫和互聯網計算機，短信收發終端將接收到的信息傳給互聯網計算機進行處理，再發送返回的信息；數據庫對導盲手套的注冊信息進行管理，如圖4所示。

圖4

3 結束語

試驗證明，該設計能實現預想的導盲功能。目前該設計的網絡功能有限，但是其基于物聯網的開發前景廣闊，這也有待于盲人網絡應用技術的進一步發展。

參考文獻

[1]劉強，崔莉，陳海明.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學， 2010，37（6）：1-4.

[2]張瑩.基于嵌入式技術的導盲機器人設計[D].浙江工業大學：張瑩，2011.

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[關鍵詞]物聯網；嵌入式系統；

中圖分類號：C94 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）33-0143-01

一、物聯網與嵌入式的定義與主要技術

物聯網是一門融合多門學科的技術，通過信息傳感設備，按照設定的通信協議，為網絡中的物體建立連接，物體之間能夠進行信息交換和通信，最終實現對物體的智能化識別、定位、監控和管理等目標。物聯網的主要關鍵技術是傳感器技術、RFID、人工智能技術、標準化技術四種技術。

嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各行業的具體應用相結合后的產物。根據不同的應用，嵌入式系統也會用到許多其他的技術，如通信技術、傳感器技術、智能信息處理技術、自動控制技術等。

從兩者的定義來看，物聯網強調的是物聯網中設備具有感知、計算、執行、協同工作和通信能力及能提供的服務； 嵌入式系統強調的是嵌入到宿主對象的專用計算系統，其功能或能提供的服務也比較單一。嵌入式系統具有的功能是物聯網設備的功能的一個子集，但是它們之間的差異將越來越小。簡單的嵌入式系統與物聯網定義中的設備或者物有較大的區別，具有的功能不如物聯網中的設備或者物，但是隨著嵌入式系統不斷發展，目前出現的一些復雜嵌入式系統（如智能移動電話）基本上達到了物聯網的定義中設備或物的要求。

在技術角度上，嵌入式技術在物聯網行業發展中始終處于核心、基礎的地位。嵌入式系統是計算機應用的一種最直接最有效的形式，只有把計算機嵌入到物體中去，物體才有大腦，它才具備思考、智能的能力；要想實現物與物互聯、人機互聯，必須賦予物體嵌入式CPU的智能部件為前提；從專業角度講，物聯網是嵌入式智能終端的網絡化形式，或者是智能化的形式。

二、嵌入式在物聯網環境下的應用

物聯網與嵌入式系統都是多學科相互融合的綜合性應用技術，而且物聯網技術的關鍵技術傳感器技術、RFID、人工智能技術主要是由嵌入式系統技術實現。

1）嵌入式系統實現傳感器技術

物聯網首先要對客觀的事物信息的采集，所以需要傳感器實現。嵌入式智能傳感器是物聯網技術的支柱，也正是嵌入式技術的發展和應用，它是一種帶嵌入式微處理器的傳感器，是將嵌入式微處理器、智能理論和傳感器相結合而成的產物，具有檢測、計算、判斷、網絡、通信和信息處理等功能。嵌入式智能傳感器最重要的是它具有數據通信功能，能與互聯網絡、2G＼3G 網絡進行通信，能與現有的網絡傳送數據實現全球監測，實現遠程控制。

2）嵌入式系統實現RFID技術

物聯網中采集完信息之后，需要對信息進行識別，嵌入式RFID主要實現的該技術，把RFID讀寫器嵌入在物體中，使得該物體具有RFID讀寫功能。嵌入式RFID還被廣泛應用于交通控制、工業監測、安全防偽等物聯網應用領域；嵌入式RFID在自動識別、物品物流管理得到了廣闊的應用前景。

3）嵌入式系統實現人工智能技術

信息使用RFID技術能夠識別、區分，然后就要對信息進行處理，人工智能技術實現了信息的處理。嵌入式智能技術能夠大大提高信息處理的速度，使得事物的處理具備根據外部環境的變化具有反應的能力。

三、嵌入式與物聯網的發展

嵌入式需要發展也離不開物聯網，所以說物聯網為嵌入式提供一個廣闊平臺，嵌入式擴展了物聯網的應用范圍，推動了發展進步。在應用領域方面它們幾乎是相同的，當前物聯網涉足的領域，嵌入式系統都已經在其中被使用了。綜上所述，物聯網與嵌入式系統關系非常緊密，物聯網的發展離不開嵌入式系統的支持，而物聯網又給嵌入式系統帶來了新的發展機遇和挑戰。目前嵌入式突出的問題是兩個方面：嵌入式數據庫應用和嵌入式網絡安全問題，也是物聯網的最為關注，構建嵌入式系統的安全性和數據庫已成為物聯網在使用中考慮的重要因素。

總結：

物聯網的發展引領一次新的信息革命，在未來的生活中將占有重要的地位，而在技術角度上嵌入式是物聯網核心，所以物聯網的發展與嵌入式系統息息相關，甚至主導著物聯網的未來發展，所以一定對嵌入式的研究要加大力度。

參考文獻

[1] 鄔明罡.物聯網技術體系初步成熟[N].人民郵電報，2010-07-29（007）.

[2] 劉曉慧.物聯網與嵌入式技術[J].電腦學習，2011，4（2）：27-28.

[3] 何克麗.物聯網時代下的嵌入式系統[J].信息技術學報，2010，12：12-26.

課題信息：黑龍江省教育廳科學技術研究項目

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【關鍵詞】嵌入式系統;物聯網;智能監測

嵌入式系統的設計工作中，設計者更多的將精力放在嵌入式系統體系結構上，使系統變得更靈活。筆者認為，通過利用抽象的ADL體系結構描述語言對嵌入式系統進行實驗和系統的設計，可以應用于更多的硬件之中。總的來說，對抽象級嵌入式系統設計方法的探討不僅是為了提高嵌入式系統的設計效率，也為物聯網監測系統的實際作用起到了較大的支持效果。

一、嵌入式系統概述

嵌入式系統問世已經有一段時間了，其協議也逐漸變得更加穩定和通用。就目前來看，市場上基于嵌入式系統的產品在逐漸增多，再加上隨著幾個大型企業的推進和改革讓很多芯片和模塊的發展逐漸走向穩定的道路。所以嵌入式系統的開發環境主要是依托于執行特定任務的系統芯片之中。由于嵌入式系統在開發中具有相當的難度，所以ADL體系結構和設計語言多應用于抽象級嵌入式系統的開發。

基于ADL體系結構設計的語言和設計方法。ADL體系結構應用在很多軟件系統的開發之中，從目前的情況來看，我國對硬件體系結構的研究主要停留在非形式化的基礎之上。很大程度上依賴于硬件設計的傳統經驗。在目前的硬件開發中，很難描述不同組成部件之間的組合關系，導致開發人員對硬件的實際結構難以理解或難以形式化分析。而從經濟角度出發，基于結構的硬件研發手段又是目前主要的應用手段，所以在實現實際結構之前應該進行虛擬化的模擬，這也就是抽象級嵌入式系統開發的核心理念。從這個角度來說，抽象級嵌入式系統的開發對物聯網的監測管理具有相當重要的作用。

二、物聯網的技術與安全性分析

物聯網就是物物相連的互聯網。所以，物聯網的核心仍是互聯網。物聯網作為新興的理念來說，主要是為了建立商品之間的信息交換網絡。目前來看，這項技術的工程很大，需要逐步研究實現。物聯網的建設過程也會逐步擴大，并對安全保護方面采取更先進的技術。下面筆者就從物聯網面臨的具體安全問題出發，對安全性進行具體的論述。

1.數據遭受攻擊的具體影響。

第一，數據偽造是數據攻擊的常見情況，攻擊者利用偽造的讀寫器記錄標簽，讓數據被中途攔截，然后攻擊者利用偽造的數據發送出去，達到數據攻擊的目的。

第二，重傳攻擊也是物聯網RFID技術常遇見的問題之一。攻擊者通過中途攔截而將有效信號在RFID系統中進行重傳而對系統進行另一種攻擊。

第三，對數據的追蹤，對數據的追蹤一般不同于前兩種攻擊，追蹤一般會對數據的發起地以及接受地進行判斷，更多的是進行對數據路徑的攻擊。

2.物聯網RFID技術的安全問題對比。

物聯網RFID技術本身對安全性的要求是很高的，但是RFID技術并沒有低廉的安全技術方案，RFID技術隨安全性能的升高而經濟投入越大，也就是物聯網發展緩慢的原因之一。如何降低RFID安全成本是物聯網RFID技術的主要發展方向。

同時，物聯網作為一個設備較多、網絡較復雜的綜合性網絡來說，其發展過程經歷著不同層面的技術革新。如果不能讓各項技術相互連通，則會造成整個商業模式無法正常運行，因此，推動建立安全性物聯網是現代電子商務發展的主要方向之一。

3.物聯網中的信息安全意識。

物聯網中的物與物和物與人之間的互聯，需要大量的信息交換和信息傳輸。信息的交換與信息傳輸又離不開信息的存儲。所以綜合來看，比起傳統網絡，物聯網對信息安全的要求更高，所以物聯網中的信息安全意識也就更突出，要將信息安全建設放在物聯網建設的首位，利用合適的管理平臺，和完善的商業模式構建出新技術下的物聯網。并利用新技術型的物聯網打開市場，推動電子商務行業的發展。

三、基于嵌入式系統物聯網監測系統的設計

由于物聯網是通過RFID、紅外線、全球定位等技術共同按約定協議將物品與互聯網連接的技術手段，所以對物聯網監測系統的設計也具有相當的難度。嵌入式系統在物聯網檢測系統中的應用主要是對檢測系統平臺結構的管理以及對系統方案的設定。下面筆者就根據這兩點對基于嵌入式系統的物聯網監測系統進行深入的研究和論述。

1.智能監測系統的系統結構。

本文主要研究的內容是嵌入式監測系統，所以需要基于嵌入式監測系統的管理模式進行外設模塊的建立。

首先，對USB攝像頭模塊的應用，根據圖像采集的需要對USB攝像頭的芯片以及圖片處理器進行選擇，嵌入式系統可以自動識別USB攝像頭設備并予以應用。

其次，GPRS無線傳輸模塊。無線傳輸功能的實現對嵌入式監測系統的改善較大，一般選用西門子和摩托羅拉GPRS產品的情況較多。再次，RFID模塊，這個系統主要確定物品的具體身份，是物聯網建設的核心內容。

最后，LCD顯示屏。對顯示屏的使用是控制物品各項參數的必要方法。通過對監測系統平臺結構加以設計和完善能為嵌入式監測系統的正常使用提供保障。

2.對系統具體方案的設定。

抽象級嵌入式系統由于其技術特點決定，是最適合工業以及工程遠程操控。這是因為工業生產設備的遠程操控比較簡單，傳輸數據較少，而且對系統的通信技術性價比的要求較高。所以嵌入式系統正是工業設備遠程操控的最佳選擇。所以在實際過程中，嵌入式系統的監測主要包括：RFID對物品的身份監測、數據庫的信號變化、記錄時間，重量地點等內容、判斷是否正常、控制報警系統、對冗余數據進行清零或存儲。

在嵌入式監測系統設計完成后，如果需要對代碼層進行修改，則只需要修改頂層的有關參數即可。利用XML代碼的靈活，保證了模板文件對應的設計比較正確，也能保證整個設計的正確性和可靠性。

四、結語

總的來說，對嵌入式系統的應用主要是為了避免傳統系統的設計方法中存在大規模系統設計適應度不足的問題。也就是說，嵌入式系統能夠更方便快捷的管理和監測物聯網系統。所以在本文中，筆者通過研究認為，利用嵌入式系統對物聯網監測系統進行建立和管理可以在一定程度上減少物聯網RFID技術的安全成本，也能增強云計算數據傳輸時的安全性。

參考文獻

[1]劉秀菊.基于嵌入式系統物聯網的智能監測系統設計[J].計算機測量與控制，2012，20（9）：2375-2377，2388.

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1.物聯網背景下的嵌入式系統教學課程

1.1物聯網的概念

物聯網的概念始于20世紀90年代末期。當時的物聯網，主要是針對物與物、人與人之間的互聯互通，提供技術支持。這個新型的概念和技術出現后得到了理論和工業界的充分關注。

1.2嵌入式系統的理論教學內容

嵌入式理論教學內容主要包括ARMffC：入式微處理器、嵌入式操作系統、應用和前沿發展等內容。以嵌入式開發技術掌握為教學目的。具體的授課內容包括；系統概述、微處理器的原理；實用操作、移植交叉開發、物聯網在嵌入式系統教學中的應用等。物聯網應用背景下的嵌入式課程體系框架如圖1所示。

2.物聯網基礎上的嵌入式系統實驗概述

2.1理論結合實踐

物聯網基礎上的嵌入式系統實驗設計采用的是層次化的實驗環節，包含基礎知識、動手能力、創造性思維等等。例如，嵌入式實驗開發平臺上，主流的串行接口和以太網接口，GPS全球定位系統模塊，總線接口等等。這些接口和物聯網的應用背景是通過層次化的實驗設計展開的。內部包含了實驗的要求和實踐階段的不同設置，整體層次的設計從淺顯到深入，實驗層次不同，對應的組織形式也不同。例如基礎性實驗的目的用于熟悉物聯網，實驗層次的循序漸進，為了實踐的開發和設計打下了基礎。而綜合性的實驗和實踐是為了提高物聯網的應用能力。

2.2實踐與合作相結合

在物聯網中間層的嵌入式網關設計中，根據模塊接口的采集，終端的經緯度信息得到無線數據手法模塊中的傳感器的溫度和日照等的環境信息，通過ARM處理器打包成UDP數據包，將之通過以太網網絡接口傳送到基站的服務器中。

整個流程為，從以太網網絡進行接入，將數據傳送到嵌入式處理器，通過GPs模塊接口進行無線數據的收發，再傳送到嵌入式處理器中，最后到達外部存儲器。

在物聯網的技術支持下，學校組織學生成立了第二課堂，組成了以物聯網為主題的學習小組，對項目進行模擬實踐和開發。例如GPS數據采集和處理的課題小組，要對操作系統、網絡協議棧的移植、多任務的GPS模塊的接口數據進行打包，UDP數據包發送到網絡等眾多內容進行實踐。在團結合作中，興趣小組的同學各自有分工合作，最終實現了將終端傳感器傳送了了基站的網絡服務器的實驗目標。

3.嵌入式系統教學的現狀

堅持對嵌入式系統的教學的創新進行探索，包括課程設置、基礎知識的傳授、教學軟硬件平臺的搭設、實踐教學的組織等等。目前在教學中存在以下特點。

在嵌入式系統的教學中，課程定位的方向以及應用不同。有的院校側重于底層和系統文件的構建，有的院校側重于應用以及軟件的開發。

在嵌入式系統教學的課程中，由于院校課程定位的不同，因此在課程設置上也有所不同，有的偏重于硬件的設計，有的以電路設計為主，有的偏重語言程序的設計。

在嵌入式教學的學時分配上，有的院校側重于課程的要求，有的院校側重專業的核心課程，有的院校側重專業的通識課程設置，有的院校將其作為輔修課程，因此在學時的安排上各有不同。

在教學內容上。嵌入式系統課程中理論和概念較多，因此學生容易感到枯燥，對于知識體系的架構來說，積極性不高會導致學習效果不佳，同時嵌入式教學平臺目前的種類偏多，但是配套的操作系統卻沒有跟上。

嵌入式教學體系具有若干缺點，首先，在傳統的教學模式中，教師的主導性地位過強，教師只會將教材中的章節進行講解。但是基礎理論往往于實踐脫鉤，使得理實一體化難以實現。有限的課程中，教學內容多用于理論學習，能夠強化學生實踐能力的實踐課程較少。

嵌入式系統教學中以網路協議棧、文件系統、數據庫管理系統、媒體壓縮和解壓縮系統等等的數據實驗平臺眾多，但是真正能夠以為學生提高學習成效，加強軟件基礎為目標的課程設置不多。

4.基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學架構

當前，高等院校的教育體系中，對教學項目進行構建，對教學課程進行設置，往往是圍繞著工程能力的培養展開的。物聯網技術的發展背景下，嵌入式系統的課程教學體系必須也有相應的調整，才能應對當今時代和社會發展的需要。

企業的生產過程以及實際的應用價值，是教學內容在選擇上參照的依據。高等院校培育的學生，必須要獲取實踐機會，提升決策和實施的能力，并且能夠制定物聯網系統規劃，培養對物聯網項目的u估能力。

嵌入式系統教學的知識點一般較為碎片化，通過學校與企業合作的形式，將這些碎片加以重組。例如，在物聯網企業的要求下，教學項目設立了一個以某企業的產品為主項目的子項目，在子項目中將任務具體化，分解到每個學生身上，學生參與到項目中，成為教學的主體，在真實的企業生產情景下，感受到物聯網學習的氛圍以及學習內容。

項目啟動后，課程被分解為小組學習的模式，學生擔任項目中的角色，大約4～5個學生分為一個項目團隊。項目中，學生成為企業員工，擔任開發程序中的角色。在實習中，學生的角色可以進行輪轉和互換，以便于課程結束后，學生能夠對項目的全部流程有深刻認識。

在項目進行過程中，學生的實際能力表現都是項目考核和評價的內容。每個學生在團隊中的表現以及工作成果都被記錄下來作為將來接受課程評價的依據，學生的能力也通過項目的開展不斷提高，為將來進入社會成為工作崗位的中堅力量打下了牢固的基礎。

在具體的項目教學中，學生以開發成員的身份進入項目小組中，根據實際項目設計目標研究項目任務書，進行項目的需求分析、項目的設計、項目的實現和系統測試。

以具體的項目內容為例，實踐項目要求通過嵌入式uNux系統，進行各個計算機流程的操作，包括系統裁剪、電機控制、驅動文件加載、交叉下移，平臺嵌入式編譯等等。在模塊化教學的情景下，學生可以學習如何設計系統結構和接口，在理實一體化的模式下將項目軟硬件系統通過設計和編碼進行實現。

在項目完成之后，教師、企業、學校組成專門的評價小組，對照工作任務要求，逐項檢查項目完成情況。對不足的部分要求學生進行分析和修改，并要求項目小組內的同學和不同小組的同學開展互相評價、總結，以綜合的考評成績作為對學生的考核結論。

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關鍵詞：嵌入式；構建主義；拋錨式教學方法；物聯網應用；雙主動

1 建構主義教學理論

近年來，嵌入式技術和嵌入式產品已經滲透到各個領域，如信息家電、通信設備、工業控制等，社會需要大量掌握嵌入式技術的人才，因此，越來越多的高校開設了嵌入式相關課程。嵌入式系統是一種軟硬件結合的技術，與產品和市場有緊密的聯系，具有很強的實踐性和應用性。在教學中，教師普遍認為該課程難教，學生學習起來也很吃力，難以深入掌握相關知識，教學效果不理想，因此，筆者主張以建構主義理論為基礎，探索新的教學模式。

建構主義觀點是由瑞士心理學家讓·皮亞杰于1966年提出的，他創立的學派被稱為“皮亞杰派”，是認知發展領域中最有影響的學派。建構主義學習理論包括以下3個基本觀點。

1.1 學習是一種過程

學習者在學習新知識時，不是通過傳授獲得知識，而是通過他對知識的經驗解釋，將知識轉變成了自己的東西，即知識和技能的獲得，是學習者與外部環境交互作用的結果，而不是教師單向灌輸的結果。

1.2 學習是協商活動的過程

學習不是單向的接受過程，教師不但肩負著“傳”的使命，更肩負著調動學習者積極性的使命。教師要分析學習者的知識結構，找到合適的切入點，才能確保新知識單元被建構到原有知識結構中，形成一個新的結構。然而，不同的學習者知識結構不一樣，對知識的理解不一樣，從而導致學習者的學習效果不一樣。因此只有通過“協商”和磨合，才可能達成共識。

1.3 學習是一種真實情境的體驗

學習的目的是讓學習者真正使用所學的知識來解決問題。“懂了”只是第一步，“會用”才是更關鍵的，會用才證明真正學會了。只有在真實情境中，才能使學習變得更有效，因為學習者可以在真實情境中解決實際問題。

分析以上3個基本觀點可知，建構主義教學理論應該以學生為中心，在整個教學過程中教師是組織者、指導者、幫助者和促進者，利用情境、協商等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和首創精神，最終達到使學生有效實現對當前所學知識的理解和應用。可見，在建構主義教學理論下，教師和學生的角色、作用與傳統教學相比已經發生了很大的變化，而這種變化必將給嵌入式課程的教學注入新鮮力量，為改善教學效果開辟了新的途徑。

2 物聯網與嵌入式技術

物聯網的概念于1999年提出。根據2005年國際電信聯盟（ITU）的定義，物聯網主要解決物到物（Thing to Thing，T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）、人到人（HumantoHuman，H2H）之間的互聯。物聯網這一高度交叉的新興前沿領域在國際上備受關注，美國IBM公司基于物聯網提出“智慧的地球”概念；中國科學院早在物聯網概念誕生之初就啟動了傳感網研究；2009年，無錫物聯網產業研究院成立，考察時提出“感知中國”的概念。

在物聯網應用中有3項關鍵技術，即傳感器技術、RFID（射頻識別）技術、嵌入式技術。把物聯網用人體做一個簡單比喻，傳感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網絡就是神經系統用來傳遞信息，嵌入式技術則是人的大腦，在接收到信息后要進行分類處理；物聯網的發展為嵌入式技術的發展提供了新的應用領域。因此，嵌入式課程的教學內容安排要面向物聯網的應用。

3 雙主動教學模式

3.1 理論教學環節設計

在建構主義的教學理論下，目前已開發的比較成熟的教學方法主要有：支架式教學法、拋錨式教學法和隨機進入教學法。筆者主張采用拋錨式教學方法進行課程理論環節的教學。拋錨式教學也稱“實例式教學”或“基于問題的教學”，它要求在教學過程中，依據教學內容、對象和方式，確定錨點，即選取有感染力的真實問題，通過拋錨引導出講授的知識，設計出問題來指導教學。所謂的“拋錨”就是教師通過選取有感染力的真實問題創設教學情境，以確定教學內容用，“拋錨”是否成功，取決于教學情境的創設能否激起學生的積極性。由此可以看出，“拋錨式”教學方法的關鍵環節是教學情境的創設。下面筆者針對物聯網應用，分析嵌入式課程的理論教學內容，然后給出創設的教學情境。

3.1.1 教學內容安排

嵌入式理論教學目的是掌握嵌入式系統開發技術，為物聯網的應用奠定基礎，而嵌入式軟件是物聯網的重要的核心技術之一，它的發展促進物聯網的工程應用，因此，為了更好地應用物聯網，嵌入式課程安排6個知識單元的教學，具體內容包括以下幾個方面。

第1知識單元：嵌入式系統緒論。掌握嵌入式系統定義、特點，了解嵌入式系統的發展趨勢、特點，理解嵌入式系統的設計過程。

第2知識單元：ARM體系結構。掌握ARM9結構，了解ARM9的指令集、工作模式，理解ARM9儲器格式、存儲器映射I/O結構、ARM異常，掌握ARM9的尋址和加載/存儲指令、算術和邏輯指令、比較指令、分支指令、軟件中斷指令。

第3知識單元：嵌入式系統的接口設計。掌握接口的控制方式、存儲器接口設計、引腳連接模塊應用、GPIO接口設計，了解中斷的分類、中斷源，掌握中斷設計、定時/計數器接口設計、串行口設計、人機接口設計。

第4知識單元：嵌入式系統的軟件平臺構建。了解嵌入式系統軟件平臺的發展、典型嵌入式操作系統，理解嵌入式系統軟件開發的特點，掌握UC/OS—II移植規劃、移植文件構成、移植代碼與系統應用程序設計、任務設計、常用的系統函數、任務問通信程序設計方法、內存管理的程序設計方法。

第5知識單元：嵌入式網絡技術。了解分布式嵌入式系統網絡結構、通信方式，掌握異步串行通信網絡、12C總線網絡、CAN總線網絡、USB網絡，理解嵌入式TCP/IP協議的特點，掌握嵌入式TCP/IP協議的實現方法。

第6知識單元：嵌入式系統設計實例。通過實例掌握嵌入式系統設計的過程和方法。

其中第2、4、5知識單元是嵌入式軟件的核心內容，不少于20學時。

3.1.2 教學情境創設

針對每節課的教學內容創設一個學習情境，設計一個總體任務，并向學生展示出整體情境，提出總體任務，然后引導學生對總任務進行分析，嘗試將總任務分解成有序的各級子任務，并討論出各級子任務所需要的知識和技能，最后學習這些知識，鍛煉這些技能，以解決問題。下面以UC/OS—II移植為例來說明進行教學情境創設的過程，具體步驟如下：

第1步，運行一個簡單的多任務程序，展示移植UC/OS—II后程序的設計方法。通過感性認識，引出要講授的知識，并強調學習該部分知識的重要性。

第2步，在ADS集成開發環境下設計一個工程，給學生展示移植UC/OS—II后多任務程序設計的運行情況，分析應用UC/OS—II系統函數進行多任務程序設計的方便性，激發學生的學習興趣，提出總體任務：移植需要完成的工作。

第3步，分析總體任務，完成移植工作需要在OS cpu.h、OS cup C.C和OS cup a.s中設計移植代碼。在工程的h文件夾下打開OS_cpu.h，在工程的arm文件夾下分別打開OS_cup_c.c和OS cup a.s分析移植代碼的設計思路，依據設計思路，指導學生進行關鍵程序段的編寫。

第4步，總結移植步驟和方法。

內容講授完畢后，讓學生總結UC/OS—II移植的步驟和方法，加深學生對該部分知識的理解。

從上面的設計步驟可以看出，情境創設是從真實情境展示出發，由真實情境引出要講授的知識，即先給出問題再說明問題的解決方法。相對傳統的灌輸教學方法，可以讓學生對所學知識的重要性有更好的理解，從而激發學生的學習興趣，提高學生的學習主動性。

3.2 實驗教學環節設計

實驗課程的教學以建構主義理論為指導，從學生的知識基礎和興趣出發，進行分層次教學，即將實驗內容分成驗證性、設計性、創新性3個層次，課前教師布置預習內容，提供與實驗內容相關的大量資料，給予學生充分的時間進行查閱和理解資料，課上教師僅指導學生探索問題、解決問題，充分發揮學生的主動性，讓學生自己學習、自己操作，驗證性、設計性實驗在課上完成，并由教師對完成情況進行檢驗，現場給出成績；此外，對實驗感興趣的學生可以利用課余時間完成創新性實驗，這需要定期開放實驗室，允許學生動態使用實驗室的所有資源，在教師的指導下充分發揮學生的積極性和創造性，運用已有的知識基礎，自己思考并動手解決實際問題。通過實驗教學環節，使學生對所做實驗的性質、規律以及知識之間的內在聯系有較深刻的理解，形成對知識的意義建構。表1給出了實驗項目及類型。

創新性實驗內容綜合性強，涉及的知識較多，學生2～3人一組，每一組內的學生相互協作共同完成實驗內容。此外，實驗項目可以動態變化，學生可以從表1中選取題目，也可以由教師設計題目，這取決于完成創新性實驗的學生的興趣狀況和知識基礎。