| 自动化
《工程实践与科技创新IV-D》课程教学大纲
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课程名称及编号: 工程实践与科技创新IV-D（秋），EI229 |
学分 / 学时：2 / 33 |
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主讲教师（姓名、职称）: 杨明（教授）；王冰（高级工程师） |
授课语言:中文 |
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必修/选修：必修 |
开课时间：秋季学期 |
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适用专业：自动化 |
开课单位：自动化系 |
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授课方式：课堂学习、实验 |
考核方式：实验报告，课堂讨论60% + 课程报告30%+ 小组评价10% |
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先修课程： 数字电路、模拟电路、自动控制原理、运动控制 |
后修课程： 课程设计、毕业设计 |
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课程简介： 本课程以智能车作为典型的自动控制系统对象，在学习人机交互、串行通讯、传感器信号采集与处理、电机驱动与控制、控制算法设计基本原理的基础上，配合课程配套的Cyber-Dorm实验装置，引导学生理论联系工程实际。围绕智能车自动导向控制这一工程问题，综合训练学生的实际动手能力以及自主学习的习惯，提高学生的创新实践能力；以小组学习的方式，锻炼学生的团队协作与沟通能力。 |
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课程培养目标 ： 本课程是为了让电类学生对典型自动控制系统从局部到整体进行深入了解，分步骤系统地培养学生的分析、设计与调试能力；通过小组学习的管理方式，锻炼学生的团队协作与沟通能力；课程配套“口袋实验室”，便于学生自主学习，以提高学生的理论联系实际以及创新实践的能力。本课程对学生达到如下毕业要求有贡献： 3.5．接受工程实验的基本训练 3.6．了解控制科学技术发展的前沿和趋势，并能跟踪其前沿发展 5.4．能够完成设计的全过程，并满足多种制约条件。 5.5．能够分析并阐明自己的设计的合理性 ，评价解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任 7.1．掌握网络搜索工具的使用方法，能够针对复杂工程问题，开发恰当的技术的能力 |
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教学要求： 完成本课程后，学生将具备以下能力： 1. 在自动控制技术学科掌握基本的知识、技术和能力； 2. 运用现代信息技术获取相关信息以及自主学习的基本能力； 3. 在团队中有效协作和沟通的能力； 4. 通过实验报告、课程报告及PPT报告进行表达沟通的能力。 |
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撰写者: 王冰 发布时间: 2011.8 |
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一、课程性质和教学目标
课程性质： “工程实践与科技创新”系列实践课程属于一类新型的实验课程，独立于理论课程体系，并不直接从属、服务于单一的某门理论课程，却又与众多理论课程关系紧密。本课程是面向大电类自动化相关专业的一门选修课，着重于训练学生的创新实践能力。
教学目标：本课程围绕智能车自动导向控制这一工程应用问题，综合训练学生的实际动手能力以及自主学习的习惯，提高学生的创新实践能力。在学习人机交互、串行通讯、传感器信号采集与处理、电机驱动与控制、控制算法设计基本原理的基础上，让学生对典型自动控制系统从局部到整体进行深入了解，分步骤系统地培养学生的分析、设计与调试能力；配合课程配套的Cyber-Dorm“口袋实验室”，便于学生自主学习，以提高学生的理论联系实际以及创新实践的能力；通过小组学习的管理方式，锻炼学生的团队协作与沟通能力。
二、课程教学内容及学时分配
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教学内容 |
学时 |
课堂教学 |
作业及要求 |
自学及要求 |
实验及要求 |
讨论 |
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智能车技术发展背景介绍 智能车竞赛背景介绍 |
3 |
3 |
文献查阅 |
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确定分组； 课程QQ群 |
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智能车嵌入式控制系统设计基础（电源管理；电机驱动与调速；相关传感器基本特性） |
3 |
3 |
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智能车控制系统方案介绍 （传感器方案；控制方案；调试方法；历届智能车竞赛中典型技术方案和创新亮点分析） |
3 |
3 |
文献查阅 |
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课程相关软件平台介绍及操作演示（机械设计UG/SolidWorks；单片机软件设计CodeWarrior + Processor Expert；电路设计软件Eagle） |
3 |
2 |
E1：使用设计软件设计机械部件或电路模块 |
自学软件操作 |
分组实验并写实验报告 |
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课程实验平台Cyber-Dorm介绍 （电路接口功能简介；实验内容规划说明；BDM工具使用方法；最小系统板“开关点灯”实验演示） |
3 |
3 |
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课外自主学习操作 |
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分发实验套件 安全使用须知 |
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人机交互实验（HMI） （GPIO基本概念及PE下的配置方法；GPIO接口电路及信号采集；数码管、LED光柱、蜂鸣器的控制） |
3 |
2 |
E2：HMI实验作业 |
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分组实验并写实验报告 |
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光电模块实验（OPT） （智能车光电导航基本原理；光电导航的基本传感器方案；实验板上光电收发对管的工作原理；光电对管信号采集与偏差检测算法实现） |
3 |
2 |
E3：光电模块实验作业 |
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分组实验并写实验报告 |
红外、激光方案的优缺点对比 |
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电机驱动实验（DRV） （MC33886桥式驱动电路工作原理分析；PWM控制方案；PE下配置PWM信号的方法；电机驱动演示） |
3 |
2 |
E4：电机驱动实验作业 |
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分组实验并写实验报告 |
全桥电路电机制动工作方式分析 |
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电磁模块实验（EM） （电磁导引基本工作原理分析；电磁检测方案分析；电磁信号采集与处理；电磁导引线检测） |
3 |
2 |
E5：电磁模块实验作业 |
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分组实验并写实验报告 |
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摄像头模块实验（CAM） （智能车摄像头方案介绍；CMOS/ CCD摄像头对比分析；视频信号基本知识；视频信号采集与处理；导引线视频信号检测） |
3 |
2 |
E6：摄像头模块实验 |
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分组实验并写实验报告 |
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智能车嵌入式控制系统交流讨论 |
3 |
3 |
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智能车控制系统设计案例分析与设计思路讨论；PPT交流 |
三、教学方法
课程教学以课堂学习、课外实验操作、综合讨论、网上QQ群等方式结合共同实施。
本课程围绕智能车自动导向控制系统设计这一复杂工程应用问题，在学习人机交互、串行通讯、传感器信号采集与处理、电机驱动与控制、控制算法设计基本原理的基础上，让学生对典型自动控制系统从局部到整体进行深入了解，分步骤系统地培养学生的分析、设计与调试能力；课程配套开发了Cyber-Dorm“口袋实验室”发放给各个学习小组，使得学生的动手实验不再局限于课堂或者实验室，便于学生自主学习，有效提高学生动手能力以及创新实践的能力；通过小组学习的管理方式，锻炼学生的团队协作与沟通能力。
四、考核及成绩评定方式
考核方式：平时成绩（实验报告＋课堂讨论） ＋ 课程报告 ＋ 小组评价
成绩评定方式：
平时成绩（实验报告＋课堂讨论） － 60%
课程报告 － 30%
小组评价 － 10%
五、教材及参考书目
教材：
[1]. 课程组自编. 智能车控制系统创新设计与实践(理论)讲义.
[2]. 课程组自编. 智能车控制系统创新设计与实践(实验)讲义.
参考书目：
[1]. 飞思卡尔半导体公司. S12DG128 Datasheet. (mc9s12xs128rm.pdf)
[2]. 飞思卡尔半导体公司. Processor Expert使用技巧. (PE_ent_f0139.pdf)
[3]. 飞思卡尔半导体公司. MC33886 Datasheet. (mc33886.pdf)
[4]. 国家半导体公司. LM1881 Datasheet. (lm1881.pdf)
[5]. 卓晴, 黄开胜, 邵贝贝. 学做智能车(第一版). 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007.
课程组教师名单：杨明、王冰
大纲执笔：王冰