“探智-EC”
配套的实验课程：《嵌入式单片机》、《电机与控制》、《机电一体化系统综合实践》。
“探智-EC”是一款支撑嵌入式单片机、电机控制与驱动、机电一体化等技术相关的专业核心课程实验平台。真正的模块化设计，各功能模块可独立运行，支持单一模块教学，也可根据实验需求灵活组合，进行综合实践教学。集成多种电机，如有刷电机、无刷电机、步进电机、舵机等，便于开展机器人感知与控制实验。嵌入式主板具有丰富的通信接口，如UART、GPIO、IIC、SPI等，便于与外部设备通信和数据交换，扩展性强。可基于Matlab/Simulink搭建各类电机驱动与控制模型，通过Matlab/Simulink对机械臂运动模型进行运动学仿真，正逆运算分析，并通过 Embedded Coder将 Simulink 模型转换为 C 或 C++ 代码，直接在实验平台进行验证。
配套的实验课程大纲如下
|
嵌入式单片机（20课时） |
|||
|
课次 |
课程名称 |
内容 |
课时 |
|---|---|---|---|
|
1 |
嵌入式ARM系统 |
讲解MCU、ARM处理器的概念，熟悉实验平台的嵌入式系统架构，讲解嵌入式系统在机器人中的核心应用框架，使用Keil建立嵌入式开发工程模板。 |
2 |
|
2 |
点亮LED实验 |
基于嵌入式实验平台的单片机芯片，学习如何操作GPIO，使用寄存器、库函数点亮LED。 |
2 |
|
3 |
定时器中断实验 |
学习嵌入式单片机定时器原理，学习如何实现定时器中断。基于定时器终端按照不同频率实现LED灯循环闪烁。 |
2 |
|
4 |
串口通信实验 |
了解串口通信的原理，串口硬件通信连接与接口定义，学习如何基于嵌入式单片机进行串口通信，串口收发数据，基于串口调试并控制总线式数字舵机，控制舵机转动。通过串口获取总线式传感器数据。 |
2 |
|
5 |
ADC模数转换实验 |
了解模数转换数据采集的原理，基于嵌入式实验平台的单片机芯片，学习如何配置引脚的GPIO为模拟输入，获取模拟量传感器的数据信息。 |
2 |
|
6 |
按键响应 |
学习嵌入式单片机如何监控按键输入，基于初级状态机实现消除抖动，实现单片机监控按键长按、双击等高级按键功能。 |
2 |
|
7 |
状态机综合实验 |
基于LED、按键、定时器写一个综合的状态机实验、让LED按向左或向右的方向“跑”，实现按键控制跑马灯的速度和方向，强化对于状态机的理解。 |
2 |
|
8 |
SPI通信实验 |
学习SPI原理，SPI硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过SPI通信的方式控制TFT屏幕显示不同的内容。 |
2 |
|
9 |
IIC通信实验 |
学习IIC原理，IIC硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过IIC通信的方式获取温度传感器信息。 |
2 |
|
10 |
CAN通信实验 |
学习CAN总线通信原理，CAN硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过CAN总线驱动步进电机。 |
2 |
|
电机与控制（20课时） |
|||
|
课次 |
课程名称 |
内容 |
课时 |
|---|---|---|---|
|
1 |
嵌入式ARM系统 |
讲解MCU、ARM处理器的概念，熟悉实验平台的嵌入式系统架构，讲解嵌入式系统在机器人中的核心应用框架，使用Keil建立嵌入式开发工程模板。 |
2 |
|
2 |
定时器中断实验 |
学习嵌入式单片机定时器原理，学习如何实现定时器中断。 |
2 |
|
3 |
串口通信实验 |
了解串口通信的原理，串口硬件通信连接与接口定义，学习如何基于嵌入式单片机进行串口通信，串口收发数据，基于串口调试并控制总线式数字舵机，控制舵机转动。通过串口获取总线式传感器数据。 |
2 |
|
4 |
步进电机驱动控制 |
将步进电机作为实验对象，通过改变步进电机控制脉冲频率和数量来控制电机的运行状态。 |
2 |
|
5 |
CAN通信实验 |
学习CAN总线通信原理，CAN硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过CAN总线控制步进电机。 |
2 |
|
6 |
无刷直流电机 |
学习485总线通信原理，485硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过485总线控制无刷直流电机。 |
2 |
|
7 |
有刷直流电机 |
学习有刷直流电机运行原理与应用场景，基于嵌入式单片机芯片驱动电机。 |
2 |
|
8 |
有刷直流电机测速法 |
通过读取电机编码器数据，学习M测速法、T测速法、M/T测速法的使用，对比测速波形，分析不同测速法的应用场景。 |
2 |
|
9 |
电机减速器与扭矩测量与选型实验 |
对比不同减速器下的电机扭矩，测量不同减速箱下扭矩测量，了解不同载重的机器人如何选择其驱动电机。 |
2 |
|
10 |
机械臂控制综合实验 |
控制三轴机械臂的三个步进电机运动，并实现抓取与放置。 |
2 |
|
机电一体化系统综合实践（20课时） |
|||
|
课次 |
课程名称 |
内容 |
课时 |
|---|---|---|---|
|
1 |
嵌入式ARM系统 |
讲解MCU、ARM处理器的概念，熟悉实验平台的嵌入式系统架构，讲解嵌入式系统在机器人中的核心应用框架，使用Keil建立嵌入式开发工程模板。 |
2 |
|
2 |
定时器中断实验 |
学习嵌入式单片机定时器原理，学习如何实现定时器中断。 |
2 |
|
3 |
串口通信实验 |
了解串口通信的原理，串口硬件通信连接与接口定义，学习如何基于嵌入式单片机进行串口通信，串口收发数据，通过串口获取总线式传感器数据。 |
2 |
|
4 |
按键响应 |
学习嵌入式单片机如何监控按键输入，基于初级状态机实现消除抖动，实现单片机监控按键长按、双击等高级按键功能。 |
2 |
|
5 |
步进电机驱动控制 |
将步进电机作为实验对象，通过改变步进电机控制脉冲频率和数量来控制电机的运行状态。 |
2 |
|
6 |
CAN通信实验 |
学习CAN总线通信原理，CAN硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过CAN总线控制步进电机。 |
2 |
|
7 |
机械臂控制综合实验 |
控制三轴机械臂的三个步进电机运动，并实现气泵控制的抓取与放置。 |
2 |
|
8 |
屏幕显示实验 |
学习SPI原理，SPI硬件通信连接与接口定义，实现嵌入式单片机通过SPI通信的方式控制TFT屏幕显示不同的内容。 |
2 |
|
9 |
机械臂正逆运算实验 |
根据三轴机械臂机械结构，依据机械臂末端位置信息，反算出三个步进电机位置，并控制步进电机移动到指定位置，计算移动误差。 |
2 |
|
10 |
机械臂抓取控制综合实践 |
基于步进电机机械臂前方的距离传感器数据，获取前方待抓取物体的信息，通过逆运动学解算出各机械臂关节角度，推算出步进电机转动步数，完成抓取。通过按键切换机械臂运行状态，显示屏显示机械臂运行信息。 |
2 |