饶珺

[摘           要]  为培养学生学科交叉创新与科技融合的能力，上海大学工程训练国家级实验教学示范中心不断提升实验教学水平，并组织学科竞赛，倡导学生通过自主设计和制作完成项目作品。Arduino控制板因其操作简单、功能丰富等优点，被广泛应用于高校课题项目开发。在项目开发实施过程中，为更清晰直观地观察数据变化，可通过Arduino自带串口绘图器直接显示。提出在Arduino实验教学中引入数据可视化的实验设计，由此强化学生对Arduino控制板的运用，提升学生的项目开发能力。

[关    键   词]  工程训练;实验教学;Arduino;串口通信;示波器

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2018）35-0201-01

一、Arduino项目引入工程训练中心的意义

上海大学工程训练国家级实验教学示范中心（后文简称“工程训练中心”）是“学研产”一体化的综合性人才培养基地，它不再是传统意义上的金工、电工基础技能培训中心，而是以“传统+现代”“基本+先进”、综合性为重心的工程能力培养中心。为贯彻“拆除四堵墙”的教学理念[1]，工程训练中心增加了多项学科竞赛及实验课程。基于工程训练中心丰富的资源优势，越来越多课程设计在此完成。课题项目的开发工具种类较多，Arduino因其价格低廉、操作简单等特点，被广泛应用于高校课题项目中。且Arduino坚持开源理念，有利于学生对源代码进行二次开發。在实验教学中，增加Arduino学习十分有必要。

课题的开发工具种类较多，如Eddison、Raspberry、Arduino等，其中Arduino有价格低廉、操作简单、拓展性强等优点，高校中许多课题项目选择采用Arduino控制板。Arduino平台坚持开源理念，有利于学生对源代码进行二次开发。在工程训练中心实验教学中，增加Arduino学习十分有必要。

二、Arduino串口绘图器及实验设计

Arduino与计算机通信最常用的方式是串口通信，使用USB线将Arduino与计算机连接，即可建立串口通信、互传数据。在项目开发过程中，常通过串口监视器对数据流进行显示、分析、测试。串口监控器是一个非常实用的工具，当数据量较庞大，图形化的界面能显示数据变化趋势并有效提高调试效率。Arduino IDE自带的串口绘图器功能可直观地对数据进行线性显示。

以绘图器显示正弦波、余弦波为例，代码如下：

double i = 0;

void setup（） {

Serial.begin（9600）;

}

void loop（） {

double temp = i*3.1415926/10.0;

Serial.print（sin（temp））;

Serial.print（'，'）;

Serial.println（cos（temp））;

i+=0.1;

delay（5）;

}

参照以上代码，要实现串口与计算机通信，首先需使用Serial.begin（）函数对Arduino的串口通信功能进行初始化，即设定串口通信速率，串口通信的双方须使用相同的波特率才能正常进行通信。常用的波特率为9600 bit/s，表示每秒传送的二进制数据为9600位（bit）。

串口初始化完成后，通过串口输出函数[2]向计算机发送数据，使用Arduino自带的串口绘图器即可实现数据可视化。如果要实现多组数据的显示，则需使用‘，隔开，并在最后一组数据使用Serial.println（）函数换行。

基于Arduino的项目开发过程中，如需研究外部输入电现象的变化过程时，可通过增加外部电路和显示模块制成数字示波器[3]，通过模数转换器（Analog-to-Digital Converter）把被测电压转换为数字信息。由于仪器资源有限、不便携带，在课题项目中成品示波器难以普及使用，因此可在实验教学中提出结合Arduino内部自带的模数转换器，连接显示屏，制作数字示波器的设计要求。模拟信号输入后先将连续信号数字化，即离散化采样，采样获得的数据以数组形式存入单片机存储器内，Arduino通过SPI总线与显示屏通信，将处理后的数据输出给液晶屏完成一帧波形的显示，再重复以上过程。

三、结束语

基于Arduino的课题项目不仅能提高学生的创新思维，也有利于交叉学科的学习。在实验教学中增加可视化数据的学习，能将数据以曲线形式直观显示，大大提高项目调试效率。此外，还提出在实验教学中增加制作简易示波器的进阶实验，加深学生对Arduino的应用。

参考文献：

[1]李旭.教育要“拆四堵墙”[J].教育与职业，2010（28）：105.

[2]吴汉清.玩转Arduino电子制作[M].北京：机械工业出版社，2016：77-78.

[3]张群群.基于Android的数字示波器操作界面及手势设计[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2013：3-6.