基于树莓派驱动在电机传动实验教学中的应用

郭龙川 陈升

【摘  要】在电机拖动实验课教学过程中，以直流电机和交流电机的驱动为切入点，将控制系统的理论知识点转化为类PC机的树莓派控制驱动模式。此举可以让学生在具体学习过程中更加直观立体感受到宏观知识点的应用实例，从而加深对理论点的掌握，更好的实现融会贯通。

【关键词】 树莓派 电机系统 指令驱动

引言

《电机拖动实验》课程是机械设计制造、机械电子工程、工业自动化等专业学生学习机电一体化系统的基本原理、机电一体化系统的构成、常用传感器、常用执行元件以及相关检测控制电路设计的综合性的专业课程，是培养学生机电一体化的设计学习能力、设计能力和开发能力，开展后续的综合课程设计、毕业设计的专业课程之一。从机械与电子、控制等融合的角度传授机电一体化系统的组成、设计思想及方法、典型产品等理论知识。其中控制系统的软硬件设计是课程的核心部分，作者在教学实践中有针对性的进行树莓派的教学，该模式融合各个部分的理论知识点，本文选取具有代表性的动力系统作为知识点融合的蓝本，进行教学实践，教学效果良好，学生接受度较高，且对机电一体化知识点的融会贯通产生附加好效果。

1.树莓派介绍

Raspberry Pi（中文名为“树莓派”，简写为RPi，（或者RasPi / RPI）是为学习计算机编程教育而设计），只有信用卡大小的微型电脑，其系统基于Linux。随着Windows 10 IoT的发布，我们也将可以用上运行Windows的树莓派。树莓派由注册于英国的慈善组织“树莓派基金会”开发。2012年3月，英国剑桥大学埃本·阿普顿（Eben Epton）正式发售世界上最小的台式机，具有电脑的所有基本功能，这就是Raspberry Pi电脑板，中文译名"树莓派"。这一基金会以提升学校计算机科学及相关学科的教育，让计算机变得有趣为宗旨。在2006年树莓派早期概念是基于Atmel的 ATmega644单片机，首批上市的10000“台”树莓派的“板子”，由中国台湾和大陆厂家制造。

它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。

2.树莓派教学策略实例

本教学实验所使用的设备型号是Raspberry Pi 3 B+，如图1所示。

树莓派3B+是采用BCM2837B0型号CPU构建，是之前3B上用的博通处理器的更新版本，这个处理器包含完整的性能优化和散热器。这允许更好的时钟频率，并能更准确地监控芯片温度。而其搭载的双频无线网卡，与之前的型号相比，在2.4GHz的信号频带上数据传输的表现更好，在5GHz信号频带上的传输则更加稳定。为树莓派烧录操作系统。前往raspberrypi官网下载系统文件，使用Win32DiskImager软件将此系统烧录到随机携带的tf卡中，将此卡插入树莓派，连接电源启动。另外需要注意的是，新版树莓派默认不开启ssh远程连接，所以需要手动开启，在烧录好系统的tf卡根目录中创建了一个名为“ssh”的空文件。树莓派的联网。由于当时的实验环境所限，权衡之下选择以无屏幕方式启动树莓派，用网线将树莓派与笔记本电脑相连，让笔记本电脑接收到的无线网络连接共享给树莓派使用。

根据说明书提示，下载PuTTY树莓派无屏启动客户端，将之前查询到的IP地址填入规定框中。实验过程中在这一环节碰到了许多问题，好在最后都一一解决，成功启动树莓派的命令执行窗口界面，将默认的账号raspberry与密码pi输入，得到以下反馈。之后为树莓派下载和安装一系列插件，由于笔记本电脑不支持接收外置设备的显示输入信号，于是另外使用VNC Viewer软件远程连接树莓派，进入到树莓派系统的桌面。至此，完成计算机对树莓派的连接及驱动设计。

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基金项目：本文受国家自然科学基金（61807010）和浙江省自然科学基金（LQ18F030007）资助。

作者简介：郭龙川，博士，男，杭州人，现任教于杭州电子科技大学。