《大學生工程創(chuàng)新》從如何想和如何做兩個角度出發(fā),系統(tǒng)介紹了大學生工程創(chuàng)新訓練中所涉及的創(chuàng)新能力培養(yǎng)、創(chuàng)新思維訓練、硬件技能、軟件技能和實踐實訓五個環(huán)節(jié)。首先介紹工程創(chuàng)新基本概念、選題立項和產(chǎn)品設計;接著詳細介紹嵌入式微控制器、傳感器和執(zhí)行器、無線通信技術和移動終端開發(fā)等關鍵技術;后借用商業(yè)計劃書總結歸納,并詳細介紹三個典型項目(智能旅行箱、意念四驅(qū)車、3D養(yǎng)老小管家)的實現(xiàn)過程!洞髮W生工程創(chuàng)新》取材于新一屆大賽獲獎作品,提供較多應用案例。內(nèi)容豐富、層次清晰,包括大學生工程創(chuàng)新訓練整個過程。
《大學生工程創(chuàng)新》取材于新一屆大賽獲獎作品,提供較多應用案例。內(nèi)容豐富、層次清晰,包括大學生工程創(chuàng)新訓練整個過程?勺鳛楦叩仍盒O嚓P專業(yè)的創(chuàng)新類課程教材,也可作為學生科技競賽指導書。
社會需求導向及新的計算機技術的快速發(fā)展,為工程創(chuàng)新提出新的要求。沒有工程創(chuàng)新,無論是科學知識還是技術知識,都只能是潛在的生產(chǎn)力。但是從科技到工程的轉(zhuǎn)化,需要突破跨越諸多壁壘。作者在多年指導大學生進行創(chuàng)新設計時發(fā)現(xiàn):大多數(shù)競賽處于學生自發(fā)的、非正規(guī)的、不系統(tǒng)的訓練摸索中。不系統(tǒng),不高效。本書就是以系統(tǒng)方法論為主,科技技能訓練為輔,兩者并行,穿插技術方案討論與更新。包括創(chuàng)新思維訓練、科技技能訓練、實訓與實踐訓練。
工程是以構建、運行及集成創(chuàng)新為核心的人類活動。它既不是單純的科學應用,也不是相關技術簡單的拼接。工程創(chuàng)新用來特指那些發(fā)生在工程中的創(chuàng)新活動。在一項工程中,工程創(chuàng)新貫穿其全過程。如果說研發(fā)是創(chuàng)新活動的前哨戰(zhàn)場,那么工程創(chuàng)新是創(chuàng)新活動的主戰(zhàn)場。在大學里,學以致用的最好體現(xiàn)就是將課堂理論知識與工程實踐相結合。而大多數(shù)創(chuàng)新活動處于學生自發(fā)的、非正規(guī)的、不系統(tǒng)的訓練摸索中。本書結合大學生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求,整理一套適合工科學生的學科式創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式,將有興趣的學生及團隊集中,方法論加實踐實訓的培養(yǎng)模式,多維度提高學生工程創(chuàng)新能力。
《大學生工程創(chuàng)新》旨在帶領讀者從如何想和如何做兩個角度出發(fā),用創(chuàng)新創(chuàng)意和技術技能兩條腿實現(xiàn)完整的工程創(chuàng)新項目訓練。結合當前熱門信息技術,由簡到繁,輔以案例與應用,分別從工程創(chuàng)新方法、創(chuàng)新技能訓練、實踐項目解析三個部分詳細介紹大學生工程創(chuàng)新所需的創(chuàng)新思維及實現(xiàn)方法。在培養(yǎng)訓練創(chuàng)新思維,選擇有創(chuàng)新性且合理可行的題目后,通過可實現(xiàn)的技術手段完成工程創(chuàng)新項目。
大學生工程創(chuàng)新訓練以系統(tǒng)的方法論為主,科技技能訓練為輔。涉及創(chuàng)新能力培養(yǎng)、創(chuàng)新思維訓練,硬件技術訓練,軟件技術訓練、實踐實訓五個環(huán)節(jié)。本書共9章:第1章為工程創(chuàng)新,重點介紹工程創(chuàng)新概念、創(chuàng)新思維方法及大學生工程創(chuàng)新訓練的基本環(huán)節(jié);第2章為選題與立項,簡述選題原則與重要性,介紹信息檢索方法及如何有效利用信息,最終借用計劃書梳理思路;第3章為產(chǎn)品設計,從產(chǎn)品設計的定義出發(fā),強調(diào)需求的重要性并介紹產(chǎn)品設計流程,通過UI設計和外觀設計兩個案例輔助解釋設計流程及方法;第4章為嵌入式微控制器,介紹嵌入式系統(tǒng)并引入典型嵌入式微控制器,最后介紹常用的嵌入式系統(tǒng)開源平臺;第5章為傳感器和執(zhí)行器,介紹常用傳感器、執(zhí)行器原理及應用;第6章為無線通信技術,結合典型應用介紹藍牙、ZigBee技術的概念、技術特點及協(xié)議規(guī)范;第7章為移動終端開發(fā),介紹當前主流移動終端開發(fā)平臺Android、iOS系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境;第8章為商業(yè)計劃書,介紹典型商業(yè)計劃書的書寫格式及內(nèi)容要求;第9章為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目,從項目概述、關鍵技術介紹、詳細設計到系統(tǒng)測試,詳細介紹智能旅行箱、意念四驅(qū)車、3D養(yǎng)老小管家3個典型項目的實現(xiàn)過程,輔助說明工程創(chuàng)新的過程及常用方法和技術手段。
《大學生工程創(chuàng)新》涉及內(nèi)容貫穿整個工程創(chuàng)新訓練環(huán)節(jié),起到輔助、指導及引導作用?晒┯嬎銠C、通信、物聯(lián)網(wǎng)等相關信息類學科本科生選用,也可作為科技競賽指導書使用。授課教師可根據(jù)本校的教學計劃,靈活調(diào)整授課時間。本書建議授課學時為32學時:第1~3章,建議各安排2學時,掌握創(chuàng)新方法,明確選題并完成設計,完成項目準備工作;第4~7章,建議各安排4學時,了解關鍵技術并配合實訓練習;第8章,建議安排2學時,了解商業(yè)計劃書撰寫的方式方法;第9章,建議安排8學時,介紹典型案例并結合實訓練習。
《大學生工程創(chuàng)新》由王志良負責制定大綱并指導全書寫作、統(tǒng)稿和組織工作。于泓參與本書第1、2、5、6、8章的編寫工作及全書文字審校;諶業(yè)鵬、王梧蓉、喬柱參與了第3章的編寫工作;史少波、何小鵬參與了第4章的編寫工作;蘇偉參與了第5章的編寫工作;韋雯瑩參與了第6章的編寫工作;劉嘉銘、李鑫參與了第7章的編寫工作;馬瑞雄、朱丹陽、張建達參與了第9章的編寫工作。
作為全國高校物聯(lián)網(wǎng)及相關專業(yè)教學指導小組和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育研究專家組成員,同時任多項大學生科技創(chuàng)新競賽專家評委及指導教師,王志良教授從其組織的教學教研及學生科技創(chuàng)新活動中吸取經(jīng)驗并總結形成大學生工程創(chuàng)新的教育理念,貫穿于本書的編寫中,形成本書特色。
《大學生工程創(chuàng)新》的出版得到了機械工業(yè)出版社的大力支持,在此表示誠摯的感謝。本書已列入北京科技大學校級十二五規(guī)劃教材,書籍的編寫與出版得到了北京科技大學教材建設經(jīng)費的資助,在此表示感謝。同時感謝北京科技大學2014年度校教育教學改革與研究面上項目、北京科技大學2016年度本科教育教學改革與研究重點項目給予的支持和資助。
在編寫過程中,本書引用了互聯(lián)網(wǎng)上的最新資訊和相關領域的最新報道等,在此一并向原作者和刊發(fā)機構致謝。由于時間倉促等原因?qū)σ梦茨芤灰蛔⒚鳎瑢Υ松畋砬敢狻?br />由于時間倉促,加上編者水平有限,書中難免會有疏漏之處,懇請各位讀者批評指正,在此編者表示衷心的感謝!
編者
2016年12月
王志良 教授/博導
北京科技大學 計算機與通信工程學院 物聯(lián)網(wǎng)與電子工程系主任
中國人工智能學會人工心理與人工情感專業(yè)委員會主任
重大專項(物聯(lián)網(wǎng))總體組專家
中國智慧城市產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長
北京物聯(lián)網(wǎng)研究會理事長
北京市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃首席科學家
在國內(nèi)率先開始人工心理和情感計算的相關理論及技術應用研究 。
發(fā)表論文《人工心理學》被IPMM99, ICAI99兩個國際會議接受為大會主題發(fā)言。
近年來主持完成(或在進行中)國家863項目、973子項目、國家自然科學基金項目,國家攻關項目,教育部重點科研項目,教育部博士點基金項目等多項科研項目。
指導畢業(yè)博士和碩士研究生五十余人。發(fā)表學術論文180 余篇,其中被SCI, EI, ISTP 收錄60余篇。
出版《人工心理》《人工情感》、物聯(lián)網(wǎng):現(xiàn)在與未來》《物聯(lián)網(wǎng)工程概論》等多部著作。
獲高等教育教學成果二等獎一項、冶金科學技術獎特等獎一項。
前言
第1章 工程創(chuàng)新 1
1.1 工程創(chuàng)新的內(nèi)涵 2
1.2 工程創(chuàng)新的性質(zhì) 4
1.3 大學生工程創(chuàng)新訓練 5
1.3.1 創(chuàng)新思維 6
1.3.2 技能訓練 11
思考題 17
第2章 選題與立項 18
2.1 選題原則與重要性 19
2.2 信息檢索與利用 21
2.3 借用計劃梳理思路 26
思考題 28
第3章 產(chǎn)品設計 29
3.1 產(chǎn)品設計的定義 30
3.2 產(chǎn)品設計流程 31
3.2.1 前期分析 31
3.2.2 設計環(huán)節(jié) 34
思考題 48
第4章 嵌入式微控制器 49
4.1 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器 50
4.1.1 嵌入式系統(tǒng) 50
4.1.2 嵌入式處理器 51
4.2 典型嵌入式微控制器 52
4.2.1 80C51系列 53
4.2.2 MSP430系列 55
4.2.3 STM32系列 56
4.3 嵌入式微控制器應用領域及選型參考 61
4.3.1 嵌入式微控制器應用領域 61
4.3.2 嵌入式微控制器選型參考 63
4.4 嵌入式系統(tǒng)開源平臺 67
4.4.1 Arduino 67
4.4.2 樹莓派 71
思考題 75
第5章 傳感器和執(zhí)行器 76
5.1 傳感器 77
5.1.1 傳感器基礎 77
5.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡 81
5.1.3 常用傳感器及模塊 83
5.2 執(zhí)行器 91
5.2.1 執(zhí)行器基礎 91
5.2.2 常用執(zhí)行器 92
思考題 100
第6章 無線通信技術 101
6.1 無線通信技術介紹 102
6.2 藍牙 105
6.2.1 藍牙概念 105
6.2.2 藍牙技術特點 106
6.2.3 藍牙協(xié)議規(guī)范 107
6.2.4 藍牙應用 109
6.3 ZigBee 110
6.3.1 ZigBee概念 110
6.3.2 ZigBee技術特點 113
6.3.3 ZigBee協(xié)議規(guī)范 114
6.3.4 ZigBee應用 117
思考題 119
第7章 移動終端開發(fā) 120
7.1 Android 121
7.1.1 系統(tǒng)介紹 121
7.1.2 系統(tǒng)架構 121
7.1.3 開發(fā)環(huán)境搭建 123
7.1.4 第一個安卓程序 128
7.1.5 查閱API文檔 139
7.2 iOS 143
7.2.1 iOS概述 143
7.2.2 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)工具 144
7.2.3 關鍵技術分析 146
思考題 154
第8章 商業(yè)計劃書 155
8.1 商業(yè)計劃書概述 156
8.2 商業(yè)計劃書編寫 157
8.3 完成計劃書后 164
思考題 165
第9章 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目 166
9.1 智能旅行箱 167
9.1.1 功能介紹 167
9.1.2 器件及開發(fā)平臺 168
9.1.3 詳細設計 173
9.1.4 系統(tǒng)測試 183
9.2 意念四驅(qū)車 186
9.2.1 功能介紹 187
9.2.2 關鍵技術及器件 188
9.2.3 詳細設計 194
9.2.4 系統(tǒng)測試 199
9.3 3D養(yǎng)老小管家 201
9.3.1 功能介紹 201
9.3.2 關鍵技術及平臺 204
9.3.3 詳細設計 208
9.3.4 測試結果 219
思考題 220
參考文獻 221