《大學(xué)生工程創(chuàng)新》從如何想和如何做兩個(gè)角度出發(fā),系統(tǒng)介紹了大學(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練中所涉及的創(chuàng)新能力培養(yǎng)、創(chuàng)新思維訓(xùn)練、硬件技能、軟件技能和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)五個(gè)環(huán)節(jié)。首先介紹工程創(chuàng)新基本概念、選題立項(xiàng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì);接著詳細(xì)介紹嵌入式微控制器、傳感器和執(zhí)行器、無線通信技術(shù)和移動(dòng)終端開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù);后借用商業(yè)計(jì)劃書總結(jié)歸納,并詳細(xì)介紹三個(gè)典型項(xiàng)目(智能旅行箱、意念四驅(qū)車、3D養(yǎng)老小管家)的實(shí)現(xiàn)過程!洞髮W(xué)生工程創(chuàng)新》取材于新一屆大賽獲獎(jiǎng)作品,提供較多應(yīng)用案例。內(nèi)容豐富、層次清晰,包括大學(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練整個(gè)過程。
《大學(xué)生工程創(chuàng)新》取材于新一屆大賽獲獎(jiǎng)作品,提供較多應(yīng)用案例。內(nèi)容豐富、層次清晰,包括大學(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練整個(gè)過程?勺鳛楦叩仍盒O嚓P(guān)專業(yè)的創(chuàng)新類課程教材,也可作為學(xué)生科技競賽指導(dǎo)書。
社會(huì)需求導(dǎo)向及新的計(jì)算機(jī)技術(shù)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(xué)知識(shí)還是技術(shù)知識(shí),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(dǎo)大學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn):大多數(shù)競賽處于學(xué)生自發(fā)的、非正規(guī)的、不系統(tǒng)的訓(xùn)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(xùn)練為輔,兩者并行,穿插技術(shù)方案討論與更新。包括創(chuàng)新思維訓(xùn)練、科技技能訓(xùn)練、實(shí)訓(xùn)與實(shí)踐訓(xùn)練。
工程是以構(gòu)建、運(yùn)行及集成創(chuàng)新為核心的人類活動(dòng)。它既不是單純的科學(xué)應(yīng)用,也不是相關(guān)技術(shù)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(dòng)。在一項(xiàng)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(dòng)的前哨戰(zhàn)場,那么工程創(chuàng)新是創(chuàng)新活動(dòng)的主戰(zhàn)場。在大學(xué)里,學(xué)以致用的最好體現(xiàn)就是將課堂理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合。而大多數(shù)創(chuàng)新活動(dòng)處于學(xué)生自發(fā)的、非正規(guī)的、不系統(tǒng)的訓(xùn)練摸索中。本書結(jié)合大學(xué)生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求,整理一套適合工科學(xué)生的學(xué)科式創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式,將有興趣的學(xué)生及團(tuán)隊(duì)集中,方法論加實(shí)踐實(shí)訓(xùn)的培養(yǎng)模式,多維度提高學(xué)生工程創(chuàng)新能力。
《大學(xué)生工程創(chuàng)新》旨在帶領(lǐng)讀者從如何想和如何做兩個(gè)角度出發(fā),用創(chuàng)新創(chuàng)意和技術(shù)技能兩條腿實(shí)現(xiàn)完整的工程創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練。結(jié)合當(dāng)前熱門信息技術(shù),由簡到繁,輔以案例與應(yīng)用,分別從工程創(chuàng)新方法、創(chuàng)新技能訓(xùn)練、實(shí)踐項(xiàng)目解析三個(gè)部分詳細(xì)介紹大學(xué)生工程創(chuàng)新所需的創(chuàng)新思維及實(shí)現(xiàn)方法。在培養(yǎng)訓(xùn)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(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段完成工程創(chuàng)新項(xiàng)目。
大學(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練以系統(tǒng)的方法論為主,科技技能訓(xùn)練為輔。涉及創(chuàng)新能力培養(yǎng)、創(chuàng)新思維訓(xùn)練,硬件技術(shù)訓(xùn)練,軟件技術(shù)訓(xùn)練、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)五個(gè)環(huán)節(jié)。本書共9章:第1章為工程創(chuàng)新,重點(diǎn)介紹工程創(chuàng)新概念、創(chuàng)新思維方法及大學(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練的基本環(huán)節(jié);第2章為選題與立項(xiàng),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(jì)劃書梳理思路;第3章為產(chǎn)品設(shè)計(jì),從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的定義出發(fā),強(qiáng)調(diào)需求的重要性并介紹產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程,通過UI設(shè)計(jì)和外觀設(shè)計(jì)兩個(gè)案例輔助解釋設(shè)計(jì)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(tái);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(yīng)用;第6章為無線通信技術(shù),結(jié)合典型應(yīng)用介紹藍(lán)牙、ZigBee技術(shù)的概念、技術(shù)特點(diǎn)及協(xié)議規(guī)范;第7章為移動(dòng)終端開發(fā),介紹當(dāng)前主流移動(dòng)終端開發(fā)平臺(tái)Android、iOS系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境;第8章為商業(yè)計(jì)劃書,介紹典型商業(yè)計(jì)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(shí)踐項(xiàng)目,從項(xiàng)目概述、關(guān)鍵技術(shù)介紹、詳細(xì)設(shè)計(jì)到系統(tǒng)測試,詳細(xì)介紹智能旅行箱、意念四驅(qū)車、3D養(yǎng)老小管家3個(gè)典型項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程,輔助說明工程創(chuàng)新的過程及常用方法和技術(shù)手段。
《大學(xué)生工程創(chuàng)新》涉及內(nèi)容貫穿整個(gè)工程創(chuàng)新訓(xùn)練環(huán)節(jié),起到輔助、指導(dǎo)及引導(dǎo)作用。可供計(jì)算機(jī)、通信、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)信息類學(xué)科本科生選用,也可作為科技競賽指導(dǎo)書使用。授課教師可根據(jù)本校的教學(xué)計(jì)劃,靈活調(diào)整授課時(shí)間。本書建議授課學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí):第1~3章,建議各安排2學(xué)時(shí),掌握創(chuàng)新方法,明確選題并完成設(shè)計(jì),完成項(xiàng)目準(zhǔn)備工作;第4~7章,建議各安排4學(xué)時(shí),了解關(guān)鍵技術(shù)并配合實(shí)訓(xùn)練習(xí);第8章,建議安排2學(xué)時(shí),了解商業(yè)計(jì)劃書撰寫的方式方法;第9章,建議安排8學(xué)時(shí),介紹典型案例并結(jié)合實(shí)訓(xùn)練習(xí)。
《大學(xué)生工程創(chuàng)新》由王志良負(fù)責(zé)制定大綱并指導(dǎo)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(dá)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(guān)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育研究專家組成員,同時(shí)任多項(xiàng)大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽專家評(píng)委及指導(dǎo)教師,王志良教授從其組織的教學(xué)教研及學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)中吸取經(jīng)驗(yàn)并總結(jié)形成大學(xué)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(xué)生工程創(chuàng)新》的出版得到了機(jī)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(xué)校級(jí)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(xué)教材建設(shè)經(jīng)費(fèi)的資助,在此表示感謝。同時(shí)感謝北京科技大學(xué)2014年度校教育教學(xué)改革與研究面上項(xiàng)目、北京科技大學(xué)2016年度本科教育教學(xué)改革與研究重點(diǎn)項(xiàng)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(guān)領(lǐng)域的最新報(bào)道等,在此一并向原作者和刊發(fā)機(jī)構(gòu)致謝。由于時(shí)間倉促等原因?qū)σ梦茨芤灰蛔⒚,?duì)此深表歉意。
由于時(shí)間倉促,加上編者水平有限,書中難免會(huì)有疏漏之處,懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)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(dǎo)
北京科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)與電子工程系主任
中國人工智能學(xué)會(huì)人工心理與人工情感專業(yè)委員會(huì)主任
重大專項(xiàng)(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(huì)理事長
北京市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃首席科學(xué)家
在國內(nèi)率先開始人工心理和情感計(jì)算的相關(guān)理論及技術(shù)應(yīng)用研究 。
發(fā)表論文《人工心理學(xué)》被IPMM99, ICAI99兩個(gè)國際會(huì)議接受為大會(huì)主題發(fā)言。
近年來主持完成(或在進(jìn)行中)國家863項(xiàng)目、973子項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,國家攻關(guān)項(xiàng)目,教育部重點(diǎn)科研項(xiàng)目,教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目。
指導(dǎo)畢業(yè)博士和碩士研究生五十余人。發(fā)表學(xué)術(shù)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(xué)成果二等獎(jiǎng)一項(xiàng)、冶金科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)一項(xiàng)。
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(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練 5
1.3.1 創(chuàng)新思維 6
1.3.2 技能訓(xùn)練 11
思考題 17
第2章 選題與立項(xiàng) 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(jì)劃梳理思路 26
思考題 28
第3章 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 29
3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的定義 30
3.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程 31
3.2.1 前期分析 31
3.2.2 設(shè)計(jì)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(yīng)用領(lǐng)域及選型參考 61
4.3.1 嵌入式微控制器應(yīng)用領(lǐng)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(tái) 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(chǔ) 77
5.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 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(chǔ) 91
5.2.2 常用執(zhí)行器 92
思考題 100
第6章 無線通信技術(shù) 101
6.1 無線通信技術(shù)介紹 102
6.2 藍(lán)牙 105
6.2.1 藍(lán)牙概念 105
6.2.2 藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn) 106
6.2.3 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范 107
6.2.4 藍(lán)牙應(yīng)用 109
6.3 ZigBee 110
6.3.1 ZigBee概念 110
6.3.2 ZigBee技術(shù)特點(diǎn) 113
6.3.3 ZigBee協(xié)議規(guī)范 114
6.3.4 ZigBee應(yīng)用 117
思考題 119
第7章 移動(dòng)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(gòu) 121
7.1.3 開發(fā)環(huán)境搭建 123
7.1.4 第一個(gè)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(guān)鍵技術(shù)分析 146
思考題 154
第8章 商業(yè)計(jì)劃書 155
8.1 商業(yè)計(jì)劃書概述 156
8.2 商業(yè)計(jì)劃書編寫 157
8.3 完成計(jì)劃書后 164
思考題 165
第9章 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)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(tái) 168
9.1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 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(guān)鍵技術(shù)及器件 188
9.2.3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 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(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái) 204
9.3.3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 208
9.3.4 測試結(jié)果 219
思考題 220
參考文獻(xiàn) 221