物联网的嵌入式技术精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇物联网的嵌入式技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：导盲；物联网；嵌入式；颜色传感器

盲人由于视觉信息缺失在生活各方面存在诸多困难，导盲杖作为最常见的行动辅具功能单一，环境适应性差；而导盲犬训练耗时，价格高昂，推广难度大，所以导盲机器成为必然选择。导盲机器根据所解决的问题不同分为避障导盲，定位导盲，识别导盲，学习导盲等几个类别，并日益向着智能化，复合化发展。常见的导盲机器有四类：电子式行进辅具，移动式机器人，穿戴式行进辅具和导引式手杖。现有的导盲机器存在独立检测和处理环境信息的缺陷，因而硬件成本必然随着检测的信息增加而增加，使得功能拓展受限于信息获取。

物联网（The Internet of things）的概念最早由美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授在1991年提出，是指使用信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术因其强大的开发潜力被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，同时也被列为我国五大新兴战略性产业之一[1]。本文将物联网技术和现有导盲技术结合，通过网络通信建立对行动的支持，可以在不增加硬件成本的情况下拓展导航定位，天气预报，救援呼叫等功能。

在数据采集上，现有导盲机器只注重对环境的空间感知，而缺乏对颜色信息的反馈。事实上颜色在物体辨识、情绪调节、社会交流等方面包含了丰富的信息。本设计增加了对颜色的检测，体现了对盲人群体的人文关怀，增加了盲人对产品的安全感和依赖感。

导盲机器大多是基于触觉和听觉设计的[2]，而手是触觉最集中和敏感的区域，故将导盲系统集成到手套上，同时包含了语音播报功能，使之兼具良好的信息反馈能力和便携特征。

1 系统硬件设计

1.1 硬件布局

传感器和执行机构放置于右手手套，键盘放置于左手手套或其它方便操作的位置，其余组件集成为一个挂盒，可以便携在腰间或其它位置，如图1。

图1

1.2 嵌入式CPU

选用SAMSUNG的S3C2440作为控制CPU，输入设备包括超声波传感器、颜色传感器、GPS模块和键盘，输出设备包括舵机和耳机接口，此外还通过SIM300实现与云端的通信。S3C2440采用最小系统核心板加扩展板的双层构架，可配置1GB闪存，128M内存。

1.3 电池和电源模块

选用12V，最大电流1000mA的锂离子电池作为电源，通过7805稳压芯片将12V电压转为5V输出。系统满电状态下可工作4h。

1.4 人机交互

键盘和语音播报用于人机交互。按键用于下达指令，语音播报用于确认按键命令和用户获取信息，对耳机的支持保证了对环境的最小干扰和对盲人隐私的有效保护。本设计包含一个4*4的按键模块和包含左右声道的3.5mm耳机接口，为功能选项提供支持。

1.5 超声测距

超声波传感器发射和接受超声波，利用发射时间和接收时间的间隔计算距离[3][4]。本文选用HC-SR04超声波测距模块，这款超声波测距模块采用一个超声波发生器和一个超声波接收器，探测距离为2～450cm，感应角度不大于15度，探测精度为0.3cm，工作电压为5v。我们将三个超声波发射器相互成45度夹角成一线放置（如图2），实现同时对上、中、下（垂直方式）或左、中、右（水平方式）三个方向的距离信息采集。垂直方式是为了帮助盲人实现等身高度的避障测量，水平方式是为了快速寻找过道和门等穿行环境。

图2

舵机是距离信息的反馈元件。本文使用三个舵机将三个超声波传感器的距离信息转换为偏角，舵机牵动遥感机构，将偏角转换为触钮的伸缩长度，从而将真实距离缩放到手指可感受的范围。与传统的避障检测相比，这种方式能提供连续的距离信息。考虑到传感器的特性和盲人生活的实际，把距离检测范围定为4米以内。

1.6 颜色识别

本文选用TCS230颜色传感器。TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了RGB三种滤光器。

颜色名词是一个离散的概念，如红、蓝、浅蓝等。TCS230采集到物体的RGB数值后，再归并为常见的七种颜色信息，通过语音播报反馈。颜色传感器有两种使用方式，一种是配合标准颜色标签，将颜色标签贴在固定的位置，作为颜色开关，用于系列物体的快速检索；另一种是自由检测生活中各种常见物体的颜色，得到粗略的颜色信息。

颜色传感器在检测颜色的时候需要采用高亮白色LED灯反射光。我们在手套背部设计了颜色传感器的开关，平时处于关闭状态，在需要使用的时候打开开关，保证了省电和对环境的最小影响。

1.7 导航定位

本文使用NEO-6M GPS模块，实现自身的定位。为实现导航功能，每10s将自身的位置信息和预置的目标点位置信息通过SIM300模块以短信形式上传到云端，再把云端导航软件处理得到的信息以短信形式接收，转换为语音播报信息反馈给用户，指示是否前进或转向。

其它网络功能包括报时、天气预报和报警等，基本实现也是通过SIM300模块把特定的信息发送到云端，由云端进行处理，再接收返回的信息。

2 系统软件设计

2.1 嵌入式应用程序

嵌入式系统中的程序使用多线程并发执行，主线程循环检测按键状态，捕获按键命令后创建对应的子线程。

超声测距线程中，三个超声传感器分时检测距离信息并输出到舵机执行机构，避免了超声波的相互干扰。因为超声传感器发射锥形波，在复杂环境中会有明显的自扰，导致反馈的信息振荡。为解决这个问题，使用距离平均值算法和滤波算法，程序流程如图3。

颜色识别线程中，将读取到的RGB数值转化到HSV颜色空间，再利用H变量进行颜色判断，判断结果以语音播报的形式进行反馈。

2.2 系统云端

系统云端包括短信收发终端、数据库和互联网计算机，短信收发终端将接收到的信息传给互联网计算机进行处理，再发送返回的信息；数据库对导盲手套的注册信息进行管理，如图4所示。

图4

3 结束语

试验证明，该设计能实现预想的导盲功能。目前该设计的网络功能有限，但是其基于物联网的开发前景广阔，这也有待于盲人网络应用技术的进一步发展。

参考文献

[1]刘强，崔莉，陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学， 2010，37（6）：1-4.

[2]张莹.基于嵌入式技术的导盲机器人设计[D].浙江工业大学：张莹，2011.

篇2

[关键词]物联网；嵌入式系统；

中图分类号：C94 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）33-0143-01

一、物联网与嵌入式的定义与主要技术

物联网是一门融合多门学科的技术，通过信息传感设备，按照设定的通信协议，为网络中的物体建立连接，物体之间能够进行信息交换和通信，最终实现对物体的智能化识别、定位、监控和管理等目标。物联网的主要关键技术是传感器技术、RFID、人工智能技术、标准化技术四种技术。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合后的产物。根据不同的应用，嵌入式系统也会用到许多其他的技术，如通信技术、传感器技术、智能信息处理技术、自动控制技术等。

从两者的定义来看，物联网强调的是物联网中设备具有感知、计算、执行、协同工作和通信能力及能提供的服务； 嵌入式系统强调的是嵌入到宿主对象的专用计算系统，其功能或能提供的服务也比较单一。嵌入式系统具有的功能是物联网设备的功能的一个子集，但是它们之间的差异将越来越小。简单的嵌入式系统与物联网定义中的设备或者物有较大的区别，具有的功能不如物联网中的设备或者物，但是随着嵌入式系统不断发展，目前出现的一些复杂嵌入式系统（如智能移动电话）基本上达到了物联网的定义中设备或物的要求。

在技术角度上，嵌入式技术在物联网行业发展中始终处于核心、基础的地位。嵌入式系统是计算机应用的一种最直接最有效的形式，只有把计算机嵌入到物体中去，物体才有大脑，它才具备思考、智能的能力；要想实现物与物互联、人机互联，必须赋予物体嵌入式CPU的智能部件为前提；从专业角度讲，物联网是嵌入式智能终端的网络化形式，或者是智能化的形式。

二、嵌入式在物联网环境下的应用

物联网与嵌入式系统都是多学科相互融合的综合性应用技术，而且物联网技术的关键技术传感器技术、RFID、人工智能技术主要是由嵌入式系统技术实现。

1）嵌入式系统实现传感器技术

物联网首先要对客观的事物信息的采集，所以需要传感器实现。嵌入式智能传感器是物联网技术的支柱，也正是嵌入式技术的发展和应用，它是一种带嵌入式微处理器的传感器，是将嵌入式微处理器、智能理论和传感器相结合而成的产物，具有检测、计算、判断、网络、通信和信息处理等功能。嵌入式智能传感器最重要的是它具有数据通信功能，能与互联网络、2G＼3G 网络进行通信，能与现有的网络传送数据实现全球监测，实现远程控制。

2）嵌入式系统实现RFID技术

物联网中采集完信息之后，需要对信息进行识别，嵌入式RFID主要实现的该技术，把RFID读写器嵌入在物体中，使得该物体具有RFID读写功能。嵌入式RFID还被广泛应用于交通控制、工业监测、安全防伪等物联网应用领域；嵌入式RFID在自动识别、物品物流管理得到了广阔的应用前景。

3）嵌入式系统实现人工智能技术

信息使用RFID技术能够识别、区分，然后就要对信息进行处理，人工智能技术实现了信息的处理。嵌入式智能技术能够大大提高信息处理的速度，使得事物的处理具备根据外部环境的变化具有反应的能力。

三、嵌入式与物联网的发展

嵌入式需要发展也离不开物联网，所以说物联网为嵌入式提供一个广阔平台，嵌入式扩展了物联网的应用范围，推动了发展进步。在应用领域方面它们几乎是相同的，当前物联网涉足的领域，嵌入式系统都已经在其中被使用了。综上所述，物联网与嵌入式系统关系非常紧密，物联网的发展离不开嵌入式系统的支持，而物联网又给嵌入式系统带来了新的发展机遇和挑战。目前嵌入式突出的问题是两个方面：嵌入式数据库应用和嵌入式网络安全问题，也是物联网的最为关注，构建嵌入式系统的安全性和数据库已成为物联网在使用中考虑的重要因素。

总结：

物联网的发展引领一次新的信息革命，在未来的生活中将占有重要的地位，而在技术角度上嵌入式是物联网核心，所以物联网的发展与嵌入式系统息息相关，甚至主导着物联网的未来发展，所以一定对嵌入式的研究要加大力度。

参考文献

[1] 邬明罡.物联网技术体系初步成熟[N].人民邮电报，2010-07-29（007）.

[2] 刘晓慧.物联网与嵌入式技术[J].电脑学习，2011，4（2）：27-28.

[3] 何克丽.物联网时代下的嵌入式系统[J].信息技术学报，2010，12：12-26.

课题信息：黑龙江省教育厅科学技术研究项目

篇3

【关键词】嵌入式系统;物联网;智能监测

嵌入式系统的设计工作中，设计者更多的将精力放在嵌入式系统体系结构上，使系统变得更灵活。笔者认为，通过利用抽象的ADL体系结构描述语言对嵌入式系统进行实验和系统的设计，可以应用于更多的硬件之中。总的来说，对抽象级嵌入式系统设计方法的探讨不仅是为了提高嵌入式系统的设计效率，也为物联网监测系统的实际作用起到了较大的支持效果。

一、嵌入式系统概述

嵌入式系统问世已经有一段时间了，其协议也逐渐变得更加稳定和通用。就目前来看，市场上基于嵌入式系统的产品在逐渐增多，再加上随着几个大型企业的推进和改革让很多芯片和模块的发展逐渐走向稳定的道路。所以嵌入式系统的开发环境主要是依托于执行特定任务的系统芯片之中。由于嵌入式系统在开发中具有相当的难度，所以ADL体系结构和设计语言多应用于抽象级嵌入式系统的开发。

基于ADL体系结构设计的语言和设计方法。ADL体系结构应用在很多软件系统的开发之中，从目前的情况来看，我国对硬件体系结构的研究主要停留在非形式化的基础之上。很大程度上依赖于硬件设计的传统经验。在目前的硬件开发中，很难描述不同组成部件之间的组合关系，导致开发人员对硬件的实际结构难以理解或难以形式化分析。而从经济角度出发，基于结构的硬件研发手段又是目前主要的应用手段，所以在实现实际结构之前应该进行虚拟化的模拟，这也就是抽象级嵌入式系统开发的核心理念。从这个角度来说，抽象级嵌入式系统的开发对物联网的监测管理具有相当重要的作用。

二、物联网的技术与安全性分析

物联网就是物物相连的互联网。所以，物联网的核心仍是互联网。物联网作为新兴的理念来说，主要是为了建立商品之间的信息交换网络。目前来看，这项技术的工程很大，需要逐步研究实现。物联网的建设过程也会逐步扩大，并对安全保护方面采取更先进的技术。下面笔者就从物联网面临的具体安全问题出发，对安全性进行具体的论述。

1.数据遭受攻击的具体影响。

第一，数据伪造是数据攻击的常见情况，攻击者利用伪造的读写器记录标签，让数据被中途拦截，然后攻击者利用伪造的数据发送出去，达到数据攻击的目的。

第二，重传攻击也是物联网RFID技术常遇见的问题之一。攻击者通过中途拦截而将有效信号在RFID系统中进行重传而对系统进行另一种攻击。

第三，对数据的追踪，对数据的追踪一般不同于前两种攻击，追踪一般会对数据的发起地以及接受地进行判断，更多的是进行对数据路径的攻击。

2.物联网RFID技术的安全问题对比。

物联网RFID技术本身对安全性的要求是很高的，但是RFID技术并没有低廉的安全技术方案，RFID技术随安全性能的升高而经济投入越大，也就是物联网发展缓慢的原因之一。如何降低RFID安全成本是物联网RFID技术的主要发展方向。

同时，物联网作为一个设备较多、网络较复杂的综合性网络来说，其发展过程经历着不同层面的技术革新。如果不能让各项技术相互连通，则会造成整个商业模式无法正常运行，因此，推动建立安全性物联网是现代电子商务发展的主要方向之一。

3.物联网中的信息安全意识。

物联网中的物与物和物与人之间的互联，需要大量的信息交换和信息传输。信息的交换与信息传输又离不开信息的存储。所以综合来看，比起传统网络，物联网对信息安全的要求更高，所以物联网中的信息安全意识也就更突出，要将信息安全建设放在物联网建设的首位，利用合适的管理平台，和完善的商业模式构建出新技术下的物联网。并利用新技术型的物联网打开市场，推动电子商务行业的发展。

三、基于嵌入式系统物联网监测系统的设计

由于物联网是通过RFID、红外线、全球定位等技术共同按约定协议将物品与互联网连接的技术手段，所以对物联网监测系统的设计也具有相当的难度。嵌入式系统在物联网检测系统中的应用主要是对检测系统平台结构的管理以及对系统方案的设定。下面笔者就根据这两点对基于嵌入式系统的物联网监测系统进行深入的研究和论述。

1.智能监测系统的系统结构。

本文主要研究的内容是嵌入式监测系统，所以需要基于嵌入式监测系统的管理模式进行外设模块的建立。

首先，对USB摄像头模块的应用，根据图像采集的需要对USB摄像头的芯片以及图片处理器进行选择，嵌入式系统可以自动识别USB摄像头设备并予以应用。

其次，GPRS无线传输模块。无线传输功能的实现对嵌入式监测系统的改善较大，一般选用西门子和摩托罗拉GPRS产品的情况较多。再次，RFID模块，这个系统主要确定物品的具体身份，是物联网建设的核心内容。

最后，LCD显示屏。对显示屏的使用是控制物品各项参数的必要方法。通过对监测系统平台结构加以设计和完善能为嵌入式监测系统的正常使用提供保障。

2.对系统具体方案的设定。

抽象级嵌入式系统由于其技术特点决定，是最适合工业以及工程远程操控。这是因为工业生产设备的远程操控比较简单，传输数据较少，而且对系统的通信技术性价比的要求较高。所以嵌入式系统正是工业设备远程操控的最佳选择。所以在实际过程中，嵌入式系统的监测主要包括：RFID对物品的身份监测、数据库的信号变化、记录时间，重量地点等内容、判断是否正常、控制报警系统、对冗余数据进行清零或存储。

在嵌入式监测系统设计完成后，如果需要对代码层进行修改，则只需要修改顶层的有关参数即可。利用XML代码的灵活，保证了模板文件对应的设计比较正确，也能保证整个设计的正确性和可靠性。

四、结语

总的来说，对嵌入式系统的应用主要是为了避免传统系统的设计方法中存在大规模系统设计适应度不足的问题。也就是说，嵌入式系统能够更方便快捷的管理和监测物联网系统。所以在本文中，笔者通过研究认为，利用嵌入式系统对物联网监测系统进行建立和管理可以在一定程度上减少物联网RFID技术的安全成本，也能增强云计算数据传输时的安全性。

参考文献

[1]刘秀菊.基于嵌入式系统物联网的智能监测系统设计[J].计算机测量与控制，2012，20（9）：2375-2377，2388.

篇4

1.物联网背景下的嵌入式系统教学课程

1.1物联网的概念

物联网的概念始于20世纪90年代末期。当时的物联网，主要是针对物与物、人与人之间的互联互通，提供技术支持。这个新型的概念和技术出现后得到了理论和工业界的充分关注。

1.2嵌入式系统的理论教学内容

嵌入式理论教学内容主要包括ARMffC：入式微处理器、嵌入式操作系统、应用和前沿发展等内容。以嵌入式开发技术掌握为教学目的。具体的授课内容包括；系统概述、微处理器的原理；实用操作、移植交叉开发、物联网在嵌入式系统教学中的应用等。物联网应用背景下的嵌入式课程体系框架如图1所示。

2.物联网基础上的嵌入式系统实验概述

2.1理论结合实践

物联网基础上的嵌入式系统实验设计采用的是层次化的实验环节，包含基础知识、动手能力、创造性思维等等。例如，嵌入式实验开发平台上，主流的串行接口和以太网接口，GPS全球定位系统模块，总线接口等等。这些接口和物联网的应用背景是通过层次化的实验设计展开的。内部包含了实验的要求和实践阶段的不同设置，整体层次的设计从浅显到深入，实验层次不同，对应的组织形式也不同。例如基础性实验的目的用于熟悉物联网，实验层次的循序渐进，为了实践的开发和设计打下了基础。而综合性的实验和实践是为了提高物联网的应用能力。

2.2实践与合作相结合

在物联网中间层的嵌入式网关设计中，根据模块接口的采集，终端的经纬度信息得到无线数据手法模块中的传感器的温度和日照等的环境信息，通过ARM处理器打包成UDP数据包，将之通过以太网网络接口传送到基站的服务器中。

整个流程为，从以太网网络进行接入，将数据传送到嵌入式处理器，通过GPs模块接口进行无线数据的收发，再传送到嵌入式处理器中，最后到达外部存储器。

在物联网的技术支持下，学校组织学生成立了第二课堂，组成了以物联网为主题的学习小组，对项目进行模拟实践和开发。例如GPS数据采集和处理的课题小组，要对操作系统、网络协议栈的移植、多任务的GPS模块的接口数据进行打包，UDP数据包发送到网络等众多内容进行实践。在团结合作中，兴趣小组的同学各自有分工合作，最终实现了将终端传感器传送了了基站的网络服务器的实验目标。

3.嵌入式系统教学的现状

坚持对嵌入式系统的教学的创新进行探索，包括课程设置、基础知识的传授、教学软硬件平台的搭设、实践教学的组织等等。目前在教学中存在以下特点。

在嵌入式系统的教学中，课程定位的方向以及应用不同。有的院校侧重于底层和系统文件的构建，有的院校侧重于应用以及软件的开发。

在嵌入式系统教学的课程中，由于院校课程定位的不同，因此在课程设置上也有所不同，有的偏重于硬件的设计，有的以电路设计为主，有的偏重语言程序的设计。

在嵌入式教学的学时分配上，有的院校侧重于课程的要求，有的院校侧重专业的核心课程，有的院校侧重专业的通识课程设置，有的院校将其作为辅修课程，因此在学时的安排上各有不同。

在教学内容上。嵌入式系统课程中理论和概念较多，因此学生容易感到枯燥，对于知识体系的架构来说，积极性不高会导致学习效果不佳，同时嵌入式教学平台目前的种类偏多，但是配套的操作系统却没有跟上。

嵌入式教学体系具有若干缺点，首先，在传统的教学模式中，教师的主导性地位过强，教师只会将教材中的章节进行讲解。但是基础理论往往于实践脱钩，使得理实一体化难以实现。有限的课程中，教学内容多用于理论学习，能够强化学生实践能力的实践课程较少。

嵌入式系统教学中以网路协议栈、文件系统、数据库管理系统、媒体压缩和解压缩系统等等的数据实验平台众多，但是真正能够以为学生提高学习成效，加强软件基础为目标的课程设置不多。

4.基于物联网项目驱动的嵌入式系统教学架构

当前，高等院校的教育体系中，对教学项目进行构建，对教学课程进行设置，往往是围绕着工程能力的培养展开的。物联网技术的发展背景下，嵌入式系统的课程教学体系必须也有相应的调整，才能应对当今时代和社会发展的需要。

企业的生产过程以及实际的应用价值，是教学内容在选择上参照的依据。高等院校培育的学生，必须要获取实践机会，提升决策和实施的能力，并且能够制定物联网系统规划，培养对物联网项目的u估能力。

嵌入式系统教学的知识点一般较为碎片化，通过学校与企业合作的形式，将这些碎片加以重组。例如，在物联网企业的要求下，教学项目设立了一个以某企业的产品为主项目的子项目，在子项目中将任务具体化，分解到每个学生身上，学生参与到项目中，成为教学的主体，在真实的企业生产情景下，感受到物联网学习的氛围以及学习内容。

项目启动后，课程被分解为小组学习的模式，学生担任项目中的角色，大约4～5个学生分为一个项目团队。项目中，学生成为企业员工，担任开发程序中的角色。在实习中，学生的角色可以进行轮转和互换，以便于课程结束后，学生能够对项目的全部流程有深刻认识。

在项目进行过程中，学生的实际能力表现都是项目考核和评价的内容。每个学生在团队中的表现以及工作成果都被记录下来作为将来接受课程评价的依据，学生的能力也通过项目的开展不断提高，为将来进入社会成为工作岗位的中坚力量打下了牢固的基础。

在具体的项目教学中，学生以开发成员的身份进入项目小组中，根据实际项目设计目标研究项目任务书，进行项目的需求分析、项目的设计、项目的实现和系统测试。

以具体的项目内容为例，实践项目要求通过嵌入式uNux系统，进行各个计算机流程的操作，包括系统裁剪、电机控制、驱动文件加载、交叉下移，平台嵌入式编译等等。在模块化教学的情景下，学生可以学习如何设计系统结构和接口，在理实一体化的模式下将项目软硬件系统通过设计和编码进行实现。

在项目完成之后，教师、企业、学校组成专门的评价小组，对照工作任务要求，逐项检查项目完成情况。对不足的部分要求学生进行分析和修改，并要求项目小组内的同学和不同小组的同学开展互相评价、总结，以综合的考评成绩作为对学生的考核结论。

篇5

关键词：嵌入式；构建主义；抛锚式教学方法；物联网应用；双主动

1 建构主义教学理论

近年来，嵌入式技术和嵌入式产品已经渗透到各个领域，如信息家电、通信设备、工业控制等，社会需要大量掌握嵌入式技术的人才，因此，越来越多的高校开设了嵌入式相关课程。嵌入式系统是一种软硬件结合的技术，与产品和市场有紧密的联系，具有很强的实践性和应用性。在教学中，教师普遍认为该课程难教，学生学习起来也很吃力，难以深入掌握相关知识，教学效果不理想，因此，笔者主张以建构主义理论为基础，探索新的教学模式。

建构主义观点是由瑞士心理学家让·皮亚杰于1966年提出的，他创立的学派被称为“皮亚杰派”，是认知发展领域中最有影响的学派。建构主义学习理论包括以下3个基本观点。

1.1 学习是一种过程

学习者在学习新知识时，不是通过传授获得知识，而是通过他对知识的经验解释，将知识转变成了自己的东西，即知识和技能的获得，是学习者与外部环境交互作用的结果，而不是教师单向灌输的结果。

1.2 学习是协商活动的过程

学习不是单向的接受过程，教师不但肩负着“传”的使命，更肩负着调动学习者积极性的使命。教师要分析学习者的知识结构，找到合适的切入点，才能确保新知识单元被建构到原有知识结构中，形成一个新的结构。然而，不同的学习者知识结构不一样，对知识的理解不一样，从而导致学习者的学习效果不一样。因此只有通过“协商”和磨合，才可能达成共识。

1.3 学习是一种真实情境的体验

学习的目的是让学习者真正使用所学的知识来解决问题。“懂了”只是第一步，“会用”才是更关键的，会用才证明真正学会了。只有在真实情境中，才能使学习变得更有效，因为学习者可以在真实情境中解决实际问题。

分析以上3个基本观点可知，建构主义教学理论应该以学生为中心，在整个教学过程中教师是组织者、指导者、帮助者和促进者，利用情境、协商等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效实现对当前所学知识的理解和应用。可见，在建构主义教学理论下，教师和学生的角色、作用与传统教学相比已经发生了很大的变化，而这种变化必将给嵌入式课程的教学注入新鲜力量，为改善教学效果开辟了新的途径。

2 物联网与嵌入式技术

物联网的概念于1999年提出。根据2005年国际电信联盟（ITU）的定义，物联网主要解决物到物（Thing to Thing，T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）、人到人（HumantoHuman，H2H）之间的互联。物联网这一高度交叉的新兴前沿领域在国际上备受关注，美国IBM公司基于物联网提出“智慧的地球”概念；中国科学院早在物联网概念诞生之初就启动了传感网研究；2009年，无锡物联网产业研究院成立，考察时提出“感知中国”的概念。

在物联网应用中有3项关键技术，即传感器技术、RFID（射频识别）技术、嵌入式技术。把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式技术则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理；物联网的发展为嵌入式技术的发展提供了新的应用领域。因此，嵌入式课程的教学内容安排要面向物联网的应用。

3 双主动教学模式

3.1 理论教学环节设计

在建构主义的教学理论下，目前已开发的比较成熟的教学方法主要有：支架式教学法、抛锚式教学法和随机进入教学法。笔者主张采用抛锚式教学方法进行课程理论环节的教学。抛锚式教学也称“实例式教学”或“基于问题的教学”，它要求在教学过程中，依据教学内容、对象和方式，确定锚点，即选取有感染力的真实问题，通过抛锚引导出讲授的知识，设计出问题来指导教学。所谓的“抛锚”就是教师通过选取有感染力的真实问题创设教学情境，以确定教学内容用，“抛锚”是否成功，取决于教学情境的创设能否激起学生的积极性。由此可以看出，“抛锚式”教学方法的关键环节是教学情境的创设。下面笔者针对物联网应用，分析嵌入式课程的理论教学内容，然后给出创设的教学情境。

3.1.1 教学内容安排

嵌入式理论教学目的是掌握嵌入式系统开发技术，为物联网的应用奠定基础，而嵌入式软件是物联网的重要的核心技术之一，它的发展促进物联网的工程应用，因此，为了更好地应用物联网，嵌入式课程安排6个知识单元的教学，具体内容包括以下几个方面。

第1知识单元：嵌入式系统绪论。掌握嵌入式系统定义、特点，了解嵌入式系统的发展趋势、特点，理解嵌入式系统的设计过程。

第2知识单元：ARM体系结构。掌握ARM9结构，了解ARM9的指令集、工作模式，理解ARM9储器格式、存储器映射I/O结构、ARM异常，掌握ARM9的寻址和加载/存储指令、算术和逻辑指令、比较指令、分支指令、软件中断指令。

第3知识单元：嵌入式系统的接口设计。掌握接口的控制方式、存储器接口设计、引脚连接模块应用、GPIO接口设计，了解中断的分类、中断源，掌握中断设计、定时/计数器接口设计、串行口设计、人机接口设计。

第4知识单元：嵌入式系统的软件平台构建。了解嵌入式系统软件平台的发展、典型嵌入式操作系统，理解嵌入式系统软件开发的特点，掌握UC/OS—II移植规划、移植文件构成、移植代码与系统应用程序设计、任务设计、常用的系统函数、任务问通信程序设计方法、内存管理的程序设计方法。

第5知识单元：嵌入式网络技术。了解分布式嵌入式系统网络结构、通信方式，掌握异步串行通信网络、12C总线网络、CAN总线网络、USB网络，理解嵌入式TCP/IP协议的特点，掌握嵌入式TCP/IP协议的实现方法。

第6知识单元：嵌入式系统设计实例。通过实例掌握嵌入式系统设计的过程和方法。

其中第2、4、5知识单元是嵌入式软件的核心内容，不少于20学时。

3.1.2 教学情境创设

针对每节课的教学内容创设一个学习情境，设计一个总体任务，并向学生展示出整体情境，提出总体任务，然后引导学生对总任务进行分析，尝试将总任务分解成有序的各级子任务，并讨论出各级子任务所需要的知识和技能，最后学习这些知识，锻炼这些技能，以解决问题。下面以UC/OS—II移植为例来说明进行教学情境创设的过程，具体步骤如下：

第1步，运行一个简单的多任务程序，展示移植UC/OS—II后程序的设计方法。通过感性认识，引出要讲授的知识，并强调学习该部分知识的重要性。

第2步，在ADS集成开发环境下设计一个工程，给学生展示移植UC/OS—II后多任务程序设计的运行情况，分析应用UC/OS—II系统函数进行多任务程序设计的方便性，激发学生的学习兴趣，提出总体任务：移植需要完成的工作。

第3步，分析总体任务，完成移植工作需要在OS cpu.h、OS cup C.C和OS cup a.s中设计移植代码。在工程的h文件夹下打开OS_cpu.h，在工程的arm文件夹下分别打开OS_cup_c.c和OS cup a.s分析移植代码的设计思路，依据设计思路，指导学生进行关键程序段的编写。

第4步，总结移植步骤和方法。

内容讲授完毕后，让学生总结UC/OS—II移植的步骤和方法，加深学生对该部分知识的理解。

从上面的设计步骤可以看出，情境创设是从真实情境展示出发，由真实情境引出要讲授的知识，即先给出问题再说明问题的解决方法。相对传统的灌输教学方法，可以让学生对所学知识的重要性有更好的理解，从而激发学生的学习兴趣，提高学生的学习主动性。

3.2 实验教学环节设计

实验课程的教学以建构主义理论为指导，从学生的知识基础和兴趣出发，进行分层次教学，即将实验内容分成验证性、设计性、创新性3个层次，课前教师布置预习内容，提供与实验内容相关的大量资料，给予学生充分的时间进行查阅和理解资料，课上教师仅指导学生探索问题、解决问题，充分发挥学生的主动性，让学生自己学习、自己操作，验证性、设计性实验在课上完成，并由教师对完成情况进行检验，现场给出成绩；此外，对实验感兴趣的学生可以利用课余时间完成创新性实验，这需要定期开放实验室，允许学生动态使用实验室的所有资源，在教师的指导下充分发挥学生的积极性和创造性，运用已有的知识基础，自己思考并动手解决实际问题。通过实验教学环节，使学生对所做实验的性质、规律以及知识之间的内在联系有较深刻的理解，形成对知识的意义建构。表1给出了实验项目及类型。

创新性实验内容综合性强，涉及的知识较多，学生2～3人一组，每一组内的学生相互协作共同完成实验内容。此外，实验项目可以动态变化，学生可以从表1中选取题目，也可以由教师设计题目，这取决于完成创新性实验的学生的兴趣状况和知识基础。