智慧停车系统模型教学实践与反思
赵洋 赵言言
摘? 要 通用技术是一门以学生为中心、以实践为核心的课程，学生技术思想和方法的形成需要立足于技术实践。在技术实践过程中，探索智慧停车系统模型硬件工作原理和软硬件之间通信机理，激发学生对新技术探究的兴趣，拓展通用技术实践课的深度，形成感知、探究和运用新技术的思想和习惯。
关键词 通用技术;技术实践;智慧停车系统;智能设备;APP;物联网
中图分类号：G633.67? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）01-0081-03
1 前言
通用技术是一门立足于技术实践、注重创造、体现科技与人文相统一的课程。当前随着物联网、大数据和安卓应用程序大规模的应用，智能设备逐渐进入人们的日常生活。《普通高中通用技术课程标准（2017版）》提出在通用技术实践教学中引入一些具有时代气息、适应社会发展、体现科技走向、具有可迁移的内容[1]。智慧停车系统模型教学设计与实践正是基于上述背景开展的技术实践活动项目。
2 选题背景
当车主自驾进入一个陌生的城市时，必然会遇到这样的情境：只知道哪里有停车场，却不知道停车场是否有空闲车位，可能要去好几个停车场才能找到停车位。这种情况加剧了交通负担，也是造成交通拥堵的原因之一。当前iOS和Android两大手机系统有关停车的应用很少，应用质量及用户体验都较差，车主只能查看周围的停车场，却不能查看停车场是否有停车位。基于此，设计一款智慧停车系统，以求解决此问题。
3 方案设计
智慧停车概述? 智慧停车系统模型针对当前停车难的问题，通过软件开发与相关硬件系统的设计，为该问题提供一个可行的解决方案。软件部分设计主要由在线选择停车位和在线查看停车位等基本功能构成。在停车场的每个车位上安装检车器，并投放适量的接收器、集中器、中继器和一个无线网关装置：检车器检测到有车辆停放，发出信号;集中器接收并发出信号;中继器接收信号并发出信号;无线网关接收信号，并把数据上传至云服务器，供后台人员使用，车主可通过移动端APP实时获取车位信息并使用相应功能。
教学内容和学情分析? 本课的教学内容是按照系统设计的一般思路和方法制作“智慧停车系统模型”，涉及的电子元器件有单片机、超声测距模块、WiFi模块;软件编程借助于半成品模块来完成。
本课的教学对象为高二学生，已系统学习过设计的一般知识，了解简单的电子控制技术，知道控制系统的一般组成和工作过程，对安卓APP软件开发有了初步认识。通过之前对智能插座组装和软件知识的学习，学生动手操作和编程能力有所提升，而且对设计制作类似软硬件模型有极大的兴趣。
教学目标
1）能够分析当前智慧停车存在的问题，了解智慧停车设计在现实生活中的作用和意义;
2）能够根据实验条件，制订出智慧停车方案，并能根据设计方案进行硬件连接和软件编程;
3）在教师的指导下，历经智慧停车模型的设计与制作，学会系统设计的一般思路和方法，进一步理解智能控制的原理;
4）经历亲自设计和制作智慧停车系统模型，感受和体验技术对生活的应用价值，保持对技术探究的欲望和兴趣。
方案设计? 由于教学实验条件限制，本项目着眼于智慧停车系统模型的设计，需要STC89C52RC单片机、Wi-Fi模块ESP8266、SRF05超声波测距模块以及稳压模块等。车位检测器使用SRF05超声波测距模块来代替。手机APP通過服务器实时查找当前位置是否有停车位，如果有停车位，启动蜂鸣器引导车辆停靠，主控制器通过超声波模块进行相关测距操作，从而得知是否有车停靠，并将获取的数据通过ESP8266 Wi-Fi模块发送给阿里云服务器，服务器再反馈到手机APP。系统框架设计如图1所示。
4 硬件组成与搭建
硬件与电子元件选择
1）STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 K字节系统，可编程Flash存储器，在本系统中作为主控芯片，负责控制整个系统的运行，采集数据并且操作Wi-Fi模块进行数据传输。本次教学实践用到的I/O引脚号为p00、p07、p30（RXD）、p31（TXD）、p32。
2）HY-SRF05超声波模块可提供2～450 cm的非接触式距离感测功能，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理采用I/O口TRIG触发测距，给至少10 μs
的高电平信号，模块自动发送八个40 kHz的方波，自动检测是否有信号返回;有信号返回，通过I/O口ECHO输出一个高电平。该模块在本系统通过距离检测，从而得知是否有车停靠。
3）Wi-Fi模块。ESP8266是一款超低功耗的UART-Wi-Fi透传模块，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。该模块将主控板采集到的数据通过HTTP协议发送给服务器。部分用到针脚说明：URXD接收、UTXD发送、CH_PD高电平工作复位、GND接地、VCC模块供电。
4）蜂鸣器模块负责引导司机将车停靠在查找到的停车位。电压转换模块功能是把单片机底座提供5 V的电源转换为3.3 V供Wi-Fi模块（工作电压3.3 V）使用。
硬件搭建? 硬件连接包括数据线连接和电源线连接。首先是数据线连接，将单片机引脚RXD连接到Wi-Fi模块引脚UTXD，单片机引脚TXD连接到Wi-Fi模块引脚URXD，单片机的p32引脚连接到SRF05模块的ECHO接口，单片机引脚p07连接到SRF05T的TRIG引脚。单片机底座提供三组5 V电源输出，根据需要连接到各个元器件。特别应注意Wi-Fi模块电源需要从单片机的底座5 V电源连接到稳压模块，然后由稳压模块再接到Wi-Fi模块。
5 软件编程
该系统软件部分采用Android Studio和Android SDK来开发手机客户端。系统的硬件部分由ESP8266 2.4 G无线Wi-Fi模块和SRF05超声波测距模块及STC89C52主控芯片及其相关电路构成。该系统的大致工作流程为：硬件部分通过HTTPS加密连接协议，并使用MQTT进行实时数据传送，将数据发送给阿里云服务器，服务器获取信息后将数据存入MySQL数据库，并通过相关网络协议将数据发送给手机客户端，客户端将数据及时推送给用户展示。
软件工作界面设计? 用户在工作界面输入想要停车的大致位置，就可以在该位置附近搜索停车位。在该地图上会显示用户的当前位置，点击右下方的加号和减号，即可对地图进行放大或缩小;点击右下方的悬浮按钮，就可以搜索用户当前位置附近的停车位;搜索完成后，用户选中想要停放的车位，即可进行相关停车操作，如图2所示。
软件代码编写? 智慧停车涉及的软件代码较多，这里只列举出部分核心代码。主界面逻辑+地图+定位功能模块代码如下：
package com.ips.sx.ipark;
import android.content.Intent;
import android.graphics.Color;
…………
public class MainActivity extends ActivityManager {
//view
private MapView mapview = null;? ? //地圖控件
private FloatingActionButton? gotoMylocationButton = null;? ? //回到我的位置
//用户设置
private ImageView user = null;
private? int? ?value? = 0;
//地图操作与定位
private BaiduMap baiduMap = null;? ? //地图
public LocationClient mLocationClient = null;
private MyLocationListener myListener = new MyLoca
tionListener（）;
//当前的经纬度
private? LatLng? myLatlng? =? null;
//是否第一次定位成功
private? int isFirstLocation = 0;
private? Button button;
@Override
protected void onCreate（Bundle savedInstanceState） {
super.onCreate（savedInstanceState）;
EventBus.getDefault（）.register（this）;
initView（）;? ? ?//初始化界面
initMap（）;? ? //初始化地图
getLocation（）;? ? //获取位置
listener（）;
}
6 教学过程
创设情境，导入课题? 教师播放节假日出行交通拥挤的图片，配合解说：“目前激增的汽车数量超出了当前城市和停车场的最大负荷。每逢节假日，汽车大量出行，很难找到合适停车位停车。”引发学生思考：当你处在陌生城市时，如何快速找到合适停车位？学生分组进行讨论，教师根据讨论结果进行归纳总结：“现有百度地图或高德地图或许能帮你找到停车场，但并不能确定是否有停车位。解决办法是在每个车位上装上传感器，实时采集数据，通过手机端APP实时查看随近有没有停车位，当有停车位时，系统可以为车主锁定车位若干分钟，保证车主在适当的时间内找到停车位。”
新知讲解，示范操作? 首先，结合前期教师制作的智慧停车系统模型，介绍智慧停车系统模型硬件组成和各部分功能;其次，结合单个元器件，介绍其工作原理及用法，重点介绍测距传感器和ESP8266程序代码;最后，介绍手机APP组成模块及执行过程。
分组合作，“搭”“编”并举? 分发给各小组硬件搭接的半成品——所有用到元器件已排列到事先切割好的亚克力板上。小组组内分工，一部分成员负责硬件连接，参照投影硬件连接图;另一部分成员负责软件设计，完成后进行测试。教师巡回辅导并补充介绍软件设计包括四个主模块：主界面逻辑+地图+定位功能模块代码、停车功能操作代码、单片机代码、Wi-Fi模块代码（由于代码设计量较大，课堂上时间有限，因此，大部分代码都已在课余时间调试好）。小组完成作品任务后，请每个小组进行作品展示，穿插组间互评、教师点评。
课堂小结，拓展提升? 本节制作的智慧停车系统模型可以实现用户车位共享、用户实时查看车位状态，让用户在最短的时间内找到最近的车位，并且通过硬件系统引导用户到达指定车位。同时思考：本节制作的智慧停车系统模型如何应用在生活中？如果对学校行政楼地下停车场进行类似改造，如何实现此功能？请把设计思路写下来。
7 教学反思
本节课采用智慧停车系统模型设计与制作作为实践教学项目，贴近当前物联网、云服务和安卓的应用与发展，相对于通用技术课本上一些比较传统的实践项目，诸如木工或简单的电子控制类项目，本节内容有很强的新鲜感，容易激发出学生的探究欲望。从课堂上学生的反映来看，大多数学生不但习得制作步骤，而且理解了物联网通信原理，同时培养了问题解决能力、批判性和创造性思维、协作和交流能力等。
在实施教学过程中也存在一些问题。
首先，教学内容较为复杂，综合性强，对于高中学生来讲难度较大。本项目既涉及硬件，又涉及软件设计，在教学过程中虽然最终作品能演示，但是部分学生对智慧停车系统模型的工作原理和机制还是理解不透，在教学过程中就只能当作“黑盒”来处理。
其次，课堂容量较大，部分小组无法顺利完成任务，程序调试千差万别，稍有不慎，就调试不出正确结果。在以后的程序设计教学中应进行模块化预处理，在程序关键语句上下功夫，以节省课堂时间。■
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中通用技术课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
