嵌入式系统开发实训
任 务 指 导 书
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“嵌入式系统开发实训”任务指导书
英文名称：Practical training of embedded system design
适用专业：计算机科学与技术
课程编码：xxxx
学时：30              学分：1
时间安排：第 IV学期
参考资料：《UP-Magic6410实验指导书》
一、 课程地位与教学目标
课程地位：嵌入式系统开发实训是计算机科学与技术专业嵌入式技术及应用方向的一门重要的实践课，其目的是巩固和加强嵌入式方面的知识，提高学生的嵌入式系统设计能力。本课程将以项目创意设计的方式进行，进一步巩固嵌入式系统的基本知识、嵌入式系统工程设计的基本方法、嵌入式操作系统的移植和嵌入式应用软件开发等，为学生进行嵌入式系统设计以及嵌入式产品开发等打下良好的基础。
课程教学目标：本课程的目标是采用学生分组，教师分散指导的方式，将知识点、技能点细化到具体的项目案例中。从板级BootLoader定制到Linux内核的定制、裁减，最后到应用程序的设计构成一个完整的知识体系，使学生在短期内掌握嵌入式系统软硬件设计与开发技能。同时与全国大学生嵌入式设计大赛挂钩，鼓励同学积极的参与竞赛和挖掘学生的创新潜力。
支持毕业能力要求1、3、5、6、7、10、11、12的达成。
对于毕业要求1、3，通过实践完成一个嵌入式作品深入了解行业标准及复杂工程问题解决方案。
对于毕业要求5，通过嵌入式应用程序的开发训练，具备嵌入式系统的软件设计开发能力。
对于毕业要求6、7、11，通过对作品创新点的评估及可行性分析和需求分析的训练，具备工程管理能力和风险管理能力，理解工程实践对环境、社会可持续发展的影响，并具备良好的质量、环境、职业健康、安全和服务意识。
对于毕业要求10，通过开发团队协作，集体答辩方式，具有有效沟通和交流能力。
对于毕业要求12，通过项目的调研与创新训练，具有自主学习和终身学习的意识，并有不断学习和适应发展的能力。
二、 内容、要求与安排
（一）内容
本实训命题采用开放式命题，各组学生采用魔法师创意竞赛平台，设计开发嵌入式作品，设计内容可涵盖：物联网应用（城市交通，医疗，港口物流，环境监测，多网融合等）、机器人控制、消费类电子、数字电视、GPS导航、智能手机、数字家电、多媒体、视频编码解码、图像处理、安防监控、无线通讯、信息识别、工业应用、医疗卫生领域的硬件设计，应用软件，系统软件等。
参考命题如下：
注：以下命题仅供参考模式，学生可自选创新命题
题目：基于物联网的能耗监测系统
思路：该系统要具备耗电量、耗水量、耗气量（天然气量或者煤气量）、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量与其他能源应用量的实时监测功能。可对于用能种类、用能系统实行能源消费分户、分类、分项计量，并对能源消耗状况实行监测，及时发现、纠正用能浪费现象。系统连接方式可采用无线传感器网络，GSM，互联网等多种方式。为不同要求的用户提供不同实现手段。嵌入式系统开发前景
题目：基于物联网的设备监管系统
思路：设备监管系统通过在被监管设备前端，布置震动监测传感器，防拆开关和温度传感器，将设备被盗信息通过GSM/CDMA网络进行远程传输，从而及时预警，防盗，减少财产损失。同时可对被监管设备升级，保证设备安全生产。
题目：基于物联网的电力线缆监控系统
思路：通过对线缆接头的A/B/C三相的线缆接头的温度测量，将采集到的现场温度数据，通过2.4G网络发送到由GSM/CDMA组成的网关上，传输到远端服务器，结合线缆分布图，可以获取到现场数据曲线，报表，实现实时报警。
题目：基于物联网的智能物流系统
思路：物流在整个企业的供应链中占有非常重要的比重。通过RFID的批量识别，实现物流的出库，入库，和分拣流程。通过GPS定位系统，实时获取车辆在途信息。通过服务器和数据中心的实时数据分析和报表功能，可能掌握企业资源的动态变化。智能物流系统大幅提升整个供应链的效率。
题目：基于机器人嵌入式物联网应用解决方案
思路：基于嵌入式控制器，结合传感器、控制技术、机构设计、算法软件等技术，结合实际应用，设计应用解决方案。例如：娱乐机器人、仿生机器人、医疗、康复、服务机器人、各类飞行器、工业机器人应用等等。
题目：智能家居系统
思路：利用高端嵌入式CPU为核心，设计一款智能家居控制器，要求具备电源、串口、网口、RS485、GPRS模块、液晶屏接口等资源，可以外连温度、烟雾、热释红外等传感器和电动窗帘、门禁系统等模型，并可通过短信与手机交互，构成简单的智能家居模拟系统，具体功能由参赛者自由发挥。
题目：基于统一家电协议的智能家居控制终端
思路：目前数字家电越来越贴近生活，如何对家电进行统一的接口管理，对于嵌入式开发提出了一个很现实的问题，结合嵌入式平台和数字家电，我们可以设计一个全新的一体化智能家居控制终端
题目：车载设备解决方案
思路：电子技术飞速发展的今天，我们可以预见在不久的将来，车载设备监控系统将作为智能交通重要的组成部分，为车辆调度管理、驾驶安全、多媒体娱乐、提高车辆利用率等方面提供有力保障。作品可以利用嵌入式处理平台围绕车载终端（即车载载DVR），在GPS卫星定位、3G无线网传、多媒体广告娱乐视频广播等功能展开设计。
题目：H.264高清视频监控方案
思路：图像与视频监控系统是应用计算机与通信技术实现对目标地区信息监控的系统，常应用于交通、能源、公安、电信、军事等部门。随着嵌入式处理器视频处理性能的提升，基于高性能嵌入式处理器设备的视频监控方案得到广泛应用。作品可以利用目前流行的高端嵌入式处理器，结合该处理器高性能的图形图像硬件加速器，采用H.264等高级视频编码规范进行软件设计，围绕专业领域视频监控、远程图像与视频监控处理、无线视频传输、高清视频会议等系统功能进行设计。
题目：手持娱乐解决方案
思路：随着互联网、信息移动技术的发展，铺天盖地的手持信息终端设备涌入人们的日常生活中。嵌入式处理器与嵌入式操作系统已经在手持信息娱乐终端产品中占用广阔的空间和应用。作品可以围绕利用嵌入式处理器硬件环境，基于嵌入式操作系统设计出界面美观、操作便捷、功能丰富、贴近生活的信息娱乐终端。该终端可以扩展internet互联网功能、无线数据管理传输功能、多媒体娱乐功能、个人信息管理等功能。
题目：移动数字电视解决方案
思路：随着数字传输技术和图像处理技术的提高，电视技术正逐步从SDTV（Standard Definition TV，标准清晰度电视）过渡到HDTV（High Definition TV，高清晰度电视）。高清数字电视符合人们对高品质的数字多媒体播放和高性能的网络信息终端的需要，具备广阔的市场前景，其基于嵌入式系统技术的实现也成为嵌入式领域的新热点。作为一种高品质的数字多媒体播放器和高性能的网络信息终端,基于嵌入式系统实现的高清数字电视技术将是下一代消费电子市场的热点。作品可以利用嵌入式处理器硬件平台外扩移动数字电视模块，在移动数字电视功能等应用领域展开方案设计。
题目：GPS电子地图解决方案
思路：GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛地应用于大地测量、地质勘探和车辆导航等方面，近年来随着GPS模块成本的不断下降和地面通信系统的不断发展，GSM和GPS技术相结合的系统正如火如荼地向前发展。作品可以利用嵌入式处理器硬件平台，外扩GPS模块，将卫星定位技术(GPS)、地理信息系统(GIS)以及无线通信技术融于一体，展开基于GPS功能模块的应用设计。
题目：多媒体广告系统解决方案
思路：随着时代的发展和科技的进步，人们的思想理念和欣赏水平也随之大大提高，户外广告的方式也向着功能多样化、智能化、艺术化、人性化的方向发展。广告机通过结合多媒体软件、触摸屏触控、一体机生产设计、电路智能控制等技术，实现全新的多媒体功能。运用多媒体手段进行宣传，与传统的纸质媒介比较，有着无可比拟的优势，并以其大容量、交互性、内容丰富多彩、携带方便等优点，而广受传媒业界的青睐。作品可以利用嵌入式处理器硬件平台，围绕internet互联网、局域网、单机等方式的多媒体广告机方案进行设计。
题目：基于ZigBee网络的分布监控系统
思路：随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、融合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新概念。Zigbee是一种近年来新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术。目前已经在工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等领域有着广泛应用。作品可以利用嵌入式处理器硬件平台，扩展ZIGBEE无线传感器功能模块，围绕以上等领域进行设计。
题目：基于Android的移动互联网平台应用开发
思路：全球社会已经进入移动互联网的快速发展时代。高性能、低功耗、体积小的CUP 的出现，伴随着互联网带宽的不断提升，个人移动设备的需求与应用越来越多，基于移动互联网平台的应用开发将比基于传统的个人PC开发市场更加宽广。
题目：基于物联网的智能农业监控系统解决方案
思路：物联网应用是将各种传感器信息采集、数据分析后进行的全自动监控灌溉、通风、降温和补光等一系列操作。智能农业系统结合无线传感技术、智能控制、数据存储Sqlite、计算机与网络技术等实现的智能检测、自动控制、远程监控，对温室的环境实时监控，使得环境利于植物生长。作品可以利用嵌入式智能农业实训平台，扩展ZIGBEE无线传感器功能模块、智能终端控制、INTERNETM网络、无线数据管理传输功能等进行设计。
题目：智能停车管理系统解决方案
思路：智能停车场管理系统是指基于RFID技术、现代化电子与信息技术，在停车厂出入口通过UHF读卡器对出入此区域的车辆实施判断识别、准入/拒绝、引导、记录、收费、放行等智能管理，其目的是有效的控制车辆的出入和对停车厂的自动化管理，实现对场内车辆与收费
的安全管理。作品可以利用智能交通实训平台，扩展ZIGBEE无线传感器功能模块、智能终端控制、数所库存储技术等进行设计。
题目：交通监控系统解决方案
思路：智能交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。其特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。智能交通是将信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统。实现车流量、交通事故的监控及交通信息的发布。作品可以利用智能交通实训平台，扩展ZIGBEE无线传感器功能模块、智能终端控制、数所库存储技术等进行设计。
题目：居民自助体检系统解决方案
思路：传统的体检是由医生安排逐项检查，操作完全由医生操作，受检者只能被动接受；在自助健康体检模式下，受检者根据实际需要自行选择体检项目和顺序，变成了医生辅助受检者参予的操作方式。神秘的高端仪器操作由受检者选择性的参与，彰显了服务以人为本的理
念。在专职的健康指导医师，并设有具备计量身高体重、血压、血氧、心电、脉搏、体温检测等功能的多种自助检测设备，可供辖区居民自助检测身体。作品可以利用嵌入式处理器硬件平台，医疗传感器，Linux操作系统，QT等，围绕医疗应用进行设计。

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