不需要鲜奶油:教授使用树莓派 改造实验室的电路板

碰巧 最好的——蝙蝠侠、蜘蛛侠、超人. 重启. 感谢博士. 詹妮弗Bastiaan, 机械工程副教授, 和克里斯蒂·布林克·布劳威尔, 机械工程实践教授, 动态系统控制实验室(MECH-431)也加入了这个俱乐部.

“我们试图在教授核心概念的同时让它变得有趣，”巴斯蒂安说. “我们知道学生们的想法，因为我们就是他们.”

Brinker browwer于2001年和2003年在凯特琳大学获得机械工程学士学位和硕士学位, 分别. 巴斯蒂安是凯特林1997级的一员. 在一起, 他们正在使用卓越教学和学习中心(CETL)特雷尔教学创新补助金来支付升级这两个实验室的材料.

“以前的实验室都是严格以电脑为基础的. 这是动手，使用树莓派平台，”巴斯蒂安说.  

在修改后的课程中, 学生将完成作业，包括物理测量和分析声压信号，以及使用树莓派计算平台对产品进行逆向工程. 之前的课程更侧重于基于模拟的项目.

现在, 学生们将编写各种模拟代码，并在期末机器人竞赛中展示他们的设计. 课堂上使用的树莓派拥有4g内存和博通的四核处理器. 巴斯蒂安说，它与智能手机的功能类似，但不如笔记本电脑强大.  

放弃模拟工作还解决了另外两个问题:成本和学术不诚实. 课程中以前的硬件需要更换，预计将花费15万美元. In the new course setup, motors are $6 each; a Raspberry Pi is $55. 新的硬件套件包括一个树莓派板, 带触控板的无线键盘, 一个10英寸的触摸屏显示器, 用于扩展功能的AUTO pHAT子板, 一个带编码器的直流电机和一个相机模块等等.

布林克·布劳维尔说:“许多学生家里都有同样的东西，他们正在摆弄这些东西。. “它将工业界使用的复杂软件与有趣的玩具结合起来，做有趣的事情.”

除了, 教师们现在有更多的自由来改变每学期的作业, 减少重复旧材料和过时材料的机会.

“天气非常干燥, 无聊，没有什么实验, 动手学习和硬件,巴斯蒂安谈到之前的球场布局时说.

布林克·布劳尔表示同意.

“机械工程师喜欢制造东西，也喜欢破坏东西，”她说. “他们想要插手. 当他们看到应用程序对他们自己设计的输入做出物理响应时，他们正在学习的材料就会真正产生共鸣.”

Brinker browwer在流感大流行期间想到了运动改变的想法. 她的祖母住在养老院，不能有访客. Brinker browwer找到了一种方法，让她的家人通过一个Lovebox与祖母交流. 

一个爱盒是一个小的, 木制盒子，外面有一颗心，可以通过应用程序接收短信. 只要收到短信，它的心就会转. 然后，她的祖母可以将心形朝相反的方向旋转，以发送回家庭表情符号.

像大多数工程师一样, 布林克·布劳维尔对盒子的结构很好奇, 于是她把它拆开了. 她发现制作它并不需要花太多的时间——一个小的直流电机驱动塑料心脏的旋转，一个LCD屏幕显示信息.

“我以为, “我们如何让学生在课堂上建立一些东西，收集有意义的数据，就像他们在现实世界中所做的那样??’”Brinker Brouwer说.

在春季学期, 学生们就是这样做的，他们用牛头犬代替心做了自己的盒子, 他们用MATLAB和Simulink软件编码的树莓派对Lovebox进行了逆向工程.

“逆向工程在行业中是一件非常重要的事情，可以了解竞争对手的产品以及它们的运作原理,巴斯蒂安说. “这是为今后的工作做准备. 当我在工业界工作时，我们会买整辆车，然后把它们一块一块地拆下来. 其他公司会为这些信息付费，以了解竞争对手的产品.”

除了, 学生们正在使用树莓派板和USB麦克风来收集声压数据, 对其进行筛选，并将其与专业数据采集系统收集的数据进行比较. 学生们还使用树莓派与MathWorks编程工作流在一种模式下创建和调试程序代码，并在另一种模式下实现调试代码. 他们用工作流程进行了实验，用树莓派板上的闪烁灯进行练习，并旋转连接到AUTO pHAT的直流电机.

24岁的Jonathan Eby很喜欢实施讲座的概念.

“这种实践经验提供了了解分析密集型课程的实践方面的机会,他说.

23岁的马修·格雷弗(Matthew Graver)表示同意.

“我非常享受使用新技术为实验室编程的能力, 这些设备让我更容易直观地理解我在做什么，以及这些数据如何符合我们的实验室目标,他说. “特别是树莓派设备的使用，非常有用，而且很有教育意义.”

23岁的安吉尔·纳贾尔(Angel Najjar)说，她无法想象没有新的硬件套件就能学习这些概念.

“看到你的代码运行是一回事, 但能亲眼看到它运转发动机, 解决问题, 等. 让我对我们正在做的事情及其目的有了具体的了解。.

Eby说他会把这个实验室推荐给其他学生.

“这不仅是机械工程学位所必需的, 但这是一次愉快的学习经历,他说.

严重的说, “这个实验室在给你更多的编程经验方面做得很好, 学生可以学习如何使用不同的技术来编程不同的功能. 更加熟悉MATLAB和树莓派设备是这门课的亮点之一，我知道这将使我在未来受益.”

纳贾尔也会推荐这门课.

“我想我学到了很多，”她说. “我喜欢这种亲力亲为的感觉，而且我对自己的编程能力更有信心了.”

看起来评论已经出来了，学生们喜欢这个重启.