一种面向小学生的嵌入式开发平台设计与实现

刘艺 瞿少成 陈尧 万洪波 曾佳慧

摘要：为了提高小学生编程学习的便捷性和趣味性，设计并实现了一种面向小学生的嵌入式开发平台。首先，以SOM-RK3399为核心，通过集成语音处理模块、STM32控制模块和各种外设等，完成了一种面向小学生的嵌入式开发硬件平台。其次，搭载支持Scratch软件的Linux系统，构建了基于语音识别与微机控制的操作环境。最后，基于所设计的嵌入式开发平台，设计了“语音智能点灯”和“Scratch编程控制风扇”等编程案例。实验结果表明，平台性能良好，操作环境简单，编程案例可扩展性强，有助于小学生的编程学习，具有良好的实用价值。

关键词：嵌入式平台;硬件设计;STM32;语音处理;小学生编程

中图分类号：TP368      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）10-0033-04

Abstract： In order to improve the convenience and interest of pupils to learn programming， an embedded development platform for pupils is designed and implemented. First of all， by integrating voice processing module， STM32 control module and various peripherals into SOM-RK3399， an embedded development hardware platform for pupils is designed. Secondly， Linux system that supports Scratch programming is established， and an operating environment based on voice recognition and computer control is constructed. Finally， based on the designed embedded development platform， programming routines such as “Voice Intelligent Lighting” and “Scratch Programming Control Fan” are developed. Experimental results show that this platform has good performance， simple operating environment， and strong scalability of programming cases， which is helpful for pupils' programming learning and has good popularization value.

Key words： embedded platform; hardware design; STM32; speech processing; pupils programming

1 背景

經研究发现，合适的编程教育平台对小学生的编程学习尤为重要[1]。对小学生编程学习而言，一款操作简单、性能良好、案例有趣的编程教学平台，有助于提高学生的编程兴趣和动手能力[2]。

目前市面上只针对小学生的编程教学平台较少。在武汉市新沟桥小学的调研中发现，编程教育设备匮乏，教学条件有限，并不能做到编程课的普及，最重要的是缺少一款合适的编程教育平台。文献[3]提出了一种基于PC机的小学生Scratch游戏化编程的教学方案，操作简单、编程有趣，但缺乏便捷性且不能进行实物的控制。文献[4]提出了一种积木式数字电路实验箱，便于实物搭接与控制，但其针对大学生教育，缺乏简单的操作环境。总体而言，现针对小学生的编程教学平台存在硬件控制缺失、环境复杂且编程案例固化等[5-8]。……