基于单片机的颜色识别早教系统设计与实现毕业论文Word文件下载.docx

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关键词：

早教系统单片机颜色识别LCD显示语音播报

Abstract

Inordertoimprovechildren'

searlyeducation,reducetheirparents'

lifepressure,andgivechildrentheopportunitytoplayandlearnatthesametime,inthisstudy,wewilldesignacolorrecognitionearlyeducationsystemwithbasicfunctions,whichhasfourfunctions:

colorrecognition,voicebroadcast,LCDscreendisplayandquestionanswering

Thispapermainlydoesthefollowingwork:

analyzesthemarketandresearchstatusofcolorrecognitionearlyeducationsystemathomeandabroad;

completesthehardwareframeworkdesignofthewholecolorrecognitionearlyeducationsystem,introducesthespecificroleandapplicationofeachmodule;

analyzesthesoftwaresystemframeworkofcolorrecognitionearlyeducationsystem,anddesignsthedrivingcodeofeachmoduleinthesystem;

finallyThecolorrecognitionearlyeducationsystemdesignedhasthreetests:

singlecolorrecognitiontestandmultiplecolorrecognitiontestbasedontheanswerfunctiontest,whichprovesthefeasibilityofthecolorrecognitionearlyeducationsystembasedonsinglechipmicrocomputer.

Keywords：

EarlyeducationsystemSinglechipColorrecognition

LCDdisplayVoiceAnnouncements

第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

截止2019年为止，中国人口总数已经超过了14亿。

中国的人口基数大，新增人口多，城市与农村的经济差距较大，在农村的就业机会不多，再加上农村人口数量庞大，所以农村父母大部分选择外出打工，这就导致了农村留守儿童的数量逐渐的庞大起来。

中华人民共和国第五次人口普查工作在2000年11月1日开展，根据此项调查的数据显示，中国农村的留守儿童数量接近2000万人。

为了得到我国农村留守儿童的具体数据，我国有关部门在全国范围内的农村留守儿童的摸底排查工作在2016年的3月底开展。

截至调查结束时间为止，根据调查数据显示，我国十六周岁以下的农村留守儿童人数为902万人。

其中，有89.3%的留守儿童是由他们的祖辈监护的，数量约为805万人；

3.3%的留守儿童由亲戚朋友监护，数量约为30万人；

有3.4%的留守儿童父母中的一方外出务工另一方因为各种原因无监护能力，数量约为31万人。

还有4%的农村留守儿童无人监护，数量约为36万。

在上述所举的数据中，值得关注的是有80%-90%以上的留守儿童由祖父母或亲友临时监护。

年龄相对较高、受过的文化教育水平较低、文化素质相对较为低下的祖父母，留守儿童的学习他们并没有能力指导和监督。

即使在一、二线城市，由于当代社会的生活节奏加快，家长在繁忙的都市生活中完成工作方面的事情后，时间和精力也已经所剩无几。

这些居住在一、二线城市的家长能够陪孩子一起玩耍和学习的时间是少之又少，无法让孩子接受到相比于现在更好的早期教育。

故提出“基于单片机的颜色识别早教系统设计与实现”的项目，以此来缓解现代中国社会存在的这种矛盾关系，给予留守儿童更好的学习机会与早期教育，在能让父母得到充分休息的同时给予孩子更好的早期教育。

1.2国内外研究历史和现状

幼儿启蒙教育是幼儿教育的重要组成部分，同时很多的幼儿启蒙教育主要是用来进行知识和技能的传授。

[1]国外早在1980年就有相关的学术研究，幼儿启蒙教育的基本理论、基础技术和幼儿启蒙教育的应用等方向的研究在这个时期得到了迅速的发展。

随着国外计算机技术的广泛普及应用，越来越多的研究人员把眼光投放在了以游戏的形式作为载体的儿童启蒙教育的方式上。

到现在为止，在国外有很多国家已经实现了幼儿启蒙教育的市场化模式，将幼儿启蒙教育与其他形式的教育放在同一水平面上。

不同于西方国家，我国在幼儿启蒙教育方面上的研究比较晚。

但总的来说，我国幼儿启蒙教育的发展是非常迅速的。

自从进入21世纪开始，我国在幼儿启蒙教育上的研究就逐渐发展起来、研究内容就逐渐丰富起来。

在2007年以后，随着越来越多的国人关注幼儿启蒙教育，我国在该领域的研究更是加快了步伐。

幼儿启蒙教育在我国也是越来越受到国人的关注和重视，关注度和重视程度在逐年的提高。

在研究方向上，我国也是与西方国家有些不同的。

发展综述类研究、技术工具类研究和应用实践类等方面的研究是我国的主要研究方向。

虽然理论成果丰富，但是因为国内的大部分研究就只集中在幼儿启蒙教育的理论方面，所以实际操作指导性并不强，对于我国的幼儿启蒙教育的发展起到的作用并不明显。

目前国内颜色识别早教系统这一方向的应用研究大部分都在软件方面上，其中有《幼儿图形及颜色识别软件的设计与实现》这一论文与本论文设计方向上具有一定的相似性，该论文是由北京工业大学的硕士连环提出的。

该论文将颜色识别、图形识别等功能集成在APP上，通过需求调查分析，进行了功能结构设计和数据库表的设计。

在硬件系统的研究设计上，近年来越来越多的儿童玩具厂商也开始了朝着智能早教系统这个方面进行研究设计。

1.3论文研究内容和目标

根据设计要求，颜色识别早教系统提供了包括了以STM32单片机作为核心的控制模块，颜色识别模块、LCD触摸液晶显示屏模块和语音播报模块与单片机进行配合。

[2]通过STM32单片机来搭配上述三个模块模块实现各种功能，从而使整个系统的功能更加的全面和丰富。

颜色识别早教系统由颜色识别模块、显示模块、语音模块组成，由颜色识别模块识别到物体颜色之后再通过显示屏显示出来，并且通过语音模块读出其读音。

如果在系统使用的单次周期内该颜色的检测次数大于一次，则会进入答题模式。

颜色识别早教系统进入答题模式时会有语音提示。

进入答题模式后，系统会在LCD显示屏上随机生成一个颜色的图片和该物体颜色的图片提供给用户选择，用户可以在LCD显示屏上作出选择，如果选择正确，系统会让语音模块播报选择正确的语音，选择错误的话系统会让语音模块播报选择错误的语音。

1.4论文结构安排

本论文的整体结构主要由以下六个章节构成：

第一章，绪论，分析和研究本课题的提出背景和意义，以及分析了国内外对于幼儿启蒙教育的发展历史和现阶段的差距，并提出了本次论文的主要研究内容和目标；

第二章，介绍颜色识别早教系统的相关技术，分析了嵌入式技术、颜色识别技术、LCD显示技术、语音播报技术和嵌入式相关技术，描述了其优点和在颜色识别早教系统中的功能；

第三章，介绍了硬件系统设计，描述了整个颜色识别早教系统的整体硬件框架并介绍了STM32F103C8T6核心板、颜色识别模块、LCD触摸液晶显示模块、语音播报模块的详细信息。

第四章，系统软件开发，描述了整体软件的设计框架，同时描述了颜色识别模块、LCD显示模块、语音播报模块的驱动方法和相关代码的编写。

第五章，颜色识别早教系统的测试，将完成的颜色识别系统进行了详细的测试，其中包括LCD显示模块显示功能的测试、单次识别物体颜色以及多次识别物体颜色共三个测试。

第六章，总结与展望，对论文中研究的颜色识别早教系统阐述了目前主要的研究成果以及当前颜色识别早教系统中所存在的不足，并展望了未来的颜色识别早教系统的发展。

第二章颜色识别早教系统相关技术

1.

2.1嵌入式技术

从发展时间上看，嵌入式技术比单片机技术晚；

从应用范围上看，嵌入式技术比单片机技术更加广泛，在我们生活中所看到的各类电子产品和数字化的电子，他们的核心技术就是嵌入式技术。

嵌入式技术主要有以下两种功能，分别是实现了对设备的监视或管理，使用户能够更好的使用设备；

和对硬件设备的控制，使用户能够很便捷的使用设备。

因为在不同的场景和不同的应用任务下我们需要选择不同的嵌入式软件和硬件，所以这时候我们就要考虑到嵌入式软硬件的功耗、处理能力、成本、体积和可靠性等参数。

系统软件和应用软件是嵌入式系统的核心，要求软件的代码需要有性能可靠、紧凑有序的特点，而且嵌入式系统对代码的实时性有严格要求，因为系统的存储空间有限。

嵌入式技术能够执行专用的功能。

因为嵌入式系统需要应用到不同的设备环境上，这就需要有能够支持嵌入式系统功能的专用的微处理器和专用的计算机系统，除此之外，嵌入式系统还需要具备专门化、可靠性高和价格低等通用计算机所不具备的特点。

一个电脑系统包括软件系统和硬件系统，嵌入式系统也是如此。

拥有了软硬件，嵌入式系统就可以独立的工作了。

可以独立工作以后，嵌入式系统就可以控制对应的目标设备，成为使目标设备智能化的控制器。

不仅如此，嵌入式系统还具有如下特点。

1）通常在不同的应用环境之中需要有不同的嵌入式系统来支持不同的应用功能，嵌入式系统需要根据不同的用户群体来提供不同的功能，所以具有专用性的特点。

2）为了不破坏目标设备的整体构造记忆整体观感，不会使嵌入式系统的体型影响到目标设备的整体构造，这就得益于嵌入式系统里的集成芯片，实现了嵌入式系统的小型化。

3）通常嵌入式系统都需要对目标设备进行全天的操作管控，要对目标设备的行为进行实行管理，所以嵌入式系统具有较强的实时性。

4）为了保证目标设备的正常工作，通常嵌入式系统不能对目标设备的能源损耗过大，而且还具有一些相对较小的目标设备，不允许能源损耗过大，所以嵌入式系统具有低功耗的特点。

5）嵌入式系统在实现目标功能的时候，因为其小型化的特点，就需要把为了实现目标功能所需的软硬件结合在其小型化的空间里，这样需要用最大的程度来发挥软硬件的功能，实现了高性能的特点。

2.2颜色识别技术

现实中的颜色多种多样，构成了丰富多彩的视觉世界。

[3]自动控制系统在被提出时，得到了普遍的关注与发展。

其中新兴的检测技术，颜色识别技术就在它在理