《智能控制終端技術(shù)》課課程教學(xué)大綱

《智能控制終端技術(shù)》教學(xué)大綱課程英文名Intelligentcontrolterminaltechnology課程代碼01M0134學(xué)分4總學(xué)時(shí)64理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)32課程類別專業(yè)課課程性質(zhì)任選先修課程《微機(jī)原理及其應(yīng)用》適用專業(yè)理工科專業(yè)（非計(jì)算機(jī)專業(yè)）開課學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位《智能控制終端技術(shù)》是自動(dòng)化專業(yè)選修的專業(yè)選修課，是檢測技術(shù)、C語言技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)和微機(jī)原理及其應(yīng)用課程的后續(xù)綜合應(yīng)用課程。其目的是使學(xué)生掌握嵌入式終端裝置的設(shè)計(jì)理論技術(shù)和實(shí)踐應(yīng)用，能夠運(yùn)用嵌入式技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行控制終端的整體設(shè)計(jì)。通過對本課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)、通訊的基礎(chǔ)原理、現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)原理、以及多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)過程、嵌入式技術(shù)的基本原理、多任務(wù)操作系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理、運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)和各類常見電機(jī)的控制原理。為今后從事智能控制終端、嵌入式檢測裝置的開發(fā)和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，具備初步的自動(dòng)控制檢測裝置的設(shè)計(jì)能力。（二）課程目標(biāo)（1）掌握智能控制終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，能夠針對待檢測控制對象，給出多種解決方案并進(jìn)行比較和分析，并能夠針對特定解決方案發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并就改進(jìn)的可能性進(jìn)行初步分析的能力，具有科學(xué)的鉆研精神。（2）熟悉使用專業(yè)軟件工具進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)、模擬和分析自動(dòng)化領(lǐng)域工程問題，能夠熟練的運(yùn)用QT開發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、串行通訊，以及數(shù)據(jù)的顯示、記錄和歷史回顧功能，初步具備自動(dòng)化領(lǐng)域的工程軟件設(shè)計(jì)能力和工程素質(zhì)。（3）理解自動(dòng)化工程與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，了解自動(dòng)化技術(shù)對于可持續(xù)發(fā)展的影響，在自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠考慮到其對環(huán)境的影響和保護(hù)所起的作用，具有社會(huì)責(zé)任和科學(xué)倫理意識(shí)。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法《智能控制終端技術(shù)》課程教學(xué)采用課堂教學(xué)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)的方法，針對智能控制終端裝置在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)最小原型的測試方法和系統(tǒng)的調(diào)試方法，在細(xì)化功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合嵌入式技術(shù)、通訊技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的智能控制終端裝置。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識(shí)分析和解決控制科學(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。（1）課堂教學(xué)主要講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通訊的基本原理，主流現(xiàn)場總線技術(shù)的性能概況和他們的主要應(yīng)用場合；現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢，以及工業(yè)以太網(wǎng)的性能優(yōu)勢；CAN總線的概念和CAN總線的由來；熟悉CAN的分層結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議，CAN報(bào)文的楨結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的概念，了解前后臺(tái)系統(tǒng)、代碼臨界段的定義；任務(wù)管理的實(shí)現(xiàn)過程，Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)，STM32程序設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)中，充分引入互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效果。（2）針對某些較為容易或先期講解較為充分的知識(shí)點(diǎn)，列出部分內(nèi)容作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練、形成良好的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力。（3）設(shè)計(jì)驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)理論知識(shí)的應(yīng)用能力、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求（支撐程度H、M、L）3-35-27-1課程目標(biāo)（1）H課程目標(biāo)（2）M課程目標(biāo)（3）M注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）；2.畢業(yè)要求須根據(jù)課程所在專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行描述。四、課程主要內(nèi)容與基本要求第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；熟悉通訊的基本原理；熟悉ISO/OSI七層結(jié)構(gòu)的定義和原理；熟悉TCP/IP協(xié)議的基本原理和應(yīng)用場合；掌握C/S通訊構(gòu)架的基本原理和實(shí)現(xiàn)過程。第二章常用現(xiàn)場總線技術(shù)了解現(xiàn)場總線技術(shù)的概念和由來；熟悉主流現(xiàn)場總線技術(shù)的性能概況和他們的主要應(yīng)用場合；熟悉現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢，以及工業(yè)以太網(wǎng)的性能優(yōu)勢；第三章CAN技術(shù)規(guī)范了解CAN總線的概念和CAN總線的由來；熟悉CAN的分層結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議，以及它和ISO/OSI七層協(xié)議的不同；熟悉CAN報(bào)文的楨結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、超載幀和錯(cuò)誤幀。；熟悉CAN的報(bào)文濾波技術(shù)，一對多、一對一和一多所有通訊方式的實(shí)現(xiàn)原理。第四章實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的概念了解前后臺(tái)系統(tǒng)、代碼臨界段的定義；了解資源、共享資源、多任務(wù)和任務(wù)切換的概率；了解內(nèi)核、調(diào)度、不可剝奪型內(nèi)核和可剝奪型內(nèi)核的定義；熟悉可重入性、時(shí)間片輪番調(diào)度法和優(yōu)先級(jí)的概念。第五章任務(wù)管理的實(shí)現(xiàn)過程了解建立任務(wù)、任務(wù)堆棧和堆棧檢驗(yàn)的過程；熟悉刪除任務(wù)、請求刪除任務(wù)和改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)的實(shí)現(xiàn)原理；熟悉掛起任務(wù)、恢復(fù)任務(wù)和獲得有關(guān)任務(wù)的信息。第六章Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)了解M3微處理器核結(jié)構(gòu)以及其和51單片機(jī)的區(qū)別；了解處理器的工作模式及狀態(tài)，主頻的設(shè)置過程；了解寄存器、總線接口、存儲(chǔ)器的組織與映射；熟悉指令集、流水線和異常和中斷的實(shí)現(xiàn)過程。第七章STM32程序設(shè)計(jì)了解Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)；熟悉FWLib固件庫、嵌入式C編程標(biāo)準(zhǔn)；掌握STM32的GPIO、中斷系統(tǒng)和通用同步/異步收發(fā)器；掌握STM32定時(shí)器的設(shè)置與應(yīng)用和A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。第八章運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)熟悉PWM的基本原理和實(shí)現(xiàn)過程；熟悉直流電機(jī)的調(diào)速原理和實(shí)現(xiàn)過程；熟悉步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速原理和實(shí)現(xiàn)過程；熟悉舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理和實(shí)現(xiàn)過程。五、課程教學(xué)學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)第1章1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)1.2通訊的基本原理1.3ISO/OSI七層結(jié)構(gòu)1.4TCP/IP協(xié)議的基本原理1.5C/S通訊構(gòu)架的基本原理1.6網(wǎng)絡(luò)硬件基礎(chǔ)4了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、組成、應(yīng)用和發(fā)展趨勢；理解ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；掌握C/S通訊的創(chuàng)建過程1.完成課堂作業(yè)：QQ通訊的原理。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)3第2章2常用現(xiàn)場總線技術(shù)2.1現(xiàn)場總線技術(shù)概況2.2主流現(xiàn)場總線技術(shù)的性能概況2.3現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢2.4工業(yè)以太網(wǎng)6了解現(xiàn)場總線的定義以及它和DCS的區(qū)別；理解IEC611158主流現(xiàn)場總線的性能；1.課前預(yù)習(xí)現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢，工業(yè)以太網(wǎng)的性能優(yōu)勢課程目標(biāo)1課程目標(biāo)3第3章3CAN技術(shù)規(guī)范3.1CAN總線的概念3.2CAN的分層結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議3.3CAN報(bào)文的楨結(jié)構(gòu)3.4CAN的報(bào)文濾波技術(shù)3.5CAN總線的通信錯(cuò)誤及其處理6了解CAN總線的定義以及它和485通訊的區(qū)別；理解CAN總線的報(bào)文幀結(jié)構(gòu)；掌握CAN總線的報(bào)文濾波設(shè)置方法1.完成課堂作業(yè)：如何實(shí)現(xiàn)CAN總線群發(fā)。課程目標(biāo)2第4章4實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的概念4.1前后臺(tái)系統(tǒng)、代碼臨界段的定義4.2資源、共享資源、多任務(wù)和任務(wù)切換的概率4.3內(nèi)核、調(diào)度、不可剝奪型內(nèi)核和可剝奪型內(nèi)核的定義4.4可重入性、時(shí)間片輪番調(diào)度法和優(yōu)先級(jí)的概念4理解實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本概念；掌握可重入性、時(shí)間輪番調(diào)度法和優(yōu)先級(jí)的概念1.完成課堂作業(yè)：常用的嵌入操作都有什么優(yōu)點(diǎn)？課程目標(biāo)1第5章5任務(wù)管理的實(shí)現(xiàn)過程5.1建立任務(wù)、任務(wù)堆棧和堆棧檢驗(yàn)5.2刪除任務(wù)、請求刪除任務(wù)和改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)2理解任務(wù)的建立過程；掌握任務(wù)的調(diào)度和切換方法1.課前預(yù)習(xí)uc/os操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。課程目標(biāo)2第6章6Cortex-M3體系結(jié)構(gòu)6.1M3微處理器核結(jié)構(gòu)6.2處理器的工作模式及狀態(tài)6.3寄存器、總線接口、存儲(chǔ)器的組織與映射6.4指令集、流水線和異常和中斷2了解M3微處理器的結(jié)構(gòu)、工作模式和寄存器；掌握指令集、流水線和中斷的概率1.課前預(yù)習(xí)ARM公司的發(fā)展由來。課程目標(biāo)2第7章7STM32程序設(shè)計(jì)7.1Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)7.2FWLib固件庫、嵌入式C編程標(biāo)準(zhǔn)7.3STM32的GPIO、中斷系統(tǒng)和通用同步/異步收發(fā)器7.4STM32定時(shí)器和A/D轉(zhuǎn)換器4了解STM32的庫函數(shù)編程方法；理解stm32的GPIO操作、中斷、串行通訊和AD采集原理1課前預(yù)習(xí)IAR和KEIL軟件的區(qū)別？課程目標(biāo)2第8章8運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)8.1PWM的基本原理8.2直流電機(jī)的調(diào)速原理8.3步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速原理8.4舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理4理解PWM波形的基本原理，掌握直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理。1完成電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)方面的擴(kuò)展閱讀？課程目標(biāo)2備注：根據(jù)學(xué)生學(xué)情適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，并安排部分教學(xué)內(nèi)容為自學(xué)內(nèi)容，通過大作業(yè)來對學(xué)生自學(xué)情況進(jìn)行考核。六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1基于TCP的以太網(wǎng)C/S構(gòu)架通訊實(shí)驗(yàn)掌握C/S通訊構(gòu)架在實(shí)際工程應(yīng)用中的使用方法采用VC++或者QT軟件實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊功能驗(yàn)證必做2串行通訊助手開發(fā)掌握基于C++的上位機(jī)串口通訊軟件開發(fā)采用VC++或者QT軟件實(shí)現(xiàn)串口通訊功能驗(yàn)證必做3以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串行通訊實(shí)驗(yàn)掌握基于C++的以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口通訊軟件開發(fā)采用VC++或者QT軟件實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口通訊功能驗(yàn)證必做4RS485通訊收發(fā)實(shí)驗(yàn)理解主從通訊的基本原理和掌握485通訊的收發(fā)原理；采用Keil軟件實(shí)現(xiàn)485通訊功能驗(yàn)證必做5CAN總線通訊收發(fā)實(shí)驗(yàn)理解CAN總線點(diǎn)對點(diǎn)通訊、廣播通訊和多節(jié)點(diǎn)通訊組網(wǎng)原理采用Keil軟件實(shí)現(xiàn)CAN總線的多點(diǎn)收發(fā)功能驗(yàn)證必做6基于modbus的環(huán)境檢測裝置實(shí)驗(yàn)理解modbus協(xié)議的基本概念和應(yīng)用方法采用VC++或者QT軟件軟件實(shí)現(xiàn)modbus通訊協(xié)議驗(yàn)證必做7基于UC/OS-II操作系統(tǒng)的跑馬燈實(shí)驗(yàn)掌握基于UC/OS-II的多任務(wù)創(chuàng)建和任務(wù)調(diào)度的應(yīng)用采用VC++或者keil軟件軟件實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的創(chuàng)建和調(diào)度驗(yàn)證必做8基于多線程的計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)掌握基C++的多線程任務(wù)創(chuàng)建和應(yīng)用采用VC++或者QT軟件實(shí)現(xiàn)多線程的運(yùn)行驗(yàn)證必做9STM32基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)熟悉STM32的程序燒寫過程，跑馬燈實(shí)驗(yàn)和AD采集實(shí)驗(yàn)的基本原理采用Keil軟件實(shí)現(xiàn)跑馬燈和AD采集功能驗(yàn)證必做10基于QT的嵌入式節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)掌握基于STM32的傳感器采集，并通過串行通訊和QT上位機(jī)進(jìn)行通訊采用Keil軟件和QT軟件實(shí)現(xiàn)串口的上下位機(jī)通訊驗(yàn)證必做11基于STM32的電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)掌握硬件PWM波形輸出，直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)的控制。采用Keil軟件實(shí)現(xiàn)PWM的輸出和電機(jī)的控制驗(yàn)證必做12密室逃脫控制裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)掌握定時(shí)器設(shè)置，以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，串行通訊協(xié)議解析，下位機(jī)繼電器控制采用VC++或者QT軟件實(shí)現(xiàn)密室逃脫功能驗(yàn)證必做13光照窗簾智能控制實(shí)驗(yàn)理解數(shù)字光照傳感器的采集原理，掌握基于stm32的串行通訊協(xié)議定制和上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控采用Keil軟件和QT軟件實(shí)現(xiàn)智能窗簾的監(jiān)控和控制功能驗(yàn)證必做14溫濕度智能植物澆灌實(shí)驗(yàn)理解數(shù)字溫濕度傳感器的采集原理，掌握上位機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā)和澆灌聯(lián)動(dòng)控制采用Keil軟件和QT軟件實(shí)現(xiàn)溫濕度的監(jiān)控和控制功能驗(yàn)證必做15具有多傳感檢測的四輪驅(qū)動(dòng)小車控制實(shí)驗(yàn)熟悉基于STM32的傳感器采集，熟悉采用LM298的電機(jī)調(diào)速，掌握舵機(jī)的二維平移臺(tái)轉(zhuǎn)角控制，掌握基于串行通訊和以太網(wǎng)通訊的小車遠(yuǎn)程控制功能采用Keil軟件和QT軟件實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)的采集和小車的控制功能綜合選作16音樂噴泉控制實(shí)驗(yàn)掌握水泵控制的控制功能，基于PWM調(diào)節(jié)的噴水強(qiáng)度動(dòng)態(tài)控制功能，音頻文件的讀取功能和音樂噴泉的遠(yuǎn)程控制功能。采用Keil軟件和QT軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)合音樂的水泵水量控制綜合選作17日月湖水環(huán)境綜合監(jiān)控實(shí)驗(yàn)掌握太陽能供電的基礎(chǔ)原理，實(shí)現(xiàn)基于嵌入式的水位采集功能，數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)庫記錄功能采用Keil軟件和QT軟件實(shí)現(xiàn)水環(huán)境檢測和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能綜合選作共計(jì)32個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)考核方法及成績評(píng)定表1考核方式及成績評(píng)定表考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核大作業(yè)知識(shí)點(diǎn)表述完整性10%實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)功能要求和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析30%課堂表現(xiàn)成績學(xué)生到課情況、互動(dòng)表現(xiàn)、中國計(jì)量學(xué)院學(xué)生課程平時(shí)成績考核細(xì)則10%期末考核閉卷試卷參考答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)50%考核類別考試成績登記方式百分制表2課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)和達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)合格標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)1講授大作業(yè)A0.6實(shí)驗(yàn)成績B課堂表現(xiàn)C期末考試成績D1課程目標(biāo)2講授、討論大作業(yè)A0.6實(shí)驗(yàn)成績B課堂表現(xiàn)C期末考試成績D2課程目標(biāo)3講授、討論大作業(yè)A0.6實(shí)驗(yàn)成績B課堂表現(xiàn)C期末考試成績D3注：試卷中，課程目標(biāo)1總分D10,課程目標(biāo)2總分D20，課程目標(biāo)3總分D30；試卷中，學(xué)生實(shí)際獲得