物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用 項(xiàng)目五基于藍(lán)牙4.0的溫度計(jì)系統(tǒng)教案

一、教案首頁標(biāo)題：建立藍(lán)牙4.0硬件環(huán)境學(xué)時(shí)數(shù)4授課班級上課時(shí)間上課地點(diǎn)課堂類型：理論課□實(shí)踐課□理論·實(shí)踐課?其他□教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)（思政目標(biāo)）能夠搭建BLE協(xié)議棧的開發(fā)環(huán)境，完成工程建立、配置、調(diào)試與下載2)能夠根據(jù)應(yīng)用需求修改BLE協(xié)議棧，組建BLE通信網(wǎng)絡(luò)1)了解藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)知識2)了解藍(lán)牙系統(tǒng)組成與協(xié)議3)熟悉藍(lán)牙4.0硬件模塊及其開發(fā)環(huán)境搭建過程1)培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。2）增強(qiáng)問題解決能力3）增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流能力教學(xué)重點(diǎn)BLE協(xié)議棧的開發(fā)環(huán)境搭建、工程建立、配置、調(diào)試與下載過程教學(xué)難點(diǎn)理解BLE協(xié)議棧的層次結(jié)構(gòu)和工作原理，根據(jù)應(yīng)用需求修改BLE協(xié)議棧的方法。教學(xué)資源1.物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用，張佐理，電子工業(yè)出版社2.傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（中級），陳繼欣主編，機(jī)械工業(yè)出版社教法與學(xué)法講授法、演示法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、討論法、實(shí)踐法等。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程（教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)）一、引入課題（5分鐘）背景介紹：簡述物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用背景，以及智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展趨勢。項(xiàng)目概述：介紹基于藍(lán)牙4.0的溫度計(jì)系統(tǒng)項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)其在實(shí)時(shí)人體溫度監(jiān)測方面的應(yīng)用前景。教學(xué)目標(biāo)明確：回顧并明確本節(jié)課的知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。二、理論講解（20分鐘）藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)定義與起源：介紹藍(lán)牙技術(shù)的定義及其由愛立信、諾基亞等五家公司聯(lián)合發(fā)布的背景。技術(shù)演進(jìn)：概述藍(lán)牙技術(shù)的版本演進(jìn)（1.1至5.2），重點(diǎn)講解藍(lán)牙4.0及BLE技術(shù)的特點(diǎn)。系統(tǒng)組成：講解藍(lán)牙系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)牙核心協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議。低功耗藍(lán)牙（BLE）技術(shù)技術(shù)優(yōu)勢：深入分析BLE技術(shù)的低功耗、長距離通信、快速連接等優(yōu)勢。應(yīng)用場景：介紹BLE技術(shù)在智能可穿戴設(shè)備、醫(yī)療保健、體育健身等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。三、硬件選型與環(huán)境搭建（30分鐘）硬件模塊介紹CC2541模塊：詳細(xì)講解CC2541模塊的功能特性，包括其集成的射頻收發(fā)器、MCU、內(nèi)存等。DS18B20傳感器：介紹DS18B20數(shù)字溫度傳感器的基本參數(shù)及應(yīng)用場景。開發(fā)環(huán)境搭建軟件選擇：介紹IAREmbeddedWorkbenchfor8051開發(fā)環(huán)境，演示如何安裝并配置開發(fā)環(huán)境。硬件連接：演示如何將CC2541模塊與DS18B20傳感器進(jìn)行接口連接。四、BLE協(xié)議棧配置與調(diào)試（30分鐘）協(xié)議棧下載與安裝從TI官方網(wǎng)站下載BLE協(xié)議棧軟件包（如BLE-CC254x-1.3.2），并演示安裝過程。協(xié)議棧文件結(jié)構(gòu)解析講解BLE協(xié)議棧軟件包的文件結(jié)構(gòu)，包括Accessories、Components、Documents、Projects等文件夾內(nèi)容。示例工程分析以SimpleBLEPeripheral示例工程為例，分析其工程結(jié)構(gòu)，包括APP、HAL、INCLUDE、LIB等文件夾分組情況。工程配置與調(diào)試演示如何建立新的BLE工程，進(jìn)行工程配置，包括設(shè)置串口參數(shù)、初始化用戶任務(wù)等。編譯并下載程序到藍(lán)牙開發(fā)板，演示調(diào)試過程，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。五、BLE網(wǎng)絡(luò)組建與管理（30分鐘）BLE網(wǎng)絡(luò)工作原理講解BLE網(wǎng)絡(luò)的基本組成和工作原理，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、請求連接、建立連接和終止連接等操作。網(wǎng)絡(luò)組建實(shí)踐通過示例工程演示BLE網(wǎng)絡(luò)的組建過程，包括設(shè)備間的配對與連接。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，組建自己的BLE網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行設(shè)備間的通信測試。六、串口通信程序編寫與調(diào)試（30分鐘）串口通信基礎(chǔ)講解串口通信的基本原理，包括串口號配置、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收等。串口初始化演示如何在BLE協(xié)議棧中添加串口初始化函數(shù)，配置串口參數(shù)。數(shù)據(jù)發(fā)送與接收編寫串口發(fā)送數(shù)據(jù)的代碼，并通過串口調(diào)試助手接收數(shù)據(jù)，驗(yàn)證通信功能的正確性。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，編寫并調(diào)試自己的串口通信程序。七、項(xiàng)目總結(jié)與評估（15分鐘）項(xiàng)目回顧回顧項(xiàng)目實(shí)施過程，總結(jié)項(xiàng)目成果與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。強(qiáng)調(diào)BLE技術(shù)在智能可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用前景及其重要性。成果展示邀請部分學(xué)生展示自己的項(xiàng)目成果，包括硬件連接、程序調(diào)試、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｔu估與反饋對學(xué)生的實(shí)踐成果進(jìn)行評估，給予具體的反饋與建議。鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)BLE技術(shù)及其他相關(guān)知識。教學(xué)反思標(biāo)題：基于藍(lán)牙4.0低功耗技術(shù)的智能溫度計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)時(shí)數(shù)4授課班級上課時(shí)間上課地點(diǎn)課堂類型：理論課□實(shí)踐課□理論·實(shí)踐課?其他□教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)（思政目標(biāo)）1)能夠根據(jù)應(yīng)用需求，使用BLE技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信2)能夠編寫代碼實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙溫度計(jì)的異常溫度報(bào)警功能，并通過集中器控制報(bào)警器的開關(guān)1)了解理解BLE（BluetoothLowEnergy）協(xié)議棧的基本架構(gòu)及其各層功能2)掌握BLE標(biāo)準(zhǔn)中主機(jī)與從機(jī)建立連接的過程1)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和問題解決能力。2)增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通協(xié)調(diào)能力教學(xué)重點(diǎn)BLE協(xié)議棧的開發(fā)環(huán)境搭建、工程配置、調(diào)試與下載方法教學(xué)難點(diǎn)編寫并調(diào)試程序?qū)崿F(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理教學(xué)資源1.物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用，張佐理，電子工業(yè)出版社2.傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（中級），陳繼欣主編，機(jī)械工業(yè)出版社教法與學(xué)法講授法、演示法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、討論法、實(shí)踐法、合作學(xué)習(xí)和反思總結(jié)等。教學(xué)內(nèi)容1.引入階段（10分鐘）情境導(dǎo)入：通過展示智能家居中的藍(lán)牙設(shè)備（如藍(lán)牙溫度計(jì)、智能門鎖等），引導(dǎo)學(xué)生思考這些設(shè)備如何通過藍(lán)牙進(jìn)行通信與控制。任務(wù)說明：明確本次課程的任務(wù)是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙溫度計(jì)的異常溫度報(bào)警功能，以及通過集中器控制報(bào)警器的開關(guān)。2.理論講解階段（40分鐘）BLE協(xié)議棧介紹（10分鐘）：講解BLE協(xié)議棧的分層架構(gòu)，包括物理層、鏈路層、HCI層、GAP層、L2CAP層、SM層、ATT層和GATT層。介紹每層的主要功能和作用。BLE主機(jī)與從機(jī)建立連接過程（10分鐘）：結(jié)合圖5-2-1，詳細(xì)講解BLE標(biāo)準(zhǔn)中主機(jī)與從機(jī)建立連接的過程，包括發(fā)送廣播、掃描請求、掃描響應(yīng)和建立連接等步驟。GATT層深度解析（15分鐘）：講解GATT層在BLE通信中的角色，區(qū)分GATT客戶端和GATT服務(wù)器的概念。介紹如何通過GATT層實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)讀寫操作。應(yīng)用層配置（5分鐘）：介紹BLE軟件平臺的兩種應(yīng)用開發(fā)配置：單一設(shè)備配置和網(wǎng)絡(luò)處理器配置。3.實(shí)踐操作階段（80分鐘）分組與任務(wù)分配（10分鐘）：將學(xué)生分為若干小組，每組負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙溫度計(jì)的一個(gè)或多個(gè)功能模塊。分配具體任務(wù)，如編寫廣播代碼、掃描代碼、連接代碼、異常溫度檢測代碼、報(bào)警控制代碼等。編碼實(shí)現(xiàn)（50分鐘）：學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)。教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在編碼過程中遇到的問題。測試與調(diào)試（20分鐘）：各小組進(jìn)行內(nèi)部測試，驗(yàn)證藍(lán)牙溫度計(jì)的各項(xiàng)功能是否正常。小組間進(jìn)行互測，模擬實(shí)際使用場景中的通信與控制過程。4