物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用 教案全套 張佐理 項目1-5 基于工業(yè)總線的機床溫度管理-基于藍牙4.0的溫度計系統(tǒng)

一、教案首頁標(biāo)題：基于工業(yè)總線的機床溫度管理--RS-485通信與Modbus協(xié)議應(yīng)用學(xué)時數(shù)4授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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.會搭建RS-485總線通信網(wǎng)絡(luò)；2.會設(shè)計基于stm32微控制器的RS-485總線通信程序。1.掌握總線的基礎(chǔ)知識。2.掌握RS-485標(biāo)準(zhǔn)的特性。1.培養(yǎng)認真負責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度2.培養(yǎng)精益求精的工匠精神3.培養(yǎng)團隊合作的精神教學(xué)重點1.RS-485標(biāo)準(zhǔn)與RS-232/RS-422標(biāo)準(zhǔn)的異同點；2.RS-485收發(fā)器的工作原理；教學(xué)難點編寫RS-485通信程序。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，機械工業(yè)出版社教法與學(xué)法講授法、任務(wù)驅(qū)動法、討論法等。教學(xué)內(nèi)容引入（20分鐘）背景介紹：簡述工業(yè)現(xiàn)場中機床溫度管理的重要性，以及RS-485總線在其中的應(yīng)用+物聯(lián)網(wǎng)介紹短片。教學(xué)目標(biāo)展示：明確本節(jié)課的知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。新知講授（40分鐘）總線與串行通信（10分鐘）定義與分類串行通信的特點與優(yōu)勢RS-485通信的引入RS-485標(biāo)準(zhǔn)（15分鐘）電氣特性（信號電平、傳輸速率）與RS-232、RS-422的對比收發(fā)芯片的工作原理及典型電路Modbus通信協(xié)議（30分鐘）基礎(chǔ)知識介紹通信機制與幀格式在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用案例任務(wù)二搭建機床數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)描述和需求介紹任務(wù)二實施，教師下發(fā)代碼，講解溫濕度代碼添加，添加Rs485總線數(shù)據(jù)收發(fā)代碼，代碼思路，核心代碼講解實踐操作（60分鐘）分組討論（10分鐘）學(xué)生分組，討論如何設(shè)計RS-485通信協(xié)議并實現(xiàn)Modbus通信。搭建通信系統(tǒng)（30分鐘）指導(dǎo)學(xué)生搭建RS-485通信系統(tǒng)的硬件平臺。編寫軟件程序，實現(xiàn)Modbus通信協(xié)議。調(diào)試與測試（20分鐘）指導(dǎo)學(xué)生進行通信系統(tǒng)的調(diào)試，包括硬件連接檢查、軟件程序調(diào)試等。進行通信測試，驗證系統(tǒng)能否正常工作?？偨Y(jié)與反饋（30分鐘）學(xué)生展示（20分鐘）每組選派代表展示他們的通信系統(tǒng)設(shè)計及測試結(jié)果。教師點評（5分鐘）對學(xué)生的展示進行點評，指出優(yōu)點與不足。課堂總結(jié)（5分鐘）回顧本節(jié)課的重點內(nèi)容，強調(diào)知識要點。布置課后作業(yè)，鞏固所學(xué)知識。教學(xué)反思標(biāo)題：機床數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)搭建與Modbus通信協(xié)議應(yīng)用學(xué)時數(shù)4授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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.能夠運用Modbus通信協(xié)議實現(xiàn)機床溫度數(shù)據(jù)的采集與傳輸2.通過搭建機床數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)Modbus通信1.了解Modbus通信協(xié)議2.掌握Modbus通信協(xié)議的傳輸方式1.培養(yǎng)認真負責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度2.培養(yǎng)精益求精的工匠精神3.培養(yǎng)團隊合作的精神教學(xué)重點Modbus通信協(xié)議的基本概念和通信模型教學(xué)難點編寫Modbus通信協(xié)議通信程序教學(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，機械工業(yè)出版社教法與學(xué)法講授法、任務(wù)驅(qū)動法、討論法等。教學(xué)內(nèi)容一、課程目標(biāo)導(dǎo)入（10分鐘）引入話題：首先，通過展示機床工作現(xiàn)場的視頻或圖片，引出機床在高溫環(huán)境下可能出現(xiàn)的異常問題，強調(diào)溫度監(jiān)控的重要性。明確目標(biāo)：介紹本課程的職業(yè)技能目標(biāo)，即了解并掌握Modbus通信協(xié)議及其在機床數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。激發(fā)興趣：簡要介紹Modbus協(xié)議的歷史背景及其在工業(yè)自動化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣。二、理論講解（40分鐘）Modbus概述（5分鐘）定義與起源：解釋Modbus通信協(xié)議的定義、起源及現(xiàn)狀（施耐德電氣公司、Modbus-IDA組織）。應(yīng)用范圍：闡述Modbus協(xié)議在工業(yè)自動化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用及其作為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的地位?；靖拍睿航榻BModbus協(xié)議的消息幀結(jié)構(gòu)、控制器間的通信方式及錯誤偵測機制。通信模型與報文結(jié)構(gòu)（20分鐘）通信模型：通過圖示（如圖1-2-1）詳細講解Modbus的單主多從通信模型，包括主設(shè)備、從設(shè)備的角色與行為。報文結(jié)構(gòu)：深入解析Modbus請求報文和響應(yīng)報文的組成，包括設(shè)備地址、功能碼、數(shù)據(jù)段、差錯檢測區(qū)等字段的含義與作用。通信模式（15分鐘）通信模式：簡要說明Modbus通信協(xié)議在不同物理鏈路下的通信模式（如ASCII、RTU模式）及其特點。介紹Modbus的兩種通信模式：單播模式和廣播模式，分別說明其應(yīng)用場景和報文傳輸特點。三、實踐操作準(zhǔn)備（20分鐘）硬件準(zhǔn)備：簡要介紹搭建機床數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所需的硬件設(shè)備，如溫度傳感器、Modbus接口設(shè)備（如PLC、RTU）、通信線纜等。軟件準(zhǔn)備：說明需要安裝的Modbus測試軟件或開發(fā)環(huán)境。任務(wù)規(guī)劃：將班級分為小組，每組分配具體的任務(wù)角色（如硬件搭建、軟件編程、數(shù)據(jù)測試等），明確任務(wù)要求和進度安排。四、動手實踐（60分鐘）硬件連接（20分鐘）在教師指導(dǎo)下，各小組完成溫度傳感器的安裝與Modbus接口設(shè)備的連接，確保通信線路正確無誤。軟件編程（30分鐘）根據(jù)Modbus協(xié)議規(guī)范，編寫程序?qū)崿F(xiàn)機床溫度的采集與數(shù)據(jù)傳輸。可以使用Python的pymodbus庫或其他支持Modbus協(xié)議的編程工具。編寫代碼時，重點講解如何構(gòu)造Modbus請求報文、發(fā)送請求、接收并解析響應(yīng)報文。數(shù)據(jù)測試（10分鐘）使用Modbus測試軟件或自編程序進行數(shù)據(jù)傳輸測試，驗證溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。記錄測試數(shù)據(jù)，分析可能存在的問題并進行調(diào)試。五、總結(jié)與反饋（30分鐘）成果展示：每組選派代表展示其搭建的機床數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，分享實踐經(jīng)驗、遇到的問題及解決方案。知識回顧：總結(jié)Modbus通信協(xié)議的關(guān)鍵知識點，強調(diào)其在工業(yè)自動化中的重要性。師生互評：教師對學(xué)生的表現(xiàn)進行評價，同時鼓勵學(xué)生之間相互評價，提出改進建議。作業(yè)布置六、課外拓展（可選）鼓勵學(xué)生關(guān)注Modbus協(xié)議的最新發(fā)展動態(tài)，如ModbusTCP/IP等擴展協(xié)議。推薦學(xué)生參加相關(guān)的工業(yè)自動化比賽或項目，進一步提升實踐能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)反思一、教案首頁標(biāo)題：建立ZigBee硬件環(huán)境學(xué)時數(shù)4授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)熟悉無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)2)能安裝IAR軟件3)學(xué)會ZigBee開發(fā)環(huán)境搭建1)掌握ZigBee開發(fā)環(huán)境搭建2)掌握IAR工程創(chuàng)建3）掌握IAR相關(guān)驅(qū)動安裝1)培養(yǎng)愛國精神2）強化資料收集能力教學(xué)重點1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的概念2.工程的新建、配置教學(xué)難點編寫CC2530程序。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)動法、討論法、實踐法等。教學(xué)內(nèi)容課程導(dǎo)入（10分鐘）物聯(lián)網(wǎng)介紹(播放解密物聯(lián)網(wǎng)視頻等)，講授無線傳感網(wǎng)絡(luò)的概念目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生對智能家居系統(tǒng)的興趣，了解智能家居的基本概念和發(fā)展趨勢。內(nèi)容：引言：通過展示智能家居系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用場景視頻或圖片（如自動窗簾、智能照明、遠程控制家電等），引導(dǎo)學(xué)生思考智能家居帶來的便利性和智能化生活的魅力。定義與背景：簡要介紹智能家居的概念、發(fā)展歷程以及當(dāng)前的市場趨勢，強調(diào)ZigBee技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的重要性。課程概覽：概述本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、主要內(nèi)容、任務(wù)安排及預(yù)期成果，讓學(xué)生對本課程有一個整體的認識。二、理論講解（30分鐘）目標(biāo)：使學(xué)生掌握ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)知識、CC2530芯片的特點及開發(fā)環(huán)境。內(nèi)容：ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)：介紹ZigBee技術(shù)的特點、協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓撲類型（星型、樹型、網(wǎng)狀）等基本概念。分析ZigBee在智能家居中的應(yīng)用優(yōu)勢，如低功耗、自組網(wǎng)、高可靠性等。CC2530芯片介紹：詳細介紹CC2530芯片的結(jié)構(gòu)、功能特點（如集成RF收發(fā)器、增強型8051單片機、豐富的外設(shè)接口等）。展示CC2530芯片結(jié)構(gòu)圖，幫助學(xué)生直觀理解其內(nèi)部構(gòu)成。開發(fā)環(huán)境介紹：介紹IAREmbeddedWorkbenchfor8051IDE的基本功能和使用方法，包括C/C++編譯器、調(diào)試器等工具。講授并示范IAR開發(fā)環(huán)境的安裝和工程建立強調(diào)IDE在ZigBee應(yīng)用開發(fā)中的重要作用，為后續(xù)實驗做好鋪墊。三、實驗準(zhǔn)備與演示（40分鐘）目標(biāo)：使學(xué)生熟悉ZigBee硬件環(huán)境搭建，掌握CC2530的基本實驗操作。內(nèi)容：硬件環(huán)境搭建：展示ZigBee核心板和底板模塊，介紹各部件的功能和連接方式，最小系統(tǒng)核心電路介紹。指導(dǎo)學(xué)生完成ZigBee硬件環(huán)境的搭建學(xué)生實踐，IAR安裝、工程建立，工程仿真調(diào)試與下載運行CC2530芯片資源相關(guān)寄存器配置，使用CC2530點亮一只LED燈，示范講解工程建立以及代碼編寫等，學(xué)生練習(xí)編寫點亮一只LED燈代碼CC2530串口通信實驗：演示CC2530的串口通信實驗，展示數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收過程。CC2530溫濕度采集實驗講解，簡要介紹溫濕度采集和串口發(fā)送實驗的原理和步驟，為后續(xù)學(xué)生實驗打下基礎(chǔ)。四、學(xué)生實踐（60分鐘）目標(biāo)：通過動手實踐，加深學(xué)生對ZigBee技術(shù)的理解和應(yīng)用能力。內(nèi)容：分組實驗：將學(xué)生分成若干小組，每組分配一套ZigBee硬件設(shè)備和實驗任務(wù)。任務(wù)包括：完成CC2530的I/O端口控制實驗、串口通信實驗、溫濕度采集和串口發(fā)送實驗。實驗指導(dǎo)：教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在實驗過程中遇到的問題，確保實驗順利進行。鼓勵學(xué)生相互討論，共同解決問題，培養(yǎng)團隊合作精神。實驗報告：要求每組學(xué)生記錄實驗過程、實驗結(jié)果及遇到的問題和解決方案。強調(diào)實驗報告的重要性，作為課程評價的一部分。任務(wù)檢查與評價，經(jīng)驗分享五、總結(jié)與反饋（20分鐘）目標(biāo)：總結(jié)課程內(nèi)容，收集學(xué)生反饋，為后續(xù)教學(xué)提供參考。內(nèi)容：課程總結(jié)：回顧ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)知識、CC2530芯片的特點及開發(fā)環(huán)境?？偨Y(jié)實驗內(nèi)容，強調(diào)實驗過程中的關(guān)鍵點和注意事項。學(xué)生反饋：邀請學(xué)生分享實驗心得和體會，提出對課程的建議和意見。收集學(xué)生反饋，為后續(xù)教學(xué)改進提供依據(jù)。教學(xué)反思標(biāo)題：設(shè)計ZigBee智能家居的應(yīng)用功能學(xué)時數(shù)4授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)會建立BasciRF項目工程2)能夠運用BasicRF協(xié)議棧完成基本的無線數(shù)據(jù)傳輸實驗3)能實現(xiàn)ZigBee協(xié)議棧完成ZigBee無線組網(wǎng)1)了解IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2）了解BasciRFLayer工作機制3)熟悉無線發(fā)送和接收函數(shù)理解發(fā)送地址和接收地址、PAN_ID、RF_CHANNEL等概念4）熟悉協(xié)議棧并通過協(xié)議棧搭建應(yīng)用系統(tǒng)。1)培養(yǎng)自我提升的能力2)培養(yǎng)舉一反三的能力教學(xué)重點BasicRF協(xié)議棧的使用教學(xué)難點BasicRF與ZigBee的區(qū)別與聯(lián)系教學(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)動法、討論法、實踐法等。教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入新課（5分鐘）介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢和ZigBee技術(shù)在其中的重要性。提出問題：為什么需要ZigBee和BasicRF這樣的無線通信技術(shù)？任務(wù)二介紹，ZigBee的原理及協(xié)議棧通信，任務(wù)需求：運用BasicRF協(xié)議棧，完成BasicRF無線點燈實驗。知識講解（25分鐘）IEEE802.15.4、ZigBee和BasicRF的相關(guān)內(nèi)容。三者之間的關(guān)系BasicRF是TI公司為CC2530提供的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)或ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的軟件解決方案，以軟件包的形式提供。ZigBee是一項近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。IEEE802.15.4是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由電氣電子工程師學(xué)會（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）802.15工作組開發(fā)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)：定義、應(yīng)用領(lǐng)域、物理層和MAC層功能。ZigBee技術(shù)：特點、應(yīng)用領(lǐng)域、工作頻段、傳輸速率及傳輸距離等。BasicRF協(xié)議棧：架構(gòu)、各層功能、與IEEE802.15.4的關(guān)系及API使用。分析ZigBee技術(shù)在具體項目中的應(yīng)用案例，如智能家居、工業(yè)監(jiān)控等。討論BasicRF在無線數(shù)據(jù)傳輸實驗中的應(yīng)用場景和優(yōu)勢。實驗演示（20分鐘）實驗準(zhǔn)備：介紹實驗器材、軟件環(huán)境及實驗步驟。教師演示：展示BasicRF無線點燈實驗的完整流程。BasicRF無線點燈實驗任務(wù)講解，接收發(fā)送實驗，核心代碼講解學(xué)生實踐（40分鐘）任務(wù)二實施，學(xué)生代碼編寫練習(xí)，學(xué)生操作：分組進行實驗，教師巡回指導(dǎo)，解決學(xué)生遇到的問題。任務(wù)檢查與評價，經(jīng)驗分享任務(wù)二小結(jié)，學(xué)生分享實驗心得，討論實驗中遇到的問題及解決方案。教師總結(jié)本課知識點，強調(diào)ZigBee和BasicRF的重要性及應(yīng)用前景。任務(wù)3描述與知識點講解（20分鐘）任務(wù)描述：通過ZigBee協(xié)議棧完成ZigBee無線組網(wǎng)；通過無線通信搭建智能家居場景。知識講解1，ZigBee的定義；ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。該技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，這一名稱源于蜜蜂的8字舞，由于蜜蜂（Bee）通過飛翔和“嗡嗡”（Zig）抖動翅膀的“舞蹈”與同伴傳遞花粉的方位信息，也就是說，蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。ZigBee的特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低傳輸速率、低成本，主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。知識講解2，ZigBee協(xié)議棧：通常來講，協(xié)議棧是協(xié)議和用戶之間的一個接口，開發(fā)人員通過協(xié)議棧來使用這個協(xié)議，進而實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的收發(fā)。ZigBee協(xié)議棧將各層定義的協(xié)議集合以函數(shù)的形式實現(xiàn)，并向用戶提供應(yīng)用層。任務(wù)演示與操作（40分鐘）教師演示，ZigBee協(xié)議棧的安裝、編譯與下載演示如何將溫濕度傳感器移植到協(xié)議棧ZStack上實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生練習(xí)ZigBee協(xié)議棧的安裝、編譯與下載、溫濕度傳感器代碼的移植講解智能家居控制系統(tǒng)的組成：光照度檢測系統(tǒng)、人員檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理節(jié)點、燈開關(guān)控制系統(tǒng)；各個系統(tǒng)核心代碼編寫講解；學(xué)生練習(xí)編寫實驗代碼；任務(wù)檢查與評價（10分鐘）經(jīng)驗分享、教師集中講解任務(wù)小結(jié)作業(yè)布置，設(shè)備歸位教學(xué)反思一、教案首頁標(biāo)題：認識wifi及ESP8266模塊學(xué)時數(shù)3授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)）能使用AT指令對ESP8266Wi-Fi模塊進行配置2)能夠通過ESP8266模塊實現(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的接入和數(shù)據(jù)的傳輸1)了解Wi-Fi無線通信基礎(chǔ)知識2)了解WLAN的基本概念與組成3）熟悉ESP8266Wi-Fi模塊1)培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力2）增強問題解決能力3）團隊協(xié)作與交流能力教學(xué)重點AT指令集的掌握與應(yīng)用教學(xué)難點Wi-Fi通信的實現(xiàn)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)動法、討論法、實踐法等。教學(xué)內(nèi)容1.導(dǎo)入新課（5分鐘）簡要介紹Wi-Fi通信技術(shù)的發(fā)展歷程和重要性，引出本課的教學(xué)目標(biāo)。2.講授新知（40分鐘）Wi-Fi無線通信基礎(chǔ)（10分鐘）介紹常見的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)及其特點。講解WLAN、IEEE802.11與Wi-Fi的關(guān)系。WLAN的組成及拓撲結(jié)構(gòu)（10分鐘）介紹WLAN的站點、接入點、無線介質(zhì)和分布式系統(tǒng)等組成部分。講解WLAN的拓撲結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點。ESP8266Wi-Fi模塊（20分鐘）介紹ESP8266模塊的基本特性、硬件接口和工作模式。講解ESP8266模塊的AT指令集。3.演示操作（15分鐘）演示如何通過AT指令配置ESP8266模塊，包括設(shè)置Wi-Fi模式、連接接入點、開啟服務(wù)器模式等。使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進行TCP/UDP數(shù)據(jù)傳輸演示。4.學(xué)生實踐（40分鐘）學(xué)生分組，每組分配一臺裝有ESP8266模塊的開發(fā)板和必要的連接線。學(xué)生根據(jù)教師提供的操作指南，自行配置ESP8266模塊，并實現(xiàn)Wi-Fi通信。教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生遇到的問題。5.總結(jié)反饋（15分鐘）學(xué)生分享實踐過程中的經(jīng)驗和問題，教師進行總結(jié)和點評。強調(diào)AT指令配置的重要性，鼓勵學(xué)生課后繼續(xù)探索和實踐。6.布置作業(yè)（5分鐘）要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解最新的Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如Wi-Fi7）及其特點。教學(xué)反思標(biāo)題：基于Wi-Fi與ZigBee的數(shù)據(jù)采集與傳輸學(xué)時數(shù)5授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)項目需求配置Wi-Fi模塊的AT指令，實現(xiàn)Wi-Fi通信。2)能夠編寫CC2530單片機與Wi-Fi模塊間的接口程序，組建Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)3)能夠基于ZigBee協(xié)議棧進行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并通過Wi-Fi模塊傳輸數(shù)據(jù)。1)掌握Wi-Fi模塊的AT指令集及其使用方法2)熟悉CC2530單片機與Wi-Fi模塊的接口編程3）了解ZigBee無線組網(wǎng)的基本原理及數(shù)據(jù)通信過程。1)培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和問題解決能力。2)增強學(xué)生的團隊合作精神和溝通協(xié)調(diào)能力教學(xué)重點Wi-Fi模塊AT指令集的理解與應(yīng)用。教學(xué)難點CC2530單片機與Wi-Fi模塊的接口編程實現(xiàn)。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)動法、討論法、實踐法、合作學(xué)習(xí)和反思總結(jié)等。教學(xué)內(nèi)容一、課程導(dǎo)入（5分鐘）簡要介紹項目背景和目標(biāo)，即實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的Wi-Fi傳輸功能。強調(diào)該項目在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用價值。二、理論知識講解（20分鐘）DS18B20溫度傳感器：介紹其工作原理、引腳定義、接線方式及編程接口。CC2530單片機：概述其基本功能、系統(tǒng)時鐘配置、串口通信原理。Wi-Fi模塊：講解Wi-Fi通信基礎(chǔ)、AT指令集、與單片機的接口方法。三、實踐操作演示（40分鐘）硬件連接：展示DS18B20溫度傳感器與CC2530單片機的接線實物圖，講解注意事項。軟件編程：演示系統(tǒng)時鐘配置、串口初始化、LCD顯示初始化的代碼實現(xiàn)。講解溫度讀取函數(shù)的編寫與調(diào)用方法。演示W(wǎng)i-Fi模塊初始化、AT指令發(fā)送與接收處理的編程實現(xiàn)。四、學(xué)生動手實踐（60分鐘）學(xué)生分組進行項目實踐，按照教師演示的步驟完成硬件連接和軟件編程。教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在實踐過程中遇到的問題。五、項目展示與點評（20分鐘）每組學(xué)生展示項目成果，包括硬件連接圖、程序代碼及功能演示。教師和學(xué)生共同點評，指出優(yōu)點與不足，提出改進建議。任務(wù)三模塊課程引入：目標(biāo)闡述：明確本節(jié)課的職業(yè)技能目標(biāo)，即能夠基于協(xié)議棧進行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并能使用Wi-Fi模塊接收協(xié)調(diào)器采集的終端環(huán)境數(shù)據(jù)。任務(wù)描述：詳細解釋任務(wù)需求，包括ZigBee無線組網(wǎng)、數(shù)據(jù)通過串口通信傳輸至Wi-Fi模塊，以及Wi-Fi模塊與ZigBee終端的連接和數(shù)據(jù)接收。七、理論基礎(chǔ)（15分鐘）ZigBee與Wi-Fi技術(shù)概述：簡要介紹ZigBee和Wi-Fi兩種無線通信技術(shù)的特點、應(yīng)用場景及優(yōu)缺點。強調(diào)ZigBee適合短距離、低功耗的無線組網(wǎng)，而Wi-Fi則適用于長距離、高帶寬的無線連接。CC2530芯片介紹：介紹-CC2530作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備的核心芯片，其內(nèi)置的兩個USB轉(zhuǎn)串口（USART0和USART1）的功能和配置方法。講解CC2530的主要寄存器及其作用，如PERCFG、P2DIR、IEN0、IRCON2、UxCSR等。串口通信原理：講解UART（通用異步收發(fā)傳輸器）的基本概念和通信原理，包括數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位等概念。介紹DMA（直接存儲器存?。┖虸SR（中斷服務(wù)程序）兩種串口通信方式的特點和適用場景。八、實操演示（30分鐘）雙串口配置：演示如何在ZStack-2.5.1a協(xié)議棧中配置CC2530的雙串口（USART0和USART1），包括配置外設(shè)控制寄存器、I/O端口、端口外設(shè)優(yōu)先級、串口控制和狀態(tài)寄存器、波特率等。強調(diào)配置過程中需要注意的細節(jié)，如備用位置的選擇、中斷的使能和清零等。串口通信方式配置：演示如何設(shè)置USART0使用ISR方式通信，USART1使用DMA方式通信。修改“hal_board_cfg.h”文件中關(guān)于DMA和ISR的相關(guān)設(shè)置，確保兩種通信方式能夠正常工作。串口通信測試：通過編寫簡單的測試程序，驗證USART0和USART1的配置是否正確，以及兩種通信方式是否能有效傳輸數(shù)據(jù)。使用串口調(diào)試助手等工具觀察數(shù)據(jù)發(fā)送和接收情況。九、學(xué)生練習(xí)（30分鐘）分組操作：將學(xué)生分成若干小組，每組分配一套實驗設(shè)備和任務(wù)書。任務(wù)實施：學(xué)生按照任務(wù)書要求，自行配置CC2530的雙串口，并設(shè)置不同的通信方式。使用ZigBee協(xié)調(diào)器和終端進行無線組網(wǎng)，通過串口將數(shù)據(jù)從ZigBee終端傳輸至Wi-Fi模塊。驗證Wi-Fi模塊是否能正確接收并處理來自ZigBee終端的數(shù)據(jù)。問題解答：教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在操作過程中遇到的問題。十、總結(jié)與評估（10分鐘）學(xué)生展示：每組選一名代表展示實驗成果，分享操作過程中遇到的問題及解決方法。教師點評：對學(xué)生的實驗成果進行點評，指出優(yōu)點和不足，提出改進建議。課程總結(jié)：回顧本節(jié)課的重點內(nèi)容，強調(diào)串口配置和通信方式選擇的重要性。作業(yè)布置教學(xué)反思一、教案首頁標(biāo)題：基于LoRa的廠區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計學(xué)時數(shù)5授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)）能搭建基于LoRa技術(shù)的開發(fā)環(huán)境2)能夠完成LoRa相關(guān)程序的移植、配置、調(diào)試與下載1)了解低功耗廣域技術(shù)LPWA2)了解LoRa技術(shù)的原理、技術(shù)背景、技術(shù)特點1)培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力2）增強問題解決能力3）團隊協(xié)作與交流能力教學(xué)重點LoRa技術(shù)的基礎(chǔ)知識與技術(shù)特點教學(xué)難點開發(fā)環(huán)境的搭建與程序調(diào)試教學(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)動法、討論法、實踐法等。教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入新課（10分鐘）介紹城市工廠環(huán)境監(jiān)測的重要性及現(xiàn)有技術(shù)的局限性。引出低功耗廣域技術(shù)和LoRa技術(shù)的概念，激發(fā)學(xué)生興趣。理論講授（40分鐘）低功耗廣域技術(shù)概述：介紹LPWA技術(shù)的定義、特點、分類及與短距離通信技術(shù)的比較。LoRa技術(shù)詳解：深入講解LoRa技術(shù)的原理、技術(shù)背景、技術(shù)特點及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。實操演示（30分鐘）開發(fā)環(huán)境搭建：演示如何搭建基于LoRa技術(shù)的開發(fā)環(huán)境，包括軟件安裝、硬件連接等。程序移植與調(diào)試：展示LoRa相關(guān)程序的移植、配置、調(diào)試與下載過程，并解釋關(guān)鍵步驟和注意事項。分組實踐（80分鐘）學(xué)生分組，每組選擇一個具體的廠區(qū)環(huán)境監(jiān)測場景（如溫度、濕度、氣體濃度等）。小組討論并設(shè)計基于LoRa的監(jiān)測系統(tǒng)方案，包括系統(tǒng)架構(gòu)、模塊劃分、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等。在教師指導(dǎo)下，各組開始搭建系統(tǒng)原型，進行程序編寫、調(diào)試和測試。成果展示與點評（30分鐘）每組展示其設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)原型及實現(xiàn)效果，分享經(jīng)驗和遇到的問題。教師和同學(xué)共同點評，提出改進建議?？偨Y(jié)與作業(yè)（10分鐘）總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強調(diào)LoRa技術(shù)的關(guān)鍵點和應(yīng)用場景。布置課后作業(yè)教學(xué)反思標(biāo)題：云服務(wù)器配置與數(shù)據(jù)接入實踐學(xué)時數(shù)3授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)能夠配置LoRa網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸與接收2)能在ArduinoIDE中編寫并燒錄程序，調(diào)試傳感器數(shù)據(jù)采集與傳輸代碼1)了解LoRa技術(shù)原理2)了解云服務(wù)器的設(shè)備配置，包括傳感器配置、MQTT協(xié)議使用及HTTP接入方法。1)培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和問題解決能力。2)增強學(xué)生的團隊合作精神和溝通協(xié)調(diào)能力教學(xué)重點云服務(wù)器配置與數(shù)據(jù)接入教學(xué)難點Arduino編程與調(diào)試教學(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)動法、討論法、實踐法、合作學(xué)習(xí)和反思總結(jié)等。教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入新課（10分鐘）介紹LoRa技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用背景，激發(fā)學(xué)生興趣。簡述本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)、重點與難點。知識講解（30分鐘）LoRa技術(shù)原理：詳細講解LoRa技術(shù)的特點、工作原理及優(yōu)勢。云服務(wù)器配置：介紹云服務(wù)器的設(shè)備配置方法，包括傳感器配置、MQTT協(xié)議使用及HTTP接入流程。RESTfulAPI應(yīng)用：講解RESTfulAPI的基本概念、請求方法、響應(yīng)格式及其在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換中的應(yīng)用。實踐操作（60分鐘）環(huán)境搭建：確保計算機與LoRa網(wǎng)關(guān)處于同一網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并配置ArduinoIDE。程序編寫與燒錄：在ArduinoIDE中分別打開終端節(jié)點Arduino和LoRa網(wǎng)關(guān)的工程，編寫并燒錄相應(yīng)的ino程序。數(shù)據(jù)傳輸測試：通過串口監(jiān)視器查看LoRa終端節(jié)點與LoRa網(wǎng)關(guān)間的數(shù)據(jù)發(fā)送情況，確保數(shù)據(jù)正確傳輸至云服務(wù)器。云服務(wù)器驗證：在云服務(wù)器上查看API連接下的溫度、濕度及光照度數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性?？偨Y(jié)與答疑（20分鐘）總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強調(diào)重點與難點。解答學(xué)生在實踐操作中遇到的問題，進行針對性指導(dǎo)。教學(xué)反思一、教案首頁標(biāo)題：建立藍牙4.0硬件環(huán)境學(xué)時數(shù)4授課班級上課時間上課地點課堂類型：理論課□實踐課□理論·實踐課?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)了解藍牙技術(shù)基礎(chǔ)知識2)了解藍牙系統(tǒng)組成與協(xié)議3)熟悉藍牙4.0硬件模塊及其開發(fā)環(huán)境搭建過程1)培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。2）增強問題解決能力3）增強團隊協(xié)作與交流能力教學(xué)重點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)動法、討論法、實踐法等。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程（教學(xué)內(nèi)容設(shè)計）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。項目概述：介紹基于藍牙4.0的溫度計系統(tǒng)項目，強調(diào)其在實時人體溫度監(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）藍牙技術(shù)基礎(chǔ)定義與起源：介紹藍牙技術(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：概述藍牙技術(shù)的版本演進（1.1至5.2），重點講解藍牙4.0及BLE技術(shù)的特點。系統(tǒng)組成：講解藍牙系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，包括藍牙核心協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議。低功耗藍牙（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牙開發(fā)板，演示調(diào)試過程，確保系統(tǒng)正常運行。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)生進行實踐操作，組建自己的BLE網(wǎng)絡(luò)，并進行設(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)，驗證通信功能的正確性。指導(dǎo)學(xué)生進行實踐操作，編寫并調(diào)試自己的串口通信程序。七、項目總結(jié)與評估（15分鐘）項目回顧回顧