物联网组网技术及应用 项目三基于Wi-Fi的智能家居联动教案

一、教案首页标题：认识wifi及ESP8266模块学时数3授课班级上课时间上课地点课堂类型：理论课□实践课□理论·实践课☑其他□教学目标能力目标知识目标素质目标（思政目标）能使用AT指令对ESP8266Wi-Fi模块进行配置2)能够通过ESP8266模块实现Wi-Fi网络的接入和数据的传输1)了解Wi-Fi无线通信基础知识2)了解WLAN的基本概念与组成3）熟悉ESP8266Wi-Fi模块1)培养自主学习能力2）增强问题解决能力3）团队协作与交流能力教学重点AT指令集的掌握与应用教学难点Wi-Fi通信的实现教学资源1.物联网组网技术及应用，张佐理，电子工业出版社2.传感网应用开发（中级），陈继欣主编，机械工业出版社教法与学法讲授法、演示法、任务驱动法、讨论法、实践法等。教学内容1.导入新课（5分钟）简要介绍Wi-Fi通信技术的发展历程和重要性，引出本课的教学目标。2.讲授新知（40分钟）Wi-Fi无线通信基础（10分钟）介绍常见的Wi-Fi标准及其特点。讲解WLAN、IEEE802.11与Wi-Fi的关系。WLAN的组成及拓扑结构（10分钟）介绍WLAN的站点、接入点、无线介质和分布式系统等组成部分。讲解WLAN的拓扑结构及其优缺点。ESP8266Wi-Fi模块（20分钟）介绍ESP8266模块的基本特性、硬件接口和工作模式。讲解ESP8266模块的AT指令集。3.演示操作（15分钟）演示如何通过AT指令配置ESP8266模块，包括设置Wi-Fi模式、连接接入点、开启服务器模式等。使用网络调试助手进行TCP/UDP数据传输演示。4.学生实践（40分钟）学生分组，每组分配一台装有ESP8266模块的开发板和必要的连接线。学生根据教师提供的操作指南，自行配置ESP8266模块，并实现Wi-Fi通信。教师巡回指导，解答学生遇到的问题。5.总结反馈（15分钟）学生分享实践过程中的经验和问题，教师进行总结和点评。强调AT指令配置的重要性，鼓励学生课后继续探索和实践。6.布置作业（5分钟）要求学生查阅相关资料，了解最新的Wi-Fi技术标准（如Wi-Fi7）及其特点。教学反思标题：基于Wi-Fi与ZigBee的数据采集与传输学时数5授课班级上课时间上课地点课堂类型：理论课□实践课□理论·实践课☑其他□教学目标能力目标知识目标素质目标（思政目标）1)能够根据项目需求配置Wi-Fi模块的AT指令，实现Wi-Fi通信。2)能够编写CC2530单片机与Wi-Fi模块间的接口程序，组建Wi-Fi网络3)能够基于ZigBee协议栈进行环境数据采集，并通过Wi-Fi模块传输数据。1)掌握Wi-Fi模块的AT指令集及其使用方法2)熟悉CC2530单片机与Wi-Fi模块的接口编程3）了解ZigBee无线组网的基本原理及数据通信过程。1)培养学生的动手实践能力和问题解决能力。2)增强学生的团队合作精神和沟通协调能力教学重点Wi-Fi模块AT指令集的理解与应用。教学难点CC2530单片机与Wi-Fi模块的接口编程实现。教学资源1.物联网组网技术及应用，张佐理，电子工业出版社2.传感网应用开发（中级），陈继欣主编，机械工业出版社教法与学法讲授法、演示法、任务驱动法、讨论法、实践法、合作学习和反思总结等。教学内容一、课程导入（5分钟）简要介绍项目背景和目标，即实现温度数据的Wi-Fi传输功能。强调该项目在物联网、智能家居等领域的应用价值。二、理论知识讲解（20分钟）DS18B20温度传感器：介绍其工作原理、引脚定义、接线方式及编程接口。CC2530单片机：概述其基本功能、系统时钟配置、串口通信原理。Wi-Fi模块：讲解Wi-Fi通信基础、AT指令集、与单片机的接口方法。三、实践操作演示（40分钟）硬件连接：展示DS18B20温度传感器与CC2530单片机的接线实物图，讲解注意事项。软件编程：演示系统时钟配置、串口初始化、LCD显示初始化的代码实现。讲解温度读取函数的编写与调用方法。演示Wi-Fi模块初始化、AT指令发送与接收处理的编程实现。四、学生动手实践（60分钟）学生分组进行项目实践，按照教师演示的步骤完成硬件连接和软件编程。教师巡回指导，解答学生在实践过程中遇到的问题。五、项目展示与点评（20分钟）每组学生展示项目成果，包括硬件连接图、程序代码及功能演示。教师和学生共同点评，指出优点与不足，提出改进建议。任务三模块课程引入：目标阐述：明确本节课的职业技能目标，即能够基于协议栈进行环境数据采集，并能使用Wi-Fi模块接收协调器采集的终端环境数据。任务描述：详细解释任务需求，包括ZigBee无线组网、数据通过串口通信传输至Wi-Fi模块，以及Wi-Fi模块与ZigBee终端的连接和数据接收。七、理论基础（15分钟）ZigBee与Wi-Fi技术概述：简要介绍ZigBee和Wi-Fi两种无线通信技术的特点、应用场景及优缺点。强调ZigBee适合短距离、低功耗的无线组网，而Wi-Fi则适用于长距离、高带宽的无线连接。CC2530芯片介绍：介绍-CC2530作为ZigBee网络协调器和终端设备的核心芯片，其内置的两个USB转串口（USART0和USART1）的功能和配置方法。讲解CC2530的主要寄存器及其作用，如PERCFG、P2DIR、IEN0、IRCON2、UxCSR等。串口通信原理：讲解UART（通用异步收发传输器）的基本概念和通信原理，包括数据位、校验位、停止位等概念。介绍DMA（直接存储器存取）和ISR（中断服务程序）两种串口通信方式的特点和适用场景。八、实操演示（30分钟）双串口配置：演示如何在ZStack-2.5.1a协议栈中配置CC2530的双串口（USART0和USART1），包括配置外设控制寄存器、I/O端口、端口外设优先级、串口控制和状态寄存器、波特率等。强调配置过程中需要注意的细节，如备用位置的选择、中断的使能和清零等。串口通信方式配置：演示如何设置USART0使用ISR方式通信，USART1使用DMA方式通信。修改“hal_board_cfg.h”文件中关于DMA和ISR的相关设置，确保两种通信方式能够正常工作。串口通信测试：通过编写简单的测试程序，验证USART0和USART1的配置是否正确，以及两种通信方式是否能有效传输数据。使用串口调试助手等工具观察数据发送和接收情况。九、学生练习（30分钟）分组操作：将学生分成若干小组，每组分配一套实验设备和任务书。任务实施：学生按照任务书要求，自行配置CC2530的双串口，并设置不同的通信方式。使用ZigBee协调器和终端进行无线组网，通过串口将数据从ZigBee终端传输至Wi-Fi模块。验证Wi-Fi模块是否能正确接收并处理来自ZigBee终端的数据。问题解答