物联网组网技术及应用 项目五基于蓝牙4.0的温度计系统教案

一、教案首页标题：建立蓝牙4.0硬件环境学时数4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）能够搭建BLE协议栈的开发环境，完成工程建立、配置、调试与下载2)能够根据应用需求修改BLE协议栈，组建BLE通信网络1)了解蓝牙技术基础知识2)了解蓝牙系统组成与协议3)熟悉蓝牙4.0硬件模块及其开发环境搭建过程1)培养创新思维和实践能力。2）增强问题解决能力3）增强团队协作与交流能力教学重点BLE协议栈的开发环境搭建、工程建立、配置、调试与下载过程教学难点理解BLE协议栈的层次结构和工作原理，根据应用需求修改BLE协议栈的方法。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。教学内容教学过程（教学内容设计）一、引入课题（5分钟）背景介绍：简述物联网、人工智能技术在医疗健康领域的应用背景，以及智能可穿戴设备的发展趋势。项目概述：介绍基于蓝牙4.0的温度计系统项目，强调其在实时人体温度监测方面的应用前景。教学目标明确：回顾并明确本节课的知识目标、能力目标和素质目标。二、理论讲解（20分钟）蓝牙技术基础定义与起源：介绍蓝牙技术的定义及其由爱立信、诺基亚等五家公司联合发布的背景。技术演进：概述蓝牙技术的版本演进（1.1至5.2），重点讲解蓝牙4.0及BLE技术的特点。系统组成：讲解蓝牙系统的组成结构，包括蓝牙核心协议和应用层协议。低功耗蓝牙（BLE）技术技术优势：深入分析BLE技术的低功耗、长距离通信、快速连接等优势。应用场景：介绍BLE技术在智能可穿戴设备、医疗保健、体育健身等领域的应用案例。三、硬件选型与环境搭建（30分钟）硬件模块介绍CC2541模块：详细讲解CC2541模块的功能特性，包括其集成的射频收发器、MCU、内存等。DS18B20传感器：介绍DS18B20数字温度传感器的基本参数及应用场景。开发环境搭建软件选择：介绍IAREmbeddedWorkbenchfor8051开发环境，演示如何安装并配置开发环境。硬件连接：演示如何将CC2541模块与DS18B20传感器进行接口连接。四、BLE协议栈配置与调试（30分钟）协议栈下载与安装从TI官方网站下载BLE协议栈软件包（如BLE-CC254x-1.3.2），并演示安装过程。协议栈文件结构解析讲解BLE协议栈软件包的文件结构，包括Accessories、Components、Documents、Projects等文件夹内容。示例工程分析以SimpleBLEPeripheral示例工程为例，分析其工程结构，包括APP、HAL、INCLUDE、LIB等文件夹分组情况。工程配置与调试演示如何建立新的BLE工程，进行工程配置，包括设置串口参数、初始化用户任务等。编译并下载程序到蓝牙开发板，演示调试过程，确保系统正常运行。五、BLE网络组建与管理（30分钟）BLE网络工作原理讲解BLE网络的基本组成和工作原理，包括设备发现、请求连接、建立连接和终止连接等操作。网络组建实践通过示例工程演示BLE网络的组建过程，包括设备间的配对与连接。指导学生进行实践操作，组建自己的BLE网络，并进行设备间的通信测试。六、串口通信程序编写与调试（30分钟）串口通信基础讲解串口通信的基本原理，包括串口号配置、波特率设置、数据发送与接收等。串口初始化演示如何在BLE协议栈中添加串口初始化函数，配置串口参数。数据发送与接收编写串口发送数据的代码，并通过串口调试助手接收数据，验证通信功能的正确性。指导学生进行实践操作，编写并调试自己的串口通信程序。七、项目总结与评估（15分钟）项目回顾回顾项目实施过程，总结项目成果与经验教训。强调BLE技术在智能可穿戴设备中的应用前景及其重要性。成果展示邀请部分学生展示自己的项目成果，包括硬件连接、程序调试、数据传输等。评估与反馈对学生的实践成果进行评估，给予具体的反馈与建议。鼓励学生继续深入学习BLE技术及其他相关知识。教学反思标题：基于蓝牙4.0低功耗技术的智能温度计系统设计与实现学时数4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)能够根据应用需求，使用BLE技术实现设备间的数据通信2)能够编写代码实现蓝牙温度计的异常温度报警功能，并通过集中器控制报警器的开关1)了解理解BLE（BluetoothLowEnergy）协议栈的基本架构及其各层功能2)掌握BLE标准中主机与从机建立连接的过程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BLE协议栈的开发环境搭建、工程配置、调试与下载方法教学难点编写并调试程序实现温度数据的实时采集与处理教学资源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1.引入阶段（10分钟）情境导入：通过展示智能家居中的蓝牙设备（如蓝牙温度计、智能门锁等），引导学生思考这些设备如何通过蓝牙进行通信与控制。任务说明：明确本次课程的任务是设计并实现蓝牙温度计的异常温度报警功能，以及通过集中器控制报警器的开关。2.理论讲解阶段（40分钟）BLE协议栈介绍（10分钟）：讲解BLE协议栈的分层架构，包括物理层、链路层、HCI层、GAP层、L2CAP层、SM层、ATT层和GATT层。介绍每层的主要功能和作用。BLE主机与从机建立连接过程（10分钟）：结合图5-2-1，详细讲解BLE标准中主机与从机建立连接的过程，包括发送广播、扫描请求、扫描响应和建立连接等步骤。GATT层深度解析（15分钟）：讲解GATT层在BLE通信中的角色，区分GATT客户端和GATT服务器的概念。介绍如何通过GATT层实现设备间的数据读写操作。应用层配置（5分钟）：介绍BLE软件平台的两种应用开发配置：单一设备配置和网络处理器配置。3.实践操作阶段（80分钟）分组与任务分配（10分钟）：将学生分为若干小组，每组负责实现蓝牙温度计的一个或多个功能模块。分配具体任务，如编写广播代码、扫描代码、连接代码、异常温度检测代码、报警控制代码等。编码实现（50分钟）：学生根据任务要求，进行编码实现。教师巡回指导，解答学生在编码过程中遇到的问题。测试与调试（20分钟）：各小组进行内部测试，验证蓝牙温度计的各项功能是否正常。小组间进行互测，模拟实际使用场景中的通信与控制过程。4