物联网组网技术及应用 项目一基于工业总线的机床温度管理教案

一、教案首页标题：基于工业总线的机床温度管理--RS-485通信与Modbus协议应用学时数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.会搭建RS-485总线通信网络；2.会设计基于stm32微控制器的RS-485总线通信程序。1.掌握总线的基础知识。2.掌握RS-485标准的特性。1.培养认真负责的学习态度2.培养精益求精的工匠精神3.培养团队合作的精神教学重点1.RS-485标准与RS-232/RS-422标准的异同点；2.RS-485收发器的工作原理；教学难点编写RS-485通信程序。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、任务驱动法、讨论法等。教学内容引入（20分钟）背景介绍：简述工业现场中机床温度管理的重要性，以及RS-485总线在其中的应用+物联网介绍短片。教学目标展示：明确本节课的知识目标、能力目标和素质目标。新知讲授（40分钟）总线与串行通信（10分钟）定义与分类串行通信的特点与优势RS-485通信的引入RS-485标准（15分钟）电气特性（信号电平、传输速率）与RS-232、RS-422的对比收发芯片的工作原理及典型电路Modbus通信协议（30分钟）基础知识介绍通信机制与帧格式在工业现场中的应用案例任务二搭建机床数据监控系统任务描述和需求介绍任务二实施，教师下发代码，讲解温湿度代码添加，添加Rs485总线数据收发代码，代码思路，核心代码讲解实践操作（60分钟）分组讨论（10分钟）学生分组，讨论如何设计RS-485通信协议并实现Modbus通信。搭建通信系统（30分钟）指导学生搭建RS-485通信系统的硬件平台。编写软件程序，实现Modbus通信协议。调试与测试（20分钟）指导学生进行通信系统的调试，包括硬件连接检查、软件程序调试等。进行通信测试，验证系统能否正常工作。总结与反馈（30分钟）学生展示（20分钟）每组选派代表展示他们的通信系统设计及测试结果。教师点评（5分钟）对学生的展示进行点评，指出优点与不足。课堂总结（5分钟）回顾本节课的重点内容，强调知识要点。布置课后作业，巩固所学知识。教学反思标题：机床数据监控系统搭建与Modbus通信协议应用学时数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.能够运用Modbus通信协议实现机床温度数据的采集与传输2.通过搭建机床数据监控系统，实现Modbus通信1.了解Modbus通信协议2.掌握Modbus通信协议的传输方式1.培养认真负责的学习态度2.培养精益求精的工匠精神3.培养团队合作的精神教学重点Modbus通信协议的基本概念和通信模型教学难点编写Modbus通信协议通信程序教学资源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、任务驱动法、讨论法等。教学内容一、课程目标导入（10分钟）引入话题：首先，通过展示机床工作现场的视频或图片，引出机床在高温环境下可能出现的异常问题，强调温度监控的重要性。明确目标：介绍本课程的职业技能目标，即了解并掌握Modbus通信协议及其在机床数据监控系统中的应用。激发兴趣：简要介绍Modbus协议的历史背景及其在工业自动化领域的广泛应用，激发学生对学习内容的兴趣。二、理论讲解（40分钟）Modbus概述（5分钟）定义与起源：解释Modbus通信协议的定义、起源及现状（施耐德电气公司、Modbus-IDA组织）。应用范围：阐述Modbus协议在工业自动化领域的广泛应用及其作为通用工业标准的地位。基本概念：介绍Modbus协议的消息帧结构、控制器间的通信方式及错误侦测机制。通信模型与报文结构（20分钟）通信模型：通过图示（如图1-2-1）详细讲解Modbus的单主多从通信模型，包括主设备、从设备的角色与行为。报文结构：深入解析Modbus请求报文和响应报文的组成，包括设备地址、功能码、数据段、差错检测区等字段的含义与作用。通信模式（15分钟）通信模式：简要说明Modbus通信协议在不同物理链路下的通信模式（如ASCII、RTU模式）及其特点。介绍Modbus的两种通信模式：单播模式和广播模式，分别说明其应用场景和报文传输特点。三、实践操作准备（20分钟）硬件准备：简要介绍搭建机床数据监控系统所需的硬件设备，如温度传感器、Modbus接口设备（如PLC、RTU）、通信线缆等。软件准备：说明需要安装的Modbus测试软件或开发环境。任务规划：将班级分为小组，每组分配具体的任务角色（如硬件搭建、软件编程、数据测试等），明确任务要求和进度安排。四、动手实践（60分钟）硬件连接（20分钟）在教师指导下，各小组完成温度传感器的安装与Modbus接口设备的连接，确保通信线路正确无误。软件编程（30分钟）根据Modbus协议规范，编写程序实现机床温度的采集与数据传输。可以使用Python的pymodbus库或其他支持Modbus协议的编程工具。编写代码时，重点讲解如何构造Modbus请求报文、发送请求、接收并解析响应报文。数据测试（10分钟）使用Modbus测试软件或自编程序进行数据传输测试，验证温度数据的准确性和实时性。记录测试数据，分析可能存在的问题并进行调试。五、总结与反馈（30分钟）成果展示：每组选派代表展示其搭建的机床数据监控系统，分享实践经验、遇到的问题及解决方案。知识回顾：总结Modbus通信协议的关键知识点，强调其在工业自动化中的重要性。师生互评：教