物联网组网技术及应用 教案全套 张佐理 项目1-5 基于工业总线的机床温度管理-基于蓝牙4.0的温度计系统

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：教师对学生的表现进行评价，同时鼓励学生之间相互评价，提出改进建议。作业布置六、课外拓展（可选）鼓励学生关注Modbus协议的最新发展动态，如ModbusTCP/IP等扩展协议。推荐学生参加相关的工业自动化比赛或项目，进一步提升实践能力和创新能力。教学反思一、教案首页标题：建立ZigBee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）1)熟悉无线传感网络的结构2)能安装IAR软件3)学会ZigBee开发环境搭建1)掌握ZigBee开发环境搭建2)掌握IAR工程创建3）掌握IAR相关驱动安装1)培养爱国精神2）强化资料收集能力教学重点1.无线传感网络的概念2.工程的新建、配置教学难点编写CC2530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、演示法、任务驱动法、讨论法、实践法等。教学内容课程导入（10分钟）物联网介绍(播放解密物联网视频等)，讲授无线传感网络的概念目标：激发学生对智能家居系统的兴趣，了解智能家居的基本概念和发展趋势。内容：引言：通过展示智能家居系统在日常生活中的应用场景视频或图片（如自动窗帘、智能照明、远程控制家电等），引导学生思考智能家居带来的便利性和智能化生活的魅力。定义与背景：简要介绍智能家居的概念、发展历程以及当前的市场趋势，强调ZigBee技术在智能家居系统中的重要性。课程概览：概述本课程的学习目标、主要内容、任务安排及预期成果，让学生对本课程有一个整体的认识。二、理论讲解（30分钟）目标：使学生掌握ZigBee技术的基础知识、CC2530芯片的特点及开发环境。内容：ZigBee技术基础：介绍ZigBee技术的特点、协议栈结构、网络拓扑类型（星型、树型、网状）等基本概念。分析ZigBee在智能家居中的应用优势，如低功耗、自组网、高可靠性等。CC2530芯片介绍：详细介绍CC2530芯片的结构、功能特点（如集成RF收发器、增强型8051单片机、丰富的外设接口等）。展示CC2530芯片结构图，帮助学生直观理解其内部构成。开发环境介绍：介绍IAREmbeddedWorkbenchfor8051IDE的基本功能和使用方法，包括C/C++编译器、调试器等工具。讲授并示范IAR开发环境的安装和工程建立强调IDE在ZigBee应用开发中的重要作用，为后续实验做好铺垫。三、实验准备与演示（40分钟）目标：使学生熟悉ZigBee硬件环境搭建，掌握CC2530的基本实验操作。内容：硬件环境搭建：展示ZigBee核心板和底板模块，介绍各部件的功能和连接方式，最小系统核心电路介绍。指导学生完成ZigBee硬件环境的搭建学生实践，IAR安装、工程建立，工程仿真调试与下载运行CC2530芯片资源相关寄存器配置，使用CC2530点亮一只LED灯，示范讲解工程建立以及代码编写等，学生练习编写点亮一只LED灯代码CC2530串口通信实验：演示CC2530的串口通信实验，展示数据的发送与接收过程。CC2530温湿度采集实验讲解，简要介绍温湿度采集和串口发送实验的原理和步骤，为后续学生实验打下基础。四、学生实践（60分钟）目标：通过动手实践，加深学生对ZigBee技术的理解和应用能力。内容：分组实验：将学生分成若干小组，每组分配一套ZigBee硬件设备和实验任务。任务包括：完成CC2530的I/O端口控制实验、串口通信实验、温湿度采集和串口发送实验。实验指导：教师巡回指导，解答学生在实验过程中遇到的问题，确保实验顺利进行。鼓励学生相互讨论，共同解决问题，培养团队合作精神。实验报告：要求每组学生记录实验过程、实验结果及遇到的问题和解决方案。强调实验报告的重要性，作为课程评价的一部分。任务检查与评价，经验分享五、总结与反馈（20分钟）目标：总结课程内容，收集学生反馈，为后续教学提供参考。内容：课程总结：回顾ZigBee技术的基础知识、CC2530芯片的特点及开发环境。总结实验内容，强调实验过程中的关键点和注意事项。学生反馈：邀请学生分享实验心得和体会，提出对课程的建议和意见。收集学生反馈，为后续教学改进提供依据。教学反思标题：设计ZigBee智能家居的应用功能学时数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)会建立BasciRF项目工程2)能够运用BasicRF协议栈完成基本的无线数据传输实验3)能实现ZigBee协议栈完成ZigBee无线组网1)了解IEEE802.15.4标准2）了解BasciRFLayer工作机制3)熟悉无线发送和接收函数理解发送地址和接收地址、PAN_ID、RF_CHANNEL等概念4）熟悉协议栈并通过协议栈搭建应用系统。1)培养自我提升的能力2)培养举一反三的能力教学重点BasicRF协议栈的使用教学难点BasicRF与ZigBee的区别与联系教学资源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。教学内容导入新课（5分钟）介绍物联网技术的发展趋势和ZigBee技术在其中的重要性。提出问题：为什么需要ZigBee和BasicRF这样的无线通信技术？任务二介绍，ZigBee的原理及协议栈通信，任务需求：运用BasicRF协议栈，完成BasicRF无线点灯实验。知识讲解（25分钟）IEEE802.15.4、ZigBee和BasicRF的相关内容。三者之间的关系BasicRF是TI公司为CC2530提供的IEEE802.15.4标准或ZigBee标准的软件解决方案，以软件包的形式提供。ZigBee是一项近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。IEEE802.15.4是一种技术标准，由电气电子工程师学会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）802.15工作组开发。IEEE802.15.4标准：定义、应用领域、物理层和MAC层功能。ZigBee技术：特点、应用领域、工作频段、传输速率及传输距离等。BasicRF协议栈：架构、各层功能、与IEEE802.15.4的关系及API使用。分析ZigBee技术在具体项目中的应用案例，如智能家居、工业监控等。讨论BasicRF在无线数据传输实验中的应用场景和优势。实验演示（20分钟）实验准备：介绍实验器材、软件环境及实验步骤。教师演示：展示BasicRF无线点灯实验的完整流程。BasicRF无线点灯实验任务讲解，接收发送实验，核心代码讲解学生实践（40分钟）任务二实施，学生代码编写练习，学生操作：分组进行实验，教师巡回指导，解决学生遇到的问题。任务检查与评价，经验分享任务二小结，学生分享实验心得，讨论实验中遇到的问题及解决方案。教师总结本课知识点，强调ZigBee和BasicRF的重要性及应用前景。任务3描述与知识点讲解（20分钟）任务描述：通过ZigBee协议栈完成ZigBee无线组网；通过无线通信搭建智能家居场景。知识讲解1，ZigBee的定义；ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词。该技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，这一名称源于蜜蜂的8字舞，由于蜜蜂（Bee）通过飞翔和“嗡嗡”（Zig）抖动翅膀的“舞蹈”与同伴传递花粉的方位信息，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低传输速率、低成本，主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。知识讲解2，ZigBee协议栈：通常来讲，协议栈是协议和用户之间的一个接口，开发人员通过协议栈来使用这个协议，进而实现无线数据的收发。ZigBee协议栈将各层定义的协议集合以函数的形式实现，并向用户提供应用层。任务演示与操作（40分钟）教师演示，ZigBee协议栈的安装、编译与下载演示如何将温湿度传感器移植到协议栈ZStack上实践环节，学生练习ZigBee协议栈的安装、编译与下载、温湿度传感器代码的移植讲解智能家居控制系统的组成：光照度检测系统、人员检测系统、数据处理节点、灯开关控制系统；各个系统核心代码编写讲解；学生练习编写实验代码；任务检查与评价（10分钟）经验分享、教师集中讲解任务小结作业布置，设备归位教学反思一、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：教师巡回指导，解答学生在操作过程中遇到的问题。十、总结与评估（10分钟）学生展示：每组选一名代表展示实验成果，分享操作过程中遇到的问题及解决方法。教师点评：对学生的实验成果进行点评，指出优点和不足，提出改进建议。课程总结：回顾本节课的重点内容，强调串口配置和通信方式选择的重要性。作业布置教学反思一、教案首页标题：基于LoRa的厂区环境监测系统设计学时数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）能搭建基于LoRa技术的开发环境2)能够完成LoRa相关程序的移植、配置、调试与下载1)了解低功耗广域技术LPWA2)了解LoRa技术的原理、技术背景、技术特点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LoRa技术的基础知识与技术特点教学难点开发环境的搭建与程序调试教学资源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。教学内容导入新课（10分钟）介绍城市工厂环境监测的重要性及现有技术的局限性。引出低功耗广域技术和LoRa技术的概念，激发学生兴趣。理论讲授（40分钟）低功耗广域技术概述：介绍LPWA技术的定义、特点、分类及与短距离通信技术的比较。LoRa技术详解：深入讲解LoRa技术的原理、技术背景、技术特点及其在物联网中的应用。实操演示（30分钟）开发环境搭建：演示如何搭建基于LoRa技术的开发环境，包括软件安装、硬件连接等。程序移植与调试：展示LoRa相关程序的移植、配置、调试与下载过程，并解释关键步骤和注意事项。分组实践（80分钟）学生分组，每组选择一个具体的厂区环境监测场景（如温度、湿度、气体浓度等）。小组讨论并设计基于LoRa的监测系统方案，包括系统架构、模块划分、数据传输协议等。在教师指导下，各组开始搭建系统原型，进行程序编写、调试和测试。成果展示与点评（30分钟）每组展示其设计的监测系统原型及实现效果，分享经验和遇到的问题。教师和同学共同点评，提出改进建议。总结与作业（10分钟）总结本节课所学内容，强调LoRa技术的关键点和应用场景。布置课后作业教学反思标题：云服务器配置与数据接入实践学时数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）1)能够配置LoRa网关和终端节点，实现数据的无线传输与接收2)能在ArduinoIDE中编写并烧录程序，调试传感器数据采集与传输代码1)了解LoRa技术原理2)了解云服务器的设备配置，包括传感器配置、MQTT协议使用及HTTP接入方法。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云服务器配置与数据接入教学难点Arduino编程与调试教学资源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。教学内容导入新课（10分钟）介绍LoRa技术在物联网中的应用背景，激发学生兴趣。简述本节课的教学目标、重点与难点。知识讲解（30分钟）LoRa技术原理：详细讲解LoRa技术的特点、工作原理及优势。云服务器配置：介绍云服务器的设备配置方法，包括传感器配置、MQTT协议使用及HTTP接入流程。RESTfulAPI应用：讲解RESTfulAPI的基本概念、请求方法、响应格式及其在物联网数据交换中的应用。实践操作（60分钟）环境搭建：确保计算机与LoRa网关处于同一网络状态，并配置ArduinoIDE。程序编写与烧录：在ArduinoIDE中分别打开终端节点Arduino和LoRa网关的工程，编写并烧录相应的ino程序。数据传输测试：通过串口监视器查看LoRa终端节点与LoRa网关间的数据发送情况，确保数据正确传输至云服务器。云服务器验证：在云服务器上查看API连接下的温度、湿度及光照度数据，验证数据传输的正确性。总结与答疑（20分钟）总结本节课所学内容，强调重点与难点。解答学生在实践操作中遇到的问题，进行针对性指导。教学反思一、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