《 物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)設計 》-教案 林少茵- 第1-7次課 物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)的介紹及本書教學例程總體介紹-網(wǎng)關程序Socket通信部分

《物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)設計》教案

教案填寫說明與要求1．教案可以是打印稿也可以到教務處領取教案本書寫。2．一門課的教案包括一個課程整體教學設計方案及若干次課的教案設計。3．一次課的教案一般是2學時課的教案，也可以是完成一個教學模塊或一個典型工作任務或子項目所需課時（如4學時或6學時）的教案。4．課程整體教學設計方案須依據(jù)課程標準要求進行設計。5．每一次課的教案須包含相對完整詳細的教學過程設計。

課程整體教學設計課程性質(zhì)必修課程類型理論+實踐學分4總學時72理論學時32實踐學時40授課對象教材分析《物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)設計》以項目為導向，講解物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)集成設計的構成及搭建，以LED控制系統(tǒng)為例模擬智能家居系統(tǒng)完成項目。課程整體教學目標通過本課程的學習使學生掌握物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)集成設計的基礎知識、基本理論、基本分析和設計方法，訓練學生物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)集成設計應用的基本技能；培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、科學思維方式以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。為學習后續(xù)課程提供必要的理論基礎知識和實踐技能，為今后可能從事的職業(yè)打好基礎。課程整體教學重點和難點在教學內(nèi)容的選擇上突出了基本理論，基本分析方法和知識的應用。重點：理解系統(tǒng)構成，分析系統(tǒng)功能難點：服務器SpringBoot框架的應用教學方式理論教學與實踐教學相結合，在各章都設置了相應的實踐訓練環(huán)節(jié)--技能訓練。它包括基本性技能訓練和設計性技能訓練兩部分。教學資源文檔資料、課件、視頻等教學方法和手段將課堂講授、課內(nèi)討論、課外自學、技能訓練等合理結合，把教學過程分為課題引入、設疑激學、講練結合、總結鞏固等環(huán)節(jié)進行教學?？己伺c評價本課程的考核方式采用：課堂表現(xiàn)＋實踐考核＋平時考核。注重對基本知識、運用知識解決問題能力的考核。實踐考核=項目過程考核成績＋項目作品考核成績。主要檢查學生對階段性知識以及基本技能的掌握情況，對每次實驗實訓進行考核。平時考核由考勤記錄、課堂提問、作業(yè)情況和平時表現(xiàn)構成。主要參考資料菜鳥教程、spring.io

教案周次第周課次第1次課學時安排4學時本次課題物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)的介紹及本書教學例程總體介紹教學目標能力目標：具備認知物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)、開發(fā)流程和系統(tǒng)架構的能力具備設計與解讀協(xié)議的能力知識目標：掌握物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)簡介、結構、系統(tǒng)要求掌握物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)框架技術理解協(xié)議的作用，學會設計用戶協(xié)議理解例程系統(tǒng)結構教學重點難點重點：用戶協(xié)議、例程體系結構難點：例程系統(tǒng)結構訓練項目（任務）或案例認知智能家居系統(tǒng)、智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)教學方法反轉課堂、視頻、課件等教學環(huán)境多媒體教室課后作業(yè)討論方案教學后記教學過程設計旁注課程內(nèi)容介紹什么是物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)設計物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構成是什么物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的要求怎么學習物聯(lián)網(wǎng)集成系統(tǒng)設計成績構成：課堂成績40%+作業(yè)20%+項目40%物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的四層結構講解對照物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)四層結構，介紹了兩個案例，提問學生講述上課例程總體結構用戶協(xié)議的構成及本課例程協(xié)議的理解分組小組討論例程講解探索者板LED燈的硬件連接電路回顧Keil5的使用，編譯運行程序HAL_GPIO_WritePin(GPIO_OUT_LED0_GPIO_Port,GPIO_OUT_LED0_Pin,GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(500);HAL_GPIO_WritePin(GPIO_OUT_LED0_GPIO_Port,GPIO_OUT_LED0_Pin,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(500);課堂小結（5分鐘）物聯(lián)網(wǎng)的概念課程案例的結構Keil5的使用開發(fā)板LED燈的硬件連接電路教案周次第周課次第2次課學時安排4學時本次課題基于串口的單片機節(jié)點主動上傳信息教學目標能力目標：掌握基于串口單片機節(jié)點主動上傳的編程方法掌握基于串口單片機節(jié)點被動上傳的編程方法知識目標：理解主動上傳、被動上傳的概念學會使用定時器主動上傳節(jié)點信息學會使用串口通信上傳燈的節(jié)點信息教學重點難點重點：主動上傳被動上傳的概念、結合串口使用主動上傳燈的信息難點：程序?qū)崿F(xiàn)訓練項目（任務）或案例1.燈定時閃爍，串口發(fā)送燈的狀態(tài)信息2.用戶控制燈，串口發(fā)送燈的狀態(tài)信息教學方法反轉課堂、視頻、課件等教學環(huán)境多媒體教室課后作業(yè)討論方案教學后記教學過程設計旁注回顧上節(jié)課內(nèi)容課程案例的結構用戶協(xié)議的定義Keil5的使用開發(fā)板LED燈的連接電路本次課程內(nèi)容主動上傳、被動上傳的概念講解定時器講解（1）定時時間決定因素：分頻系數(shù)n、計數(shù)值N、定時器時鐘f（2）定時時間計算t=N*n/f（3）優(yōu)先級分組及設定（4）定時器應用在main函數(shù)中開定時器HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);在main外寫定時函數(shù)voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*htim)//定時器中斷入口{if(htim->Instance==htim2.Instance)//判斷是否定時器2中斷{//定時任務}}3.串口發(fā)送初始化串口串口發(fā)送方法USART_SendData(*USART,data);4.講解例程主動發(fā)送的原理發(fā)送節(jié)點信息，節(jié)點采集的信息就是LED1燈的狀態(tài)。因此，單片機要把LED1燈的狀態(tài)先讀取出來，進行數(shù)據(jù)采集。然后根據(jù)燈的狀態(tài)，進行開關的協(xié)議代碼的發(fā)送。本例程采用主動上傳方式發(fā)送燈的狀態(tài)信息，所以定時中斷處理函數(shù)中采用以下代碼，每次定時器0.5秒時間到時，通過串口USART1發(fā)送數(shù)據(jù)。5.學生實驗結合燈的閃爍程序，使用定時發(fā)送燈的狀態(tài)信息關鍵代碼：if(TIM_GetITStatus(TIM3,Tim_IT_Update)==SET)//溢出中斷{i=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,GPIO_Pin_10);if(i==0x1)USART_SendData(USART1,(u8)'0'); elseUSART_SendData(USART1,(u8)'1');//向串口USART1發(fā)送數(shù)據(jù)while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待發(fā)送結束}6.講解串口調(diào)試助手的使用7.講解按鍵電路及相關編程方法按鍵控制LED1燈if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2)==0){ delay_ms(30);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2)==0){while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2)==0);GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10);}}elseGPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10);8.學生實驗結合按鍵控制燈的程序，主動發(fā)送用戶控制燈的信息到網(wǎng)關（串口助手）三、課堂小結1.主動上傳與被動主傳的區(qū)別2.復習單片機開發(fā)板定時器的使用3.復習單片機開發(fā)板串口發(fā)送的使用4.完成程序：燈定時閃爍，串口發(fā)送燈的狀態(tài)信息5.完成程序：用戶控制燈，串口發(fā)送燈的狀態(tài)信息教案周次第周課次第3次課學時安排4學時本次課題單片機節(jié)點信息串口被動上傳及控制教學目標能力目標：能夠描述被動上傳與主動上傳的區(qū)別能夠編寫被動上傳節(jié)點信息的代碼能夠編寫控制節(jié)點的程序知識目標：1.會用串口接收數(shù)據(jù)2.能描述被動上傳的原理3.能描述控制節(jié)點的原理教學重點難點重點：利用單片機串口與網(wǎng)關（串口助手）通信接收信息難點：串口中斷訓練項目（任務）或案例節(jié)點接收控制信息節(jié)點接收信息后上傳燈的狀態(tài)教學方法反轉課堂、視頻、課件等教學環(huán)境多媒體教室課后作業(yè)書本課后作業(yè)教學后記教學過程設計旁注一、上次課回顧（5分鐘）1.主動上傳與被動主傳的區(qū)別2.復習單片機開發(fā)板定時器的使用3.復習單片機開發(fā)板串口發(fā)送的使用4.完成程序：燈定時閃爍，串口發(fā)送燈的狀態(tài)信息5.完成程序：用戶控制燈，串口發(fā)送燈的狀態(tài)信息二、本次課程內(nèi)容1.講解被動上傳原理接收到“2”--->讀聯(lián)燈的狀態(tài)------>把燈的狀態(tài)通過串口發(fā)送出去2.講解串口中斷的方式接收數(shù)據(jù)要點串口接收中斷函數(shù)voidUSART1_IRQHandler(void) //串口USART1中斷服務程序{}3.學生理解原理及編程要點編寫被動上傳節(jié)點狀態(tài)程序講解程序u8i，j;if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET){ i=USART_ReceiveData(USART1); if(i=='2'){j=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,GPIO_Pin_10); if(j==0x0)USART_SendData(USART1,(u8)'1'); elseUSART_SendData(USART1,(u8)'0');while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);} }講解節(jié)點接收信息控制原理串口接收到1開燈串口接收到0關燈根據(jù)控制節(jié)點原理編寫程序while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==SET){ i=USART_ReceiveData(USART1); if(i=='1') { GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10); } elseif(i=='0') { GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10); } elseif(i=='2'){i=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,GPIO_Pin_10);if(i==0x0)USART_SendData(USART1,(u8)'1');elseUSART_SendData(USART1,(u8)'0'); while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);}}講解控制程序練習課后習題，解學生問題課堂小結（5分鐘）復習串口接收編程要點完成程序：串口被動上傳燈的信息完成程序：節(jié)點根據(jù)接收的控制信息控制LED燈教案周次第4周課次第4次課學時安排4學時本次課題單片機節(jié)點以太網(wǎng)客戶端通信程序教學目標能力目標：能夠簡單描述以太網(wǎng)的編程原理能夠理解以太網(wǎng)通信程序的接收、發(fā)送的方法能獨自完成實驗55的演示操作能夠改寫以太網(wǎng)通信程序完成節(jié)點作為客戶端主動上傳的功能知識目標：了解單片機以太網(wǎng)的編程原理理解程序接收完成標志位、接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)理解程序發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針會使用網(wǎng)絡調(diào)試助手教學重點難點重點：發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針意義及用法難點：以太網(wǎng)程序原理訓練項目（任務）或案例實驗55改寫太網(wǎng)通信程序，使其按本例程協(xié)議節(jié)點作為TCP/IP客戶端主動上傳節(jié)點信息教學方法反轉課堂、視頻、課件等教學環(huán)境多媒體教室課后作業(yè)教學后記教學過程設計旁注回顧上節(jié)課的內(nèi)容（5分鐘）通過串口主動上傳節(jié)點信息通過串口被動上傳節(jié)點信息根據(jù)串口接收到的信息控LED燈本節(jié)課程內(nèi)容簡單講解ICP/IP通信的原理客戶端-服務端服務端IP、端口號簡單講解單片機實驗55的TCP通信本實驗開機后，程序初始化LWIP，包括：初始化LAN8720A、申請內(nèi)存、開啟DHCP服務、添加并打開網(wǎng)卡，然后等待DHCP獲取IP成功，當DHCP獲取成功后，將在LCD屏幕上顯示DHCP得到的IP地址，如果DHCP獲取失敗，那么將使用靜態(tài)IP（固定為：192.168.1.30），然后開啟WebServer服務，并進入主循環(huán)，等待按鍵輸入選擇需要測試的功能。直接教師演示KEY0按鍵，用于選擇TCPServer測試功能、KEY1按鍵，用于選擇TCPClient測試功能。講解程序注意事項TCPServer測試的時候，直接使用DHCP獲取到的IP（DHCP失敗，則使用靜態(tài)IP）作為服務器地址，端口號固定為：8088。在電腦端，可以使用網(wǎng)絡調(diào)試助手（TCPClient模式）連接開發(fā)板，連接成功后，屏幕顯示連接上的Client的IP地址，此時便可以互相發(fā)送數(shù)據(jù)了。按KEY0發(fā)送數(shù)據(jù)給電腦，電腦端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)將會顯示在LCD屏幕上。按KEY_UP可以退出TCPServer測試。TCPClient測試的時候，先通過KEY0/KEY2來設置遠端IP地址（Server的IP），端口號固定為：8087。設置好之后哦，通過KEY_UP確認，隨后，開發(fā)板會不斷嘗試連接到所設置的遠端IP地址（端口：8087），此時我們需要在電腦端使用網(wǎng)絡調(diào)試助手(TCPServer模式)，設置端口為：8087，開啟TCPServer服務，等待開發(fā)板連接。當連接成功后，測試方法同TCPServer測試的方法一樣。介紹網(wǎng)絡調(diào)試助手用法，網(wǎng)絡調(diào)試助手模擬服務器注意：網(wǎng)絡調(diào)試助手作為TCP/IP通信的服務端，因為單片機的端口號是固定的，所以服務端提供的端口號：8087根據(jù)實驗55講解以下標志位及緩沖區(qū)的使用接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)u8tcp_client_recvbuf[TCP_CLIENT_RX_BUFSIZE];發(fā)送數(shù)據(jù)指針u8*tcp_client_sendbuf接收完成標志位tcp_client_flag&1<<61接收到數(shù)據(jù)0沒接收到數(shù)據(jù)標記要發(fā)送數(shù)據(jù)標志tcp_client_flag|=1<<7;1標記發(fā)送0不標記發(fā)送連接標志位tcp_client_flag&1<<51要連接0不用連接已連接標記connflag1連接上0沒連接上同學們自行測試實驗55根據(jù)實驗55功能以節(jié)點為客戶端完成基于以太網(wǎng)的節(jié)點主動發(fā)送通信程序主動上傳if(LED1==0){ tcp_client_sendbuf="1";//發(fā)送數(shù)據(jù)緩指針,指向發(fā)送內(nèi)容 tcp_client_flag|=1<<7;//標記發(fā)送信息 }elseif(LED1==1){ tcp_client_sendbuf="0";//發(fā)送數(shù)據(jù)緩指針,指向發(fā)送內(nèi)容 tcp_client_flag|=1<<7;//標記發(fā)送信息 }課堂小結（5分鐘）演示實驗55的功能介紹網(wǎng)絡調(diào)試助手的使用講解了實驗55接收完成標志位、接收緩沖區(qū)、發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針的作用與使用方法根據(jù)實驗55完成了節(jié)點作為客戶端通過以態(tài)主動上傳數(shù)據(jù)的程序教案周次第周課次第5次課學時安排4學時本次課題單片機節(jié)點以太網(wǎng)服務端通信程序教學目標能力目標：能夠改寫以太網(wǎng)通信程序完成節(jié)點作為客戶端被上傳的功能能夠改寫以太網(wǎng)通信程序完成節(jié)點作為服務端主動上傳、被動上傳、控制功能知識目標：了解單片機以太網(wǎng)的編程原理理解程序接收完成標志位、接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)理解程序發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針教學重點難點重點：接收完成標志位、接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針意義及用法難點：以太網(wǎng)程序原理訓練項目（任務）或案例1.改寫太網(wǎng)通信程序，使其按本例程協(xié)議節(jié)點作為TCP/IP客戶端控制節(jié)點2.改寫太網(wǎng)通信程序，使其按本例程協(xié)議節(jié)點作為TCP/IP服務端上傳節(jié)點信息及控制節(jié)點教學方法反轉課堂、視頻、課件等教學環(huán)境多媒體教室課后作業(yè)教學后記教學過程設計旁注一、回顧上節(jié)課的內(nèi)容（5分鐘）簡單回顧實驗55接收完成標志位、接收緩沖區(qū)、發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針的作用與使用方法回顧網(wǎng)絡調(diào)試助手的使用回顧節(jié)點作為TCP/IP通信的客戶端主動發(fā)送信息二、本節(jié)課程內(nèi)容重點復習以下標志位接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)u8tcp_client_recvbuf[TCP_CLIENT_RX_BUFSIZE];發(fā)送數(shù)據(jù)指針u8*tcp_client_sendbuf接收完成標志位tcp_client_flag&1<<61接收到數(shù)據(jù)0沒接收到數(shù)據(jù)標記要發(fā)送數(shù)據(jù)標志tcp_client_flag|=1<<7;1標記發(fā)送0不標記發(fā)送連接標志位tcp_client_flag&1<<51要連接0不用連接已連接標記connflag1連接上0沒連接上講解以下標志位接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)u8tcp_server_recvbuf[TCP_SERVER_RX_BUFSIZE]; 發(fā)送數(shù)據(jù)緩指針u8*tcp_server_sendbuf接收完成標志位tcp_server_flag&1<<61接收到數(shù)據(jù)0沒接收到數(shù)據(jù)標記要發(fā)送數(shù)據(jù)標志tcp_server_flag|=1<<71標記發(fā)送0標記不發(fā)送連接標志位tcp_server_flag&1<<51要連接0不用連接已連接標記connflag1連接上0沒連接上根據(jù)實驗55功能以節(jié)點為客戶端完成基于以太網(wǎng)的節(jié)點被動上傳及控制功能把以下代碼放到tcp_client_test函數(shù)的if(tcp_client_flag&1<<6)的判斷里面，就可完成接收控制與被動發(fā)送的目的。 if(tcp_client_recvbuf[0]=='0'){ //接收到“0”的時候，關燈 LED1=1;} elseif(tcp_client_recvbuf[0]=='1'){ //接收到“1”的時候，開燈 LED1=0; } elseif(tcp_client_recvbuf[0]=='2'){ //接收到“2”，返回燈的狀態(tài) if(LED1==0){//判斷燈是亮的 tcp_client_sendbuf="dengliang"; tcp_client_flag|=1<<7;//標記發(fā)送 } elseif(LED1==1){//判斷燈是滅的 tcp_client_sendbuf="dengmie"; tcp_client_flag|=1<<7;//標記發(fā)送 }}同學們自行完成根據(jù)實驗55功能以節(jié)點為服務端完成基于以太網(wǎng)的節(jié)點主動上傳。根據(jù)實驗55功能以節(jié)點為服務端完成基于以太網(wǎng)的節(jié)點被動上傳。根據(jù)實驗55功能以節(jié)點為服務端完成基于以太網(wǎng)的節(jié)點控制。做作業(yè)題鞏固所學課堂小結（5分鐘）接收完成標志位、接收緩沖區(qū)、發(fā)送標志位、發(fā)送數(shù)據(jù)指針的作用與使用方法節(jié)點可以作為TCP/IP通信的客戶端也可以作為通信的服務端根據(jù)實驗55完成了節(jié)點作為客戶端通過以態(tài)被動上傳數(shù)據(jù)和控制的程序根據(jù)實驗55完成了節(jié)點作為服務端通過以態(tài)主、被動上傳數(shù)據(jù)和控制的程序教案周次第周課次第6次課學時安排2學時本次課題網(wǎng)關程序串口通信部分教學目標能力目標：會例舉使用JAVA語言編寫串口通信的步驟能實現(xiàn)JAVA語言編寫串口程序接收和發(fā)送信息知識目標：理解網(wǎng)關通信的原理及作用進一步掌握JAVA中類的定義及類的方法調(diào)用掌握JAVA編寫串口通信程序的方法教學重點難點重點：網(wǎng)關通信的原理、JAVA語言編寫串口接收、發(fā)送的基本語句難點：JAVA接收原理及實現(xiàn)訓練項目（任務）或案例網(wǎng)關串口接收發(fā)送程序教學方法反轉課堂、視頻、課件等教學環(huán)境多媒體教室課后作業(yè)教學后記教學過程設計旁注回顧上節(jié)課的內(nèi)容（5分鐘）單片機節(jié)點網(wǎng)絡接收單片機節(jié)點網(wǎng)絡發(fā)送單片機節(jié)點串口接收單片機節(jié)點串口發(fā)送本節(jié)課程內(nèi)容網(wǎng)關的介紹介紹網(wǎng)關的作用與功能強調(diào)串口的連接，或者說非網(wǎng)絡節(jié)點連接方式通過網(wǎng)關把信息發(fā)送到網(wǎng)絡上。網(wǎng)關的作用是，不同傳輸網(wǎng)絡之間的轉換。要實現(xiàn)串口的協(xié)議轉換成TCP/IP的協(xié)議的本地網(wǎng)關的設計與實現(xiàn)。網(wǎng)關中串口的初始化步驟新建一個串口類（1）找到硬件連接的串口；（2）打開串口；（3）取得串口輸出輸入流；（4）設置串口通信參數(shù)。網(wǎng)關初始化代碼寫在串口構造函數(shù)中強調(diào)輸入流和輸出流學生實驗進行串口初始化，并確認初始化成功與否使用串口接收信息講解串口接收信息的原理串口接收信息是通過串口消息處理機制完成講解串口接收信息的編程方法添加串口消息處理有三個步驟如下：（1）首先需要在端口控制類（如CommUti）加上“implementsSerialPortEventListener”；（2）復寫publicvoidserialEvent(SerialPortEvente)方法，在其中對事件進行判斷；（3）添加監(jiān)視器serialPort.addEventListener(this);。使用串口調(diào)試助手模擬單片機節(jié)點使用串口調(diào)試助手向網(wǎng)關發(fā)送信息，查看網(wǎng)關接收串口信息的情況學生寫代碼及使用串口助手測試串口接收使用串口發(fā)送信息講解串口發(fā)送信息的原理主動發(fā)送，只要寫發(fā)送函數(shù)，供其它類調(diào)用講解串口發(fā)送信息的編程方法publicvoidsendtomcu(Stringstring){ if(outputStream!=null) try{ outputStream.write(string.getBytes()); }catch(IOExceptione){ e.printStackTrace(); } }學生寫代碼及使用串口助手測試串口發(fā)送課堂小結（5分鐘）串口初始化串口串口接收原理及編程方法串口發(fā)送原理及編程方法教案周次第周課次第7