物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用 項(xiàng)目三基于Wi-Fi的智能家居聯(lián)動(dòng)教案

一、教案首頁標(biāo)題：認(rèn)識(shí)wifi及ESP8266模塊學(xué)時(shí)數(shù)3授課班級(jí)上課時(shí)間上課地點(diǎn)課堂類型：理論課□實(shí)踐課□理論·實(shí)踐課?其他□教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)（思政目標(biāo)）能使用AT指令對(duì)ESP8266Wi-Fi模塊進(jìn)行配置2)能夠通過ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的接入和數(shù)據(jù)的傳輸1)了解Wi-Fi無線通信基礎(chǔ)知識(shí)2)了解WLAN的基本概念與組成3）熟悉ESP8266Wi-Fi模塊1)培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力2）增強(qiáng)問題解決能力3）團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流能力教學(xué)重點(diǎn)AT指令集的掌握與應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)Wi-Fi通信的實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源1.物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用，張佐理，電子工業(yè)出版社2.傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（中級(jí)），陳繼欣主編，機(jī)械工業(yè)出版社教法與學(xué)法講授法、演示法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、討論法、實(shí)踐法等。教學(xué)內(nèi)容1.導(dǎo)入新課（5分鐘）簡要介紹Wi-Fi通信技術(shù)的發(fā)展歷程和重要性，引出本課的教學(xué)目標(biāo)。2.講授新知（40分鐘）Wi-Fi無線通信基礎(chǔ)（10分鐘）介紹常見的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)及其特點(diǎn)。講解WLAN、IEEE802.11與Wi-Fi的關(guān)系。WLAN的組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（10分鐘）介紹WLAN的站點(diǎn)、接入點(diǎn)、無線介質(zhì)和分布式系統(tǒng)等組成部分。講解WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)。ESP8266Wi-Fi模塊（20分鐘）介紹ESP8266模塊的基本特性、硬件接口和工作模式。講解ESP8266模塊的AT指令集。3.演示操作（15分鐘）演示如何通過AT指令配置ESP8266模塊，包括設(shè)置Wi-Fi模式、連接接入點(diǎn)、開啟服務(wù)器模式等。使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進(jìn)行TCP/UDP數(shù)據(jù)傳輸演示。4.學(xué)生實(shí)踐（40分鐘）學(xué)生分組，每組分配一臺(tái)裝有ESP8266模塊的開發(fā)板和必要的連接線。學(xué)生根據(jù)教師提供的操作指南，自行配置ESP8266模塊，并實(shí)現(xiàn)Wi-Fi通信。教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生遇到的問題。5.總結(jié)反饋（15分鐘）學(xué)生分享實(shí)踐過程中的經(jīng)驗(yàn)和問題，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)。強(qiáng)調(diào)AT指令配置的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生課后繼續(xù)探索和實(shí)踐。6.布置作業(yè)（5分鐘）要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解最新的Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如Wi-Fi7）及其特點(diǎn)。教學(xué)反思標(biāo)題：基于Wi-Fi與ZigBee的數(shù)據(jù)采集與傳輸學(xué)時(shí)數(shù)5授課班級(jí)上課時(shí)間上課地點(diǎn)課堂類型：理論課□實(shí)踐課□理論·實(shí)踐課?其他□教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)（思政目標(biāo)）1)能夠根據(jù)項(xiàng)目需求配置Wi-Fi模塊的AT指令，實(shí)現(xiàn)Wi-Fi通信。2)能夠編寫CC2530單片機(jī)與Wi-Fi模塊間的接口程序，組建Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)3)能夠基于ZigBee協(xié)議棧進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并通過Wi-Fi模塊傳輸數(shù)據(jù)。1)掌握Wi-Fi模塊的AT指令集及其使用方法2)熟悉CC2530單片機(jī)與Wi-Fi模塊的接口編程3）了解ZigBee無線組網(wǎng)的基本原理及數(shù)據(jù)通信過程。1)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和問題解決能力。2)增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通協(xié)調(diào)能力教學(xué)重點(diǎn)Wi-Fi模塊AT指令集的理解與應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)CC2530單片機(jī)與Wi-Fi模塊的接口編程實(shí)現(xiàn)。教學(xué)資源1.物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用，張佐理，電子工業(yè)出版社2.傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（中級(jí)），陳繼欣主編，機(jī)械工業(yè)出版社教法與學(xué)法講授法、演示法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、討論法、實(shí)踐法、合作學(xué)習(xí)和反思總結(jié)等。教學(xué)內(nèi)容一、課程導(dǎo)入（5分鐘）簡要介紹項(xiàng)目背景和目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的Wi-Fi傳輸功能。強(qiáng)調(diào)該項(xiàng)目在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。二、理論知識(shí)講解（20分鐘）DS18B20溫度傳感器：介紹其工作原理、引腳定義、接線方式及編程接口。CC2530單片機(jī)：概述其基本功能、系統(tǒng)時(shí)鐘配置、串口通信原理。Wi-Fi模塊：講解Wi-Fi通信基礎(chǔ)、AT指令集、與單片機(jī)的接口方法。三、實(shí)踐操作演示（40分鐘）硬件連接：展示DS18B20溫度傳感器與CC2530單片機(jī)的接線實(shí)物圖，講解注意事項(xiàng)。軟件編程：演示系統(tǒng)時(shí)鐘配置、串口初始化、LCD顯示初始化的代碼實(shí)現(xiàn)。講解溫度讀取函數(shù)的編寫與調(diào)用方法。演示W(wǎng)i-Fi模塊初始化、AT指令發(fā)送與接收處理的編程實(shí)現(xiàn)。四、學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐（60分鐘）學(xué)生分組進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐，按照教師演示的步驟完成硬件連接和軟件編程。教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在實(shí)踐過程中遇到的問題。五、項(xiàng)目展示與點(diǎn)評(píng)（20分鐘）每組學(xué)生展示項(xiàng)目成果，包括硬件連接圖、程序代碼及功能演示。教師和學(xué)生共同點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)與不足，提出改進(jìn)建議。任務(wù)三模塊課程引入：目標(biāo)闡述：明確本節(jié)課的職業(yè)技能目標(biāo)，即能夠基于協(xié)議棧進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并能使用Wi-Fi模塊接收協(xié)調(diào)器采集的終端環(huán)境數(shù)據(jù)。任務(wù)描述：詳細(xì)解釋任務(wù)需求，包括ZigBee無線組網(wǎng)、數(shù)據(jù)通過串口通信傳輸至Wi-Fi模塊，以及Wi-Fi模塊與ZigBee終端的連接和數(shù)據(jù)接收。七、理論基礎(chǔ)（15分鐘）ZigBee與Wi-Fi技術(shù)概述：簡要介紹ZigBee和Wi-Fi兩種無線通信技術(shù)的特點(diǎn)、應(yīng)用場景及優(yōu)缺點(diǎn)。強(qiáng)調(diào)ZigBee適合短距離、低功耗的無線組網(wǎng)，而Wi-Fi則適用于長距離、高帶寬的無線連接。CC2530芯片介紹：介紹-CC2530作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備的核心芯片，其內(nèi)置的兩個(gè)USB轉(zhuǎn)串口（USART0和USART1）的功能和配置方法。講解CC2530的主要寄存器及其作用，如PERCFG、P2DIR、IEN0、IRCON2、UxCSR等。串口通信原理：講解UART（通用異步收發(fā)傳輸器）的基本概念和通信原理，包括數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等概念。介紹DMA（直接存儲(chǔ)器存取）和ISR（中斷服務(wù)程序）兩種串口通信方式的特點(diǎn)和適用場景。八、實(shí)操演示（30分鐘）雙串口配置：演示如何在ZStack-2.5.1a協(xié)議棧中配置CC2530的雙串口（USART0和USART1），包括配置外設(shè)控制寄存器、I/O端口、端口外設(shè)優(yōu)先級(jí)、串口控制和狀態(tài)寄存器、波特率等。強(qiáng)調(diào)配置過程中需要注意的細(xì)節(jié)，如備用位置的選擇、中斷的使能和清零等。串口通信方式配置：演示如何設(shè)置USART0使用ISR方式通信，USART1使用DMA方式通信。修改“hal_board_cfg.h”文件中關(guān)于DMA和ISR的相關(guān)設(shè)置，確保兩種通信方式能夠正常工作。串口通信測試：通過編寫簡單的測試程序，驗(yàn)證USART0和USART1的配置是否正確，以及兩種通信方式是否能有效傳輸數(shù)據(jù)。使用串口調(diào)試助手等工具觀察數(shù)據(jù)發(fā)送和接收情況。九、學(xué)生練習(xí)（30分鐘）分組操作：將學(xué)生分成若干小組，每組分配一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備和任務(wù)書。任務(wù)實(shí)施：學(xué)生按照任務(wù)書要求，自行配置CC2530的雙串口，并設(shè)置不同的通信方式。使用ZigBee協(xié)調(diào)器和終端進(jìn)行無線組網(wǎng)，通過串口將數(shù)據(jù)從ZigBee終端傳輸至Wi-Fi模塊。驗(yàn)證Wi-Fi模塊是否能正確接收并處理來自ZigBee終端的數(shù)據(jù)。問題解答