Arduino应用技术教学大纲教学教案

Q/NJXX-QR-JX-01-2018南京信息职业技术学院课程大纲版本更新记录：2018年/XX月/XX日XXX课程委员会审核通过课程名称Arduino应用技术课程代码M01F91D10总学时60实践学时32学分数4修课方式必修√选修开课学期使用班级课程所属部门电子信息学院课程负责人黄凌授课教师姓名联系方式辅导地点辅导时间黄凌133051851261#A212周三13：30-16：00课程类别数学及基础科学√专业课通识课适用专业物联网应用技术前导课程《电子技术基础》、《C语言程序设计》等后续课程《无线传感器网络》、《窄带物联网应用技术》等选用教材及资料教材名称Arduino应用技术编者黄凌出版社自编版次主要教学参考资料Arduino程序设计基础北京航空航天大学出版社，课程学习目标掌握Arduino单片机的硬件结构，产品系列，软件编程；与显示电路，电机，传感器，网络等电路的连接，以及在网络通讯，无线通讯等物联网中的应用这句话不完整，主语应该是Arduino单片机吗；能够搭接各种Arduino的基本电路，显示电路，传感器电路，网络等电路；能够应用C/C++进行编程，调试程序，调试电路；掌握Arduino在物联网的简单使用。这句话不完整，主语应该是Arduino单片机吗教学目标核心能力本课程对应核心能力的比例分配教学目标A专业能力：熟练运用从事物联网工程应用专业活动所需要的自然科学基础知识以及相应的专业知识、技能工具。10%A0B1：了解Arduino是什么，Arduino的硬件分类和常用的扩展板。A0B2:掌握Arduino开发环境IDE的安装，了解Arduino第三方软件，Blink程序编写A0B3：掌握Arduino的语法基础，可以进行软件编程A0B4：掌握Arduino函数的概念，如何安装库A0B5：能用Arduio驱动LCD显示器，传感器，电机A0B6：能用Arduio与数码管电路的连接，矩阵键盘A0B7：掌握Arduino与SPI设备的连接，IIC电路的连接A0B8：掌握Arduino与蓝牙设备的连接A0B9：了解常用的物联网平台，Arduino在物联网中的应用A0B10：了解NODEMCU，MQTT协议B问题解决：熟练运用数学、科学、专业知识，对物联网应用领域的一般工程问题进行识别、分析、设计并执行相应的解决方案。40%B0B1：能看懂电路图，并对电路进行分析B0B2：能自己搭接电路，编写程序，调试。B0B3：能应用物联网平台开发一个小的物联网项目D项目管理：掌握项目管理的基本知识、方法和工具，并能将其应用于物联网应用项目的设计、安装、调试与运行等工作的组织与管理中。20%DOB1：了解项目管理的基本知识和方法DOB2：了解一般物联网应用工程项目中的设计F沟通合作：尊重多元观点,并能够与他人进行有效的交流；具备全局观念，能够与团队其他成员进行良好的协作。20%FOB1：能够尊重小组成员的不同观点FOB2：能够与他人进行有效沟通与交流，在技术团队中能够完成好自身角色的职责FOB3：能够清晰表达，通过文档、PPT等多种形式展示任务完成情况H创新能力：具备创新意识，了解基本的创新方法。10%H0B1H0B2了解基本的创新方法H0B3合计100%单元教学设计单元名称对应的教学目标编号教学内容这部分内容是不是应该从教师的角度来提？这部分内容是不是应该从教师的角度来提？学时教学方式评价方式理论实践1、Arduino的世界A0B11、了解Arduino是什么，板上的硬件资源，Arduino的硬件分类和常用的扩展板。2、掌握Arduino开发环境IDE的安装，了解Arduino第三方软件3、掌握Blink程序的编写42现场教学书面作业（30%）课堂任务（70%）A0B2B0B1FOB1FOB22、Arduino语言A0B3掌握Arduino程序结构，语言基础掌握Arduino函数的用法3、掌握如何添加外面的库64现场教学书面作业（40%）课堂任务（60%）A0B4B0B1B0B23、Arduino基本示例A0B5能用Arduio驱动LCD显示器，传感器，电机能用Arduio与数码管电路的连接，矩阵键盘410现场教学分组学习书面作业（20%）课堂任务（80%）A0B6DOB1FOB24、Arduino通讯A0B7掌握Arduino与SPI设备的连接，IIC电路的连接掌握Arduino与蓝牙设备的连接410现场教学分组学习书面作业（20%）课堂任务（80%）A0B8DOB2FOB1FOB2FOB35、物联网服务平台A0B9了解常用的物联网平台，Arduino在物联网中的应用了解NODEMCU，MQTT协议44分组学习项目完成实施（50%）分组汇报（50%）A0B10DOB1DOB2FOB1FOB26、NodeMCU制作洒水系统B0B31、了解该物联网项目2、自己利用物联网平台做个小项目26分组学习项目完成实施（50%）分组汇报（50%）H0B1H0B2H0B3成绩评定方式（请说明本课程的总评成绩如何组成）总评成绩=过程考核成绩（70100%）+期末考试（30%）其中：过程考核成绩=各单元评价总成绩╳各单元权重；期末考试在组卷时，各单元考试内容所占试卷分数比例应与各单元权重基本一致。单元123456单元权重5%15%25%25%20%10%

南京信息职业技术学院教案学期：2018-2019-2课程名称：Arduino应用技术授课教材：Arduino应用技术任课教师：黄凌授课班级：智能终端17011702学时：60课程负责人：黄凌

南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码1授课日期2019年2月25日第1周教学时数4授课章节名称第一章Arduino的世界1.1什么是Arduino1.2Arduino板上的硬件1.3其他类型的Arduino板1.4Arduino扩展板教学目标1、了解Arduino发展，基本知识2、掌握Arduino板子的硬件3、熟悉Arduino其他类型的板子，扩展板教学重点ArduinoUNO板子的硬件教学难点ArduinoUNO板子的硬件更新、补充、删除内容补充例程教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业查相关资料课后体会刚开始讲解，学生反映尚可，难度不是很大。教学过程设计一、为什么使用Arduino做开发1、ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系统上运行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。2、ArduinoIDE基于processingIDE开发。对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。Arduino语言基于wiring语言开发，是对AVRGCC库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。3、Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，更是硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。二、Arduino系列控制器特色Arduino板子上的硬件Arduino其他系类板子1.3.1ArduinoUNO1.3.4ArduinoYún1.3.5ArduinoRobot1.3.6ArduinoMega系列1.3.7ArduinoEthernet1.3.8LiLyPadArduino系列南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码2授课日期2019年3月4日第2周教学时数4授课章节名称第一章Arduino的世界1.5ArduinoIDE安装1.6ArduinoIDE介绍1.7开始编写Arduino程序1.8Arduino的第三方软件介绍1.9Arduino展望未来教学目标掌握ArduinoIDE了解Arduino第三方软件教学重点ArduinoIDE集成开发环境的应用教学难点上机调试简单Arduino语言程序更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业编写简单程序课后体会学生有了实际操作的机会，大家反映比较积极。教学过程设计1.5ArduinoIDE安装1.5.1交叉编译：就是在一个平台上生成另一个平台上可以执行的代码。开发人员在电脑上将程序写好，编译生成单片机执行的程序，就是一个交叉编译的过程。很多嵌入式系统需要从一台计算机上编程，将写好的程序下载到开发板中进行测试和实际运行。因此跨平台开发在嵌入式系统软件开发中很常见。因为单片机上不具备直接编程的环境，因此利用Arduino编程需要两台计算机：Arduino单片机和PC。1.5.2在windows上安装IDEArduinoIDE的安装包可以从Arduino官网很方便地下载，其下载链接为：http://arduino.cc/en/Main/Software。安装Arduino软件安装USB驱动创建开始菜单快捷方式创建桌面快捷方式关联.ino文件图1-15为ArduinoIDE界面工具栏，从左至右依次为编译、上传、新建程序、打开程序、保存程序（sketch）和串口监视器（SerialMonitor）。南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码3授课日期2019年3月11日第3周教学时数4授课章节名称第二章Arduino语言2.1Arduino语言介绍与程序结构2.2Arduino语言基础2.3Arduino的一些扩展语法教学目标1.掌握Arduino程序介绍和语言基础2.掌握Arduino一些扩展语法教学重点Arduino程序介绍和语言基础教学难点Arduino程序介绍和语言基础更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业练习编程课后体会复习了一些c语言的知识，以及Arduino语言的特点，学生渐入佳境。教学过程设计2.1Arduino语言介绍及程序结构Arduino语言使用C/C++语言编写程序，其实也就是基础的C语言，只不过把AVR单片机(微控制器)相关的一些参数设置都函数化了，不用去了解它的底层硬件，让不了解AVR单片机(微控制器)的朋友也能轻松上手。Arduino程序中没有main函数。其实并不是Arduino没有main函数，而是main函数的定义隐藏在了Arduino的核心库文件中。Arduino开发一般不直接操作main函数，而是使用setup和loop这两个函数。1、上电后setup()函数执行一次2、loop()函数一直循环运行2.2Arduino语言基础

2.2.1数据类型2.2.2数据类型转换2.2.3常量2.3Arduino的一些扩展语法1、Arduino将分号（;）视为一条语句的结束符号。2、{}（花括号）也称为大括号，是C编程语言中的一个重要组成部分;它们被用来区分几个不同的结构。左大括号“{”必须与一个右大括号“}”形成闭合。这称为括号平衡的条件。3、注释用来对代码所实现的功能做一些描述，当然也可以用来做一些相关说明。Arduino语言提供了两种注释方法。“/**/”为多行注释，在“/*”和“*/”之间的内容就是注释内容：南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码4授课日期2019年3月18日第4周教学时数4授课章节名称第二章Arduino语言2.4运算符2.7Arduino函数2.5条件判断2.8Arduino库函数2.6循环教学目标1.掌握运算符运算符循环2.掌握Arduino函数，库函数教学重点1.掌握运算符运算符循环2.掌握Arduino函数，库函数教学难点掌握Arduino函数，库函数更新、补充、删除内容补充练习教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业复习上课的内容课后体会了解了Arduino的库函数，如何装载，复习学习过的内容教学过程设计2.4运算符

2.4.1复合运算符在程序运行过程中，其值可以发生改变的量称为变量。变量具有三个基本要素：名字、类型和值。复合操作运算符是部分数学运算符、位运算符与赋值运算的一种简写形式2.4.2关系运算符关系运算符的结果是boolean类型的true或false。2.4.3布尔运算符布尔运算符用来对两个布尔表达式进行运算，运算的结果仍然为布尔值2.4.4数学运算符数学运算符包括四则运算符以及取模运算符。2.4.5位运算符位运算符用来按位操作数据。2.5条件判断2.6循环2.7Arduino函数系统函数是Arduino语言默认提供的函数，这些函数可以直接拿来使用而不需要定义2.8Arduino库函数2.8.1库函数概述Arduino开发的一个优势就是可以通过添加第三方库来增加对硬件的支持。目前已经有很多库，开发者可以根据需求选择安装，它们只会在你需要的时候载入程序经常会依赖一些库，可以在代码的顶端看到它需要什么样的库。如果看#include<FatReader．h>，那意味着需要一个叫作FatReader的库或者一个包含FatReader文件的库。库是一个包含一些文件在里面的文件夹，这些文件．cpp(C++codefile)和．h(C++headerfile)为扩展名。2.8.2常用库函数2.8.3如何添加额外的Arduino库函数1.使用管理库要在ArduinoIDE中安装新库，可以使用库管理器。打开IDE并单击“项目”菜单，然后单击“加载库”→“管理库”。2.输入.ZIP的库南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码5授课日期2019年3月25日第5周教学时数4授课章节名称第二章Arduino语言多个实例教学目标掌握和Arduino语言相关的多个实验教学重点Arduino语言、语法教学难点Arduino语言、语法更新、补充、删除内容补充练习教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业自测题3（四）1、2课后体会通过做简单的实验，学生进一步了解了Arduino的特点。教学过程设计流水灯实验实验所需材料：ArduinoUNO、面包板、8个LED、9个220Ω电阻。2．呼吸灯实验实验所需材料：ArduinoUNO、面包板、1个LED、1个220Ω电阻。光敏电阻检测环境光亮度南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码6授课日期2019年4月1日第6周教学时数4授课章节名称第三章Arduino基本示例3.1温度和湿度的检测3.2Arduino和运动传感器的连接教学目标1．掌握温度和湿度的检测2．掌握Arduino和运动传感器的连接教学重点1．掌握温度和湿度的检测2．掌握Arduino和运动传感器的连接教学难点Arduino和运动传感器的连接更新、补充、删除内容补充练习教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业补充课后体会做运动传感器的时候，不少同学碰到了困难，但是后来解决了。教学过程设计3.1温湿度传感器的使用DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。量程湿度20-90%RH，温度0~50℃。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。第三脚为空脚，不接；第一，四脚分别接电源和地；在VCC和数据脚之间连接一个10k的电阻，作为数据线的上拉电阻，再把数据脚接到Arduino的D3脚。3.2Arduino和运动传感器的连接在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。被动式热释电红外探头的工作原理及特性为：

人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码7授课日期2019年4月8日第7周教学时数4授课章节名称第三章Arduino基本示例3.3Arduino和液晶显示器的连接3.4超声波测距模块教学目标1.掌握Arduino和液晶显示器的连接2.掌握超声波测距模块教学重点Arduino和液晶显示器的连接教学难点超声波测距模块更新、补充、删除内容补充练习教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业项目报告课后体会学生兴趣浓郁，可以实际看到操作的效果。教学过程设计3.3Arduino和液晶显示器的连接在Arduino很多项目中，您需要直接从LCD显示屏输出数据。在本例中，我们将展示如何使用I2C通信在Arduino上驱动LCD显示屏。最后，您将看到如何在显示器上显示文本。LCD显示器的集成大大方便了项目的设计，允许用户读取一些输出参数；这些值可以是传感器数据，例如温度或压力，甚至Arduino正在执行的循环次数。然而，这些显示器有一个小问题。当它们连接到Arduino时，这些显示器几乎占用所有可用IO口，只把极少的输出留给其他设备和传感器。如果使用I2C总线上的通信，这个问题已经解决了。1）顺序结构3.3.4安装库文件使用I2C协议的LCD液晶显示，有一个特殊的库被下载并包含在程序里。这个库的名字是LiquidCrystalI2C。下载库ZIP文件，并解压安装在ArduinoIDE中。你可以从ArduinoIDE中安装ZIP文件，从菜单中选择“Sketch”→“includeLibrary”→“Add.ZIPlibrary”等菜单，操作如图3-16所示。3.4超声波测距模块南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码8授课日期2019年4月15日第8周教学时数4授课章节名称第三章Arduino基本示例3.5用Arduino发出声音-简易电子琴的制作3.6Arduino驱动电机教学目标掌握简易电子琴的制作Arduino驱动电机教学重点简易电子琴的制作Arduino驱动电机教学难点Arduino驱动电机更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业项目报告课后体会简易电子琴的电阻和蜂鸣器都出了点问题，声音不是很响亮教学过程设计3.5用Arduino发出声音-简易电子琴的制作在该例中，当你按下某一个按钮的时候你要演奏一定的频率的信号，我们可以从中音的C，D，E和F开始，它们的频率分别是262HZ，294HZ，330HZ，349HZ，这里你需要使用数组。调声函数tone（)主要用于Arduino连接蜂鸣器或者扬声器发声的场合，其实质是可以输出一个频率可调的方波，以此驱动蜂鸣器或扬声器振动发声3.6Arduino驱动电机3.6.1伺服电机伺服电机是能够转到指定位置的驱动设备。通常，它们有一个可以转180度的伺服臂。用Arduino可以驱动一个伺服电机走到指定的位置。伺服电机可以控制轮船和飞机的方向舵，这些都需要控制一定的角度，但并非需要连续旋转。舵机内部是有直流电机，位置电位器和驱动反馈电路组成，当需要转到一定角度时，输入信号和标准信号比较，如果反馈位置不是所需要的位置，电机则会朝向需要的方向转动，直到转到指定的位置，电位器反馈信息促使电机停止转动。后来应用领域扩展到机器人、自动化，和Arduino的世界。南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码9授课日期2019年4月22日第9周教学时数4授课章节名称第三章Arduino基本示例3.7Arduino和数码管的连接3.8Arduino和矩阵键盘的连接教学目标1.Arduino和数码管的连接2.Arduino和矩阵键盘的连接教学重点Arduino和矩阵键盘的连接教学难点无更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业项目报告课后体会学生做的比较顺利，没有碰到什么很难的问题教学过程设计3.7Arduino和数码管的连接键盘最有用的应用之一是密码输入。你可以设置一个密码，如果密码正确的话，Arduino可以启动继电器或其他模块。南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码10授课日期2019年4月29日第10周教学时数4授课章节名称测验教学目标通过一次测验了解学生前面课程的学习情况教学重点测验电路教学难点无更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业测验报告课后体会很多同学没有平时做的好，不会排除故障。教学过程设计测验数字骰子3.9.174595驱动一位数码管数字骰子南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码11授课日期2018年5月6日第11周教学时数4授课章节名称第四章Arduino通信4.1串口通信4.2SPI通信教学目标1.掌握串口通信2.掌握SPI通信教学重点掌握SPI通信教学难点掌握SPI通信更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业项目报告课后体会SD卡实验做得比较好，也可以显示温湿度了。教学过程设计4.1串口通信前面章节中用到了Serial.begin()和Serial.print()等语句，这些语句就是在操作串口。Arduino与计算机通信最常用的方法就是串口通信，这在之前的学习中已接触过。在Arduino控制器上，串口都是位于0（RX）和1（TX）的两个引脚，Arduino的USB口通过一个转换芯片与这两个串口引脚连接。该转换芯片会通过USB接口在计算机上虚拟出一个用于与Arduino通信的串口。因此当使用USB线将Arduino与计算机连接时，两者之间便建立了串口连接。通过此连接，Arduino便可与计算机互传数据了。要想使串口与计算机通信，需要先使用Serial.begin()函数初始化Arduino的串口通信功能，即Serial.begin(speed);其中参数speed指串口通信波特率，它是设定串口通信率的参数。串口通信的双方必须使用相同的波特率才能正常通信。波特率越大，说明串口通信的速率越高。4.2SPI通信如果需要使用大量数据或者保存大量数据，那么Arduino自带的EEPROM和Flash存储空间就显得捉襟见肘了。这样可以选择外置的存储器来扩展存储空间，这里使用SD卡。如图4-2所示。SD（securedigitalmemorycard）卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代存储设备，它被广泛引用于便携式设备上，例如数码相机，手机和平板电脑等。以下是此类项目的简要使用方面：记录光照，温度，湿度随时间变化的气象站记录你一天去过哪里的GPS追踪和定位器能报告哪部分过热的台式机温度检测器前面我们学习过用DHT11传感器记录温湿度，如果我们考虑要把这些温湿度数据存储到SD卡上，该怎么做？读者可以思考一下南京信息职业技术学院教案授课班级智能终端17011702授课形式讲授操作页码12授课日期2019年5月13日第12周教学时数4授课章节名称第四章Arduino通信4.3IIC通信Arduino与实时时钟的连接4.5蓝牙通信教学目标IIC通信蓝牙通信教学重点IIC通信蓝牙通信教学难点IIC通信蓝牙通信更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业项目报告课后体会蓝牙实验的时候碰到了问题，无法找到自己的蓝牙设备教学过程设计4.3IIC通信Arduino与实时时钟的连接现在流行的时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本文介绍的实时时钟电路DS1302是美国DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。我们这里采用的是实时时钟模块，已经外接好晶振，纽扣电池。另外采用IIC的液晶显示模块。4.5蓝牙通信4.5.1蓝牙模块Blue-Tooth，蓝牙，是一种支持设备短距离通信的无线电技术，但是由于连接简单，支持全双工传输且传输速率快，一般应用在移动电话、笔记本电脑、无线耳机和PDA等设备上。南京信息职业技术学院教案授课班级智能中端17011702授课形式讲授操作页码13授课日期2019年6月20日第13周教学时数4授课章节名称第5章物联网服务平台5.1物联网平台的分类5.2国内常见的物联网平台5.7乐为物联教学目标会使用物联网平台教学重点使用物联网平台教学难点使用物联网平台更新、补充、删除内容无教学手段讲授、多媒体演示、操作课外作业项目报告课后体会同学熟悉了解了这个项目，因为硬件的原因，没有做成实验教学过程设计随着技术的突破与发展，物联网近两年来的发展可谓一日千里，“物联网+”逐渐替代“互联网+”，成为业内关注的焦点。众多物联网企业都瞄准了“物联网平台”这样一个发展方向，因为平台在整个物联网体系架构中起着承上启下的关键作用。物联网平台可以实现底层终端设备的“管、控、营”一体化，为上层提