传感器与传感网技术应用 教案 项目七 基于CAN总线的汽车监测系统

《传感器与传感网技术应用》课程教案《《传感器与传感网技术应用》授课教案授课教案北京新大陆时代教育科技有限公司《传感器与传感网技术应用》课程教案《传感器与传感网技术应用》课程教案学年度第学期项目名称基于CAN总线的汽车监测系统授课教师授课时间课题名称CAN总线的搭建授课班级授课人数课时4教学目标知识目标1.了解CAN总线的概念和工作原理；2.了解CAN接口和CAN接口芯片功能，了解CAN电平转换电路及接口标准；能力目标1.掌握CAN总线故障检测的方法；2.掌握压电传感器的工作原理、基本结构、应用特点；3.能搭建基于CAN总线的汽车监测系统；4.能对常见的CAN总线故障进行故障检测和排查；素质目标1.培养开阔灵活的思维能力、积极主动的探索精神；2.培养善于沟通、自我表达、互相协作的团队意识；3.使同学们具备严谨细致的工作态度；教学重点了解CAN接口和CAN接口芯片功能，了解CAN电平转换电路及接口标准；对常见的CAN总线故障进行故障检测和排查；教学难点能搭建基于CAN总线的汽车监测系统；掌握压电传感器的工作原理、基本结构、应用特点；教法学法问题讨论法、讲授法、任务驱动法等。教学手段资源PPT、图片。学情分析此班级学生为物联网技术应用专业，学生在之前已经学习了CC2530等单片机的编程基础，在项目六了解了485总线的基础知识和搭建方法。使用教材《传感器与传感网技术应用》教学环节（时间分配）教学内容与教师活动学生活动设计意图教学手段引导案例（10min）提出汽车监测系统的案例伴随着社会经济的不断进步，汽车俨然转变成当前人们日常生活中不可或缺的一种交通工具。现代汽车中的传感器类型很多，比如：整车加速度传感器、车身高度传感器、座椅压力传感器、方向盘转角传感器、温湿度传感器等，所有的这些传感器都是通过汽车内部的CAN总线连接在一起的。**提问：如何进行汽车监测系统的搭建呢？以此引出本项目的课题。观察图片所示，关注问题讨论作答；关注教师进一步解答汽车智能监测系统的重要性；加强学生汽车智能监测系统的重要性的认识，激发学生的学习兴趣；图片；PPT2.项目学习目标说明归纳系统运行视频中各任务功能实现相关知识技能点；展示本项目的知识目标、技能目标、情感目标、专业素养并对目标进行简单解读；认真关注聆听教师的归纳，建立本项目目标的清晰认识，并初步其中的部分术语形成浅显的了解；使学生明确本项目目标，认同本项目的学习内容；PPT任务解读（5min）任务一CAN总线的搭建1.简要说明本任务的内容和学习思路；2.解读职业能力目标：(1)了解CAN总线的概念和工作原理；(2)了解CAN接口和CAN接口芯片功能，了解CAN电平转换电路及接口标准；(3)掌握CAN总线故障检测的方法；(4)掌握压电传感器的工作原理、基本结构、应用特点；(5)能搭建基于CAN总线的汽车监测系统；(6)能对常见的CAN总线故障进行故障检测和排查；细致听讲，同步梳理形成对任务实施规划的理解；快速分组网络调查与交流，建立对任务解读部分重点词汇的实步了解；使学生清晰认知本任务的学习目标，形成清晰的学习思路；PPT新课部分知识储备1. CAN总线的概念、报文电平、接口芯片（45min）(1)CAN总线的概念（10Min）A.结合PPT展示CAN总线的概念，通过图片展示CAN总线的两个标准，ISO11898和ISO11519。让学生了解两种标准的使用范围和区别。听讲、小组思考讨论，完成CAN总线概念和标准等的分析；引导问题：ISO11898和ISO11519两个标准分别的适用范围是什么？使同学们深入认知CAN总线的概念与标准；PPT、CAN总线的概念与标准的展示(2)CAN总线的报文信号电平（15min）A.通过PPT展示CAN总线的信号电平分为“显性电平”和“隐形电平”。分别使用“CAN_H”和”CAN_L”表示。引导同学们对应用进行分类；B.通过图片和表格的展示，让学生理解报文电平的激活状态和非激活状态。听讲、小组思考讨论，完成CAN总线的报文信号电平的理解；使同学们了解CAN总线报文信号电平的分类；引导问题：在显性状态下，CAN_H和CAN_L的电压差为多少？隐形状态下呢？CAN总线的显性和隐形电平状态下的CAN_H和CAN_L的电压值分别为多少？PPT、图片、表格；(3)CAN接口和CAN接口芯片的功能（20min）A.引导同学们了解CAN接口的各种芯片；(1)DB_9端子(2)OPEN_5端子(3)M12端子B.通过图片和具体实物简洁清晰陈述CAN接口的几种芯片的引脚、信号线等。结合实例展开对知识点的理解和学习  听讲，识记其中的重点。通过小组合作观看CAN接口的芯片实物图，认识各种端子的引脚、信号线等。使同学初步的了解CAN接口的各种芯片。

三种CAN接口的端子实物、PPTCAN总线故障检测方法（60min）(1)CAN总线故障检测的方法（10min）通过教师讲解CAN总线的三种故障。分别为：A.断路：CAN总线上无电压值，0V。B.对正极短路：CAN总线上无电压变化。电压U=蓄电池的UC.对地短路：CAN总线上无电压变化，U=0V通过实物认识万用表、示波器、诊断仪等总线故障检测设备。(10min)使用示波器进行CAN总线故障检测(20min)对地短路对电源短路CAN_H和CAN_L互相短路使用万用表进行CAN总线故障检测(20min)实验教学：通过使用示波器、万用表、检测仪等不同的检测设备对不同的CAN总线进行检测，分小组观察示波器、万用表的电压值来掌握CAN总线故障检测的放啊。使同学了解CAN总线的故障类型、故障检测设备、使用示波器和万用表进行CAN总线故障检测的方法，并通过观察电压值查找CAN总线的故障。示波器、万用表、检测仪、CAN总线电路、PPT压电传感器的工作原理、基本结构、应用领域(20min)(1)压电传感器工作原理(5min)A.压电效应B.等效电路(2)压电传感器的基本结构(10min)(3)压电传感器的应用领域(5min)A.用于减振降躁B.用于结构静变形控制C.用于结构损伤监测D.用于加工工艺监测E.用于车辆行驶称重F.用于航空和航海G.压电式报警器教师讲解为主：教师通过PPT展示、压电传感器实物展示，分小组观察压电传感器，熟悉压电传感器的应用领域。是同学们了解压电传感器的工作原理、基本结构、应用领域压电传感器、PPT任务小结（5min）1.采用问题引领方式，总结本任务所学的知识点与技能点。CAN总线的概念、报文电平、接口芯片CAN总线故障检测方法压电传感器的工作原理、基本结构、应用领域积极回顾复习，积极作答，加深理解；强化对本次所授内容的理解，建立知识体系，强化重难点的理解；知识体系结构图任务实施（30min）搭建基于CAN总线的智能汽车监测系统。(1)教师将以下硬件设备发给学生。（15min）电脑1台/组NEWLAB实训平台1套/组M3主控模块3个/组温度传感器模块1个/组光照度传感器模块1个/组压电传感器1个/组黄色香蕉插头线若干（2）教师通过设置不同的电路故障，让学生使用万用表、示波器等查找CAN总线故障电路。(15min)小组合作进行任务实施，通过查看PPT和书本上的电路图连接整个电路。要求组内每个成员都进行一次CAN总线电路的连接。小组合作完成老师设置的CAN总线电路故障，通过示波器、万用表等对故障点进行查找。最后小组长进行汇报整个系统的搭建情况。通过实训课使学生掌握CAN总线电路的连接方法和故障检测方法。实训课，所有CAN总线搭建所需要的的硬件设备、实训情况记录表任务拓展（5min）想一想，测一测理解要求，课下复习做答强化对重难的掌握。PPT课后反思PS：1.建议教学环节是否能增加一个学生自主学习、教师总结归纳的的环节。2.所有的环节建议增近对应的PPT页数。《《传感器与传感网技术应用》授课教案授课教案北京新大陆时代教育科技有限公司《传感器与传感网技术应用》课程教案《传感器与传感网技术应用》课程教案学年度第学期项目名称基于CAN总线的汽车监测系统授课教师授课时间课题名称CAN总线终端节点烧写和配置授课班级授课人数课时4教学目标知识目标了解串口通信的基本知识掌握CAN控制器和收发器的工作原理。能力目标能对CAN总线终端节点进行程序烧写能对CAN总线终端节点进行配置素质目标1.培养开阔灵活的思维能力、积极主动的探索精神；2.培养善于沟通、自我表达、互相协作的团队意识；3.使同学们具备严谨细致的工作态度；教学重点能对CAN总线终端节点进行程序烧写能对CAN总线终端节点进行配置教学难点掌握CAN控制器和收发器的工作原理。教法学法问题讨论法、讲授法、任务驱动法等。教学手段资源PPT、图片、NEWLAB实训平台、温湿度传感器、。学情分析此班级学生为物联网技术应用专业，学生在之前已经学习了CC2530等单片机的编程基础，在项目六了解了485总线的基础知识和搭建方法，在任务一已经学习了CAN总线的总线的概念和工作原理，了解了CAN接口和CAN接口芯片功能，掌握了CAN总线的搭建和总线的故障检测方法。使用教材《传感器与传感网技术应用》教学环节（时间分配）教学内容与教师活动学生活动设计意图教学手段任务解读（5min）任务二CAN总线终端节点烧写和配置1.简要说明本任务的内容和学习思路；2.解读职业能力目标：(1)能对CAN总线终端节点进行程序烧写(2)能对CAN总线终端节点进行配置细致听讲，同步梳理形成对任务实施规划的理解；快速分组网络调查与交流，建立对任务解读部分重点词汇的实步了解；使学生清晰认知本任务的学习目标，形成清晰的学习思路；PPT新课部分知识储备1. 串口通信的基础知识（20min）串口通信的基础知识（10Min）A.串口通信的概念串口是一种非常通用的设备通信的协议。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信（串口名PortName）最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配。串口通信的参数波特率（BaudRate）数据位（DataBits）奇偶校验位（Parity）停止位听讲、小组思考讨论，串口通信的概念和串口通信的参数；引导问题：如何在实训时，配置串口通信的相应参数？例如：波特率、数据位、停止位等？使同学们深入了解串口的基础知识；学会使用串口调试助手对串口进行参数的配置。PPT、串口调试助手2.CAN控制器和收发器（30min）(1)CAN总线的硬件架构（10min）老师讲解CAN总线系统的硬件架构由MCU、一个CAN控制器、一个CAN收发器、两个数据传输终端及两条数据传输总线（CAN_H和CAN_L）组成。CAN控制器CAN控制器分类独立的控制器芯片和微控制器做在一起，如NXP半导体公司的Cortex-M0内核LPC11Cxx系列微控制器、LPC2000系列32位ARM微控制器。CAN控制器的工作原理CAN收发器A.隔离CAN收发器B.通用CAN收发器C.高速CAN收发器D.容错CAN收发器教师只作为引导者，学生课题提前预习，翻转课堂，教师通过提问问题：CAN总线架构由哪些构成？CAN控制器的分类有哪几部分？CAN收发器的分类？使同学了解CAN总线的硬件架构类型、CAN控制器、CAN收发器等分类对CAN总线更加深入的了解PPT3.CAN总线终端节点的烧写方法(20min)教师讲述为主，通过电路图来教授节点的烧写方法。主要是：在烧写CAN总线节点时，需要注意M3主控芯片的JP1引脚的拨码开关，烧写时，需将JP1拨向boot方向。当JP1引脚的拨码开关拨向3口，即boot方向时M3主控模块中的PB2_BOOT1高电平，随即M3主控芯片上的PB2_BOOT1引脚被激活，即M3主控芯片进行工作状态，可以对其进行烧写和配置操作。当JP1引脚的拨码开关拨向1口，即NC方向时接地，即M3主控模块芯片不工作，无法对其进行烧写和配置操作。教师讲解为主：教师通过PPT展示和电路图的分析，学生们清楚的了解如何在进行节点烧写时，M3主控模块需要拨向的引脚方向。使同学们了解CAN总线终端节点的烧写方法PPT、M3主控模块任务小结（10min）1.采用问题引领方式，总结本任务所学的知识点与技能点。串口通信的基础知识CAN控制器和收发器CAN总线终端节点的烧写方法积极回顾复习，积极作答，加深理解；强化对本次所授内容的理解，建立知识体系，强化重难点的理解；知识体系结构图任务实施（90min）搭建基于CAN总线的智能汽车监测系统，并对CAN总线终端节点和网关节点进行烧写和配置。(1)教师将以下硬件设备发给学生。（15min）电脑1台/组NEWLAB实训平台1套/组M3主控模块3个/组FlashLoaderDemonstrator工具1个/组M3主控模块配置工具1个/组（2）串口配置（3）选择需要下载的固件（4）CAN总线节点配置小组合作进行任务实施，通过查看PPT和书本上的实验步骤完成整个节点板（包括终端节点和网关节点）的配置。要求组内每个成员都进行一次节点板的配置和烧写。最后小组长进行汇报整个系统的搭建情况。通过实训课使学生掌握CAN总线终端节点的串口配置和烧写方法实训课，所有CAN总线节点配置和烧写所需要的的硬件设备、实训情况记录表任务拓展（10min）想一想，测一测理解要求，课下复习做答强化对重难的掌握。PPT课后反思PS：1.建议教学环节是否能增加一个学生自主学习、教师总结归纳的的环节。2.所有的环节建议增近对应的PPT页数。《《传感器与传感网技术应用》授课教案授课教案《传感器与传感网技术应用》课程教案学年度第学期项目名称基于CAN总线的汽车监测系统授课教师授课时间课题名称CAN总线数据抓包与分析授课班级授课人数课时4教学目标知识目标了解CAN总线的通信帧类型能力目标掌握CAN总线数据的抓包的方法素质目标1.培养善于沟通、自我表达、互相协作的团队意识；2.使同学们具备严谨细致的工作态度；教学重点掌握CAN总线数据的抓包的方法教学难点了解CAN总线的通信帧类型教法学法问题讨论法、讲授法、任务驱动法等。教学手段资源PPT、图片、NEWLAB实训平台学情分析此班级学生为物联网技术应用专业，学生在之前已经学习了CC2530等单片机的编程基础，在项目六了解了485总线的基础知识和搭建方法，在任务一已经学习了CAN总线的总线的概念和工作原理，了解了CAN接口和CAN接口芯片功能，掌握了CAN总线的搭建和总线的故障检测方法；已经学会CAN总线节点的烧写和配置方法。使用教材《传感器与传感网技术应用》教学环节（时间分配）教学内容与教师活动学生活动设计意图教学手段任务解读（10min）任务三CAN总线数据抓包与分析1.简要说明本任务的内容和学习思路；2.解读职业能力目标：(1)了解CAN总线的通信帧类型(2)掌握CAN总线数据的抓包的方法细致听讲，同步梳理形成对任务实施规划的理解；快速分组网络调查与交流，建立对任务解读部分重点词汇的实步了解；使学生清晰认知本任务的学习目标，形成清晰的学习思路；PPT新课部分知识储备1. CAN通信帧类型（60min）CAN总线数据帧的类型和用途（10Min）CAN总线上传输的帧是CAN帧，CAN的通信帧通常分为以下五种类型：序号帧类型帧用途1数据帧用来节点之间收发数据，是使用最多的帧2遥控帧（远程帧）接收节点向发送节点接收数据3错误帧某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧4过载帧接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧5帧间隔将数据帧、远程帧与前面帧间隔的帧数据帧一个数据帧由7个段构成，分别为帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段、帧结束。A.帧起始帧起始由一个显性位（低电平）组成，发送节点发送帧起始，其他节点同步于帧起始；只有当总线处