《5.2.2 NB-IoT智能路灯监控系统搭建与接入物联网云平台》教学设计

教学课题NB-IoT智能路灯监控系统搭建与接入物联网云平台使用教材《物联网组网技术及应用》2025机工社出版课型□专业理论课□专业实训课☑理实一体课□公共基础课教学班级授课教师教学时长3课时（120分钟）教学地点物联网综合实训室教学用具课件、微课、电脑、物联网实训平台、NB-IoT模块、继电器模块、LED灯、串口线、万用表、任务单等教材分析本课选自《物联网组网技术及应用》，是物联网系统集成与应用的核心实践课程。前承物联网硬件基础、NB-IoT、云平台原理，后接物联网系统运维与数据分析。通过本课程的学习，学生将掌握从硬件搭建、模块配置到云平台接入的全流程，是培养物联网安装调试与系统集成岗位核心技能的关键环节。学情分析学生已掌握物联网基础架构、传感器原理及简单的电路知识，具备一定的动手操作能力。但对于NB-IoT模块的配置、复杂系统的硬件搭建以及云平台的实际接入操作较为陌生，缺乏系统性的工程实践经验。学生对动手实践兴趣浓厚，适合采用任务驱动和小组协作的教学方式。教学目标知识目标1.了解NB-IoT智能路灯监控系统的组成与工作原理。2.掌握NB-IoT模块的硬件配置与AT指令测试方法。3.理解智能路灯系统的硬件连接逻辑与电路原理。4.掌握物联网云平台的设备接入流程与远程控制方法。能力目标1.能识读系统接线图，正确完成硬件设备的搭建与连接。2.会使用串口调试工具对NB-IoT模块进行配置与测试。3.能按照流程将设备成功接入物联网云平台，并实现远程控制。4.初步具备排查硬件连接和网络通信故障的能力。素质目标1.培养严谨、规范的工程操作习惯和安全意识。2.提升团队协作能力和问题解决能力。3.激发对物联网技术应用的探索精神和创新意识。教学重点1.NB-IoT模块的配置与AT指令测试。2.NB-IoT智能路灯系统的硬件搭建与调试。3.物联网云平台的设备接入与远程控制实现。教学难点1.理解并正确连接复杂的硬件电路，避免短路等故障。2.理解云平台设备认证与数据通信的基本原理。教法学法任务驱动法、演示法、分组教学法、问题引导法、小组合作学习法、探究式学习法、实操练习法。《5.2.2NB-IoT智能路灯监控系统搭建与接入物联网云平台》教学设计教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图情境导入明确任务（10分钟）1.情境创设：展示城市智能路灯管理的视频或图片，介绍NB-IoT技术在智慧城市中的应用优势（低功耗、广覆盖）。2.任务发布：引出本节课的核心任务——搭建一个NB-IoT智能路灯监控系统，并将其接入云平台实现远程控制。3.目标展示：展示本节课的学习目标和任务分解。播放视频，展示图片，提出问题引导学生思考。明确本节课的学习任务和目标，发放任务单。观看视频，思考教师提出的问题，明确本节课的学习目标和需要完成的任务。通过真实的应用场景激发学生的学习兴趣和求知欲，使学生明确学习方向。合作探析做好准备（20分钟）任务一：系统搭建准备1.识读接线图：讲解系统硬件接线图，分析各模块（NB-IoT、继电器、LED灯）之间的连接关系。2.器材清点：根据任务单上的器材清单，清点实训所需设备和材料。3.安全准备：强调安全注意事项，特别是电源电压（直流5V）、正负极连接，避免短路。讲解接线图的识读方法，强调关键连接点。巡视指导学生清点器材。重点强调安全操作规范，演示如何检查电路。认真听讲，理解接线逻辑。以小组为单位清点器材，检查是否齐全。学习并牢记安全操作规范。培养学生的工程识图能力和严谨的工作态度。强化安全意识，为后续实操做好准备。合作探析配置测试（30分钟）任务二：NB-IoT模块配置与测试1.模块硬件配置：-插入USIM卡。-设置模块拨码开关（串口选择）。-连接串口线至计算机。2.模块软件配置：-打开串口调试助手，配置串口参数（波特率9600等）。3.AT指令测试：-发送AT+CGMI查询厂商信息。-发送AT+CIMI查询IMSI号。-发送AT+CSQ查询信号质量。-发送AT+CEREG?查询网络注册状态。教师进行详细的演示操作，分步讲解每一步的目的和操作要点。针对学生在操作中遇到的问题进行巡回指导和集中答疑。以小组为单位，按照教师演示的步骤进行操作。记录AT指令的返回结果，判断模块状态是否正常。遇到问题及时向老师或小组内成员请教。通过动手实操，让学生掌握NB-IoT模块的基本配置方法和调试手段，培养学生的设备调试能力。合作探析搭建控制（30分钟）任务三：系统硬件搭建与本地控制1.硬件搭建：-按照接线图连接NB-IoT模块、继电器模块和LED灯。-连接电源（注意正负极）。2.搭建质量检查：使用万用表检查电路是否存在短路。3.上电验证与本地控制：-接通电源，观察模块指示灯和OLED显示屏状态。-使用按键（Key3）切换手动/自动模式，测试本地控制功能。教师巡视指导，重点检查学生的接线是否正确、牢固。指导学生使用万用表进行电路检查。引导学生观察系统上电后的状态反馈。小组协作完成硬件连接。使用万用表进行自检。上电后观察系统状态，测试本地按键控制功能是否正常。锻炼学生的硬件动手能力和团队协作能力。培养学生自检自查的良好习惯，确保系统搭建的正确性和安全性。合作探析形成技能（20分钟）任务四：接入云平台与远程控制1.云平台操作：-注册并登录物联网云平台。-创建项目和产品。-根据设备IMEI号创建设备，获取设备证书。2.设备连接：-确保NB-IoT模块已成功注册网络。3.远程控制演示：-在云平台设备管理界面，发送指令远程控制路灯的亮灭。-观察OLED屏和实际LED灯的状态变化。教师演示云平台的操作流程，讲解设备创建和认证的原理。指导学生将自己的设备接入云平台，并进行远程控制测试。登录云平台，跟随教师步骤完成项目和设备创建。在云平台上发送控制指令，观察硬件端的响应，验证远程控制功能。使学生理解物联网云平台的作用，并掌握设备接入和远程控制的基本操作，完成从本地到云端的跨越。总结归纳梳理知识（5分钟）1.知识梳理：回顾本次课的核心流程：硬件准备->模块配置->硬件搭建->云平台接入->远程控制。2.技能总结：总结关键技能点，如AT指令测试、电路连接、云平台操作。3.问题答疑：解答学生在实践过程中遇到的共性问题。引导学生共同回顾整个任务流程，用思维导图或流程图的形式呈现知识框架。对学生的表现进行点评。积极参与总结，梳理自己的知识体系。提出自己在实操中遇到的疑问。巩固所学知识，形成系统化的认知结构。培养学生的归纳总结能力。布置作业课后拓展（5分钟）1.基础作业：整理本次实训的步骤和遇到的问题及解决方案，完成实训报告。2.完成作业布置课后作业，明确要求。鼓励学生进行拓展性思考和尝试。记录作业内容。思考拓展问题，为下一次课程做准备。巩固所学技能，培养学生的文档撰写能力和探究精神。教学反思练习题一、选择题（单选题）1.NB-IoT模块串口配置时，波特率应设置为（）A.9600B.115200C.4800D.576002.查询NB-IoT模块信号质量使用的AT指令是（）A.AT+CIMIB.AT+CSQC.AT+CEREG?D.AT+RST3.本次实训灯泡额定电压为直流（），应选用5V电源A.3.7–5VB.12VC.24VD.220V4.硬件搭建完成后上电前必须检查（）A.线路是否短路B.软件是否安装C.账号是否注册D.程序是否烧写5.NB-IoT智能路灯接入云平台的正确步骤是（）A.注册登录→创建项目→创建设备→远程控制B.创建项目→注册登录→创建设备→远程控制C.创建设备→创建项目→注册登录→远程控制D.注册登录→创建设备→创建项目→远程控制二、判断题（共5题）1.NB-IoT模块配置前需要插入USIM卡。（）2.查询模块IMEI号使用的指令是AT+CIMI。（）3.硬件搭建时可以不用检查正负极之间是否短路，直接通电。（）4.按Key3按键可实现路灯手动/自动控制模式切换。（）5.接入物联网云平台后可实现对路灯的远程控制。（）三、简答题（1题）简述NB-IoT智能路灯监控系统从实训准备到实现远程控制