《智能控制终端技术》教学大纲（本科）.docx

智能控制终端技术教学大纲课程英文 名Intelligent control terminal technology课程 代码01M0134学分4总学时64理论学时32实验/实践学 时课程类别专业课课程性 质任选先修课程微机原理及其应用适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院执笔人审定人制定时间2020年11月注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位智能控制终端技术是自动化专业选修的专业选修课，是检测技术、C语言技术、面 向对象程序设计和微机原理及其应用课程的后续综合应用课程。其目的是使学生掌握嵌入式 终端装置的设计理论技术和实践应用，能够运用嵌入式技术、现场总线技术和数字信号处理 技术进行控制终端的整体设计。通过对本课程的学习和实践，使学生掌握计算机网络体系的结构、通讯的基础原理、现 场总线技术的基础原理、以及多协议网络的组网过程、嵌入式技术的基本原理、多任务操作 系统的运行机理、运动控制的基础和各类常见电机的控制原理。为今后从事智能控制终端、 嵌入式检测装置的开发和应用打下良好的基础，具备初步的自动控制检测装置的设计能力。（二）课程目标（1）掌握智能控制终端系统设计的基本方法，能够针对待检测控制对象，给出多种解 决方案并进行比较和分析，并能够针对特定解决方案发现问题、提出问题并就改进的可能性 进行初步分析的能力，具有科学的钻研精神。（2）熟悉使用专业软件工具进行设计、开发、模拟和分析自动化领域工程问题，能够 熟练的运用QT开发软件实现以太网、串行通讯，以及数据的显示、记录和历史回顾功能， 初步具备自动化领域的工程软件设计能力和工程素质。（3）理解自动化工程与环境保护的关系，了解自动化技术对于可持续发展的影响，在 自动化系统的设计过程中，所设计的系统能够考虑到其对环境的影响和保护所起的作用，具 有社会责任和科学伦理意识。二、课程目标达成的途径与方法智能控制终端技术课程教学采用课堂教学结合实践教学的方法，针对智能控制终端 装置在实际生产生活中的应用，学习系统的整体设计方法，系统最小原型的测试方法和系统 的调试方法，在细化功能的基础上，结合嵌入式技术、通讯技术和电机控制技术，设计相应的智能控制终端装置。培养学生运用工程基础知识分析和解决控制科学与工程领域复杂工程 问题的能力。（1）课堂教学主要讲述计算机网络体系结构，通讯的基本原理，主流现场总线技术的 性能概况和他们的主要应用场合；现场总线技术的发展趋势，以及工业以太网的性能优势; CAN总线的概念和CAN总线的由来；熟悉CAN的分层结构和通信协议，CAN报文的桢结 构实时操作系统的概念，了解前后台系统、代码临界段的定义；任务管理的实现过程， Cortex-M3体系结构,STM32程序设计和运动控制基础。在课堂教学中，充分引入互动环节， 提高教学效果。（2）针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学 习环节，训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。（3）设计验证性、设计性实验，采用实验教学方式，训练实验技能，培养理论知识的 应用能力、实验数据分析和处理能力和团队协助能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系注：1.支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；课程目标毕业要求（支撑程度H、M L）3-35-27-1课程目标（1）H课程目标（2）M课程目标（3）M2 .毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求第一章计算机网络基础了解计算机网络体系结构；熟悉通讯的基本原理；熟悉ISO/OSI七层结构的定义和原理；熟悉TCP/IP协议的基本原理和应用场合；掌握C/S通讯构架的基本原理和实现过程。第二章常用现场总线技术了解现场总线技术的概念和由来；熟悉主流现场总线技术的性能概况和他们的主要应用场合；熟悉现场总线技术的发展趋势，以及工业以太网的性能优势；第三章CAN技术规范了解CAN总线的概念和CAN总线的由来；熟悉CAN的分层结构和通信协议，以及它和ISO/OSI七层协议的不同；熟悉CAN报文的桢结构，包括数据帧、远程帧、超载帧和错误帧。；熟悉CAN的报文滤波技术，一对多、一对一和一多所有通讯方式的实现原理。第四章 实时操作系统的概念了解前后台系统、代码临界段的定义；了解资源、共享资源、多任务和任务切换的概率；了解内核、调度、不可剥夺型内核和可剥夺型内核的定义；熟悉可重入性、时间片轮番调度法和优先级的概念。第五章任务管理的实现过程了解建立任务、任务堆栈和堆栈检验的过程；熟悉删除任务、请求删除任务和改变任务的优先级的实现原理;熟悉挂起任务、恢复任务和获得有关任务的信息。第六章Cortex-M3体系结构了解M3微处理器核结构以及其和51单片机的区别；了解处理器的工作模式及状态，主频的设置过程；了解寄存器、总线接口、存储器的组织与映射；熟悉指令集、流水线和异常和中断的实现过程。第七章STM32程序设计了解Cortex微控制器软件接口标准；熟悉FWLib固件库、嵌入式C编程标准；掌握STM32的GPIO,中断系统和通用同步/异步收发器；掌握STM32定时器的设置与应用和A/D转换器的应用。第八章运动控制基础熟悉PWM的基本原理和实现过程；熟悉直流电机的调速原理和实现过程；熟悉步进电机的调速原理和实现过程；熟悉舵机的驱动原理和实现过程。五、课程教学学时安排节 号教学内容教学 时数学生任务对应 课程 目标第11计算机网络基础1.1 计算机网络体系的结构L2通讯的基本原理L3 ISO/OSI七层结构1.4 TCP/IP协议的基本原理1.5 C/S通讯构架的基本原理1.6 网络硬件基础4了解计算机网络的特点、组成、应用 和发展趋势；理解ISO/OSI七层网络 结构；掌握C/S通讯的创建过程1 .完成课堂作业：QQ通讯的原理。课程 目标1 课程 目标3第22常用现场总线技术2.1现场总线技术概况6了解现场总线的定义以及它和DCS 的区别；理解IEC611158主流现场总课程目标12. 2主流现场总线技术的性能概况2. 3现场总线技术的发展趋势2. 4工业以太网线的性能；L课前预习现场总线的发展趋势，工 业以太网的性能优势课程目标3第33 CAN技术规范3. 1CAN总线的概念3. 2CAN的分层结构和通信协议3. 3CAN报文的桢结构3. 4CAN的报文滤波技术3. 5CAN总线的通信错误及其处理6了解CAN总线的定义以及它和485通 讯的区别；理解CAN总线的报文帧结 构；掌握CAN总线的报文滤波设置方 法1 .完成课堂作业：如何实现CAN总线 群发。课程目 标2第 4 ,章4实时操作系统的概念4.1 前后台系统、代码临界段的定义4.2 资源、共享资源、多任务和任务 切换的概率4.3 内核、调度、不可剥夺型内核和 可剥夺型内核的定义4.4 4可重入性、时间片轮番调度法利 优先级的概念4理解实时操作系统的基本概念；掌握 可重入性、时间轮番调度法和优先级 的概念1 .完成课堂作业：常用的嵌入操作都 有什么优点？课程目标1第 5 .VTa 早5任务管理的实现过程5.1建立任务、任务堆栈和堆栈检验5. 2删除任务、请求删除任务和改变 任务的优先级2理解任务的建立过程；掌握任务的调 度和切换方法L课前预习uc/os操作系统的特点。课程目标2第6Yr.6 Cor tex-M3体系结构6. 1M3微处理器核结构6. 2处理器的工作模式及状态6. 3寄存器、总线接口、存储器的组 织与映射6.4指令集、流水线和异常和中断2了解M3微处理器的结构、工作模式 和寄存器；掌握指令集、流水线和中 断的概率1 .课前预习ARM公司的发展由来。课程目标2第 77 STM32程序设计7. ICortex微控制器软件接口标准7. 2FWLib固件库、嵌入式C编程标准7. 3STM32的GPI0、中断系统和通用 同步/异步收发器7. 4STM32定时器和A/D转换器4了解STM32的库函数编程方法；理解 stn)32的GPI0操作、中断、串行通讯 和AD采集原理1课前预习IAR和KEIL软件的区 别？课程目标2第8 章8运动控制基础8. 1PWM的基本原理8. 2直流电机的调速原理8. 3步进电机的调速原理8.4舵机的驱动原理4理解PWM波形的基本原理，掌握直流 电机、步进电机和舵机的驱动原理。1完成电机伺服驱动方面的扩展阅 读？课程目标2备注：根据学生学情适当安排教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过大作业来对 学生自学情况进行考核。六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验 性质实验类别1基于TCP的以太 网C/S构架通讯 实验2掌握C/S通讯构架 在实际工程应用中 的使用方法采用VC+或者 QT软件实现以 太网通讯功能验证必做2串行通讯助手开 发2掌握基于C+的上位 机串口通讯软件开 发采用VC+或者 QT软件实现串 口通讯功能验证必做3以太网转串行通 讯实验2掌握基于C+的以太 网转串口通讯软件 开发采用VC+或者 QT软件实现以 太网转串口通讯 功能验证必做4RS485通讯收发 实验2理解主从通讯的基 本原理和掌握485 通讯的收发原理；采用Keil软件实 现485通讯功能验证必做5CAN总线通讯收 发实验2理解CAN总线点对 点通讯、广播通讯和 多节点通讯组网原 理采用Keil软件实 现CAN总线的 多点收发功能验证必做6基于modbus的 环境检测装置实 验2理解modbus协议的 基本概念和应用方 法采用VC+或者 QT软件软件实 现modbus通讯 协议验证必做7基于 UC/OS-II 操作系统的跑马 灯实验2掌握基于UC/OS-II 的多任务创建和任 务调度的应用采用VC+或者 keil软件软件实 现多任务的创建 和调度验证必做8基于多线程的计 时器实验2掌握基C+的多线程 任务创建和应用采用VC+或者 QT软件实现多 线程的运行验证必做9STM32基础实 验2熟悉STM32的程序 烧写过程，跑马灯实 验和AD采集实验的 基本原理采用Keil软件实 现跑马灯和AD 采集功能验证必做10基于QT的嵌入 式节点数据采集 实验2掌握基于STM32的 传感器采集，并通过 串行通讯和QT上位 机进行通讯采用Keil软件和 QT软件实现串 口的上下位机通 讯验证必做11基于STM32的电 机驱动实验2掌握硬件PWM波形 输出，直流电机、步 进电机和舵机的控 制。采用Keil软件实 现PWM的输出 和电机的控制验证必做12密室逃脱控制装 置设计实验2掌握定时器设置，以 太网远程控制，串行 通讯协议解析，下位 机继电器控制采用VC+或者QT软件实现密 室逃脱功能验证必做13光照窗帘智能控 制实验4理解数字光照传感 器的采集原理，掌握 基于stm32的串行 通讯协议定制和上 位机远程监控采用Keil软件和 QT软件实现智 能窗帘的监控和 控制功能验证必做14温湿度智能植物 浇灌实验4理解数字温湿度传 感器的采集原理，掌 握上位机监控软件 开发和浇灌联动控 制采用Keil软件和 QT软件实现温 湿度的监控和控 制功能验证必做15具有多传感检测 的四轮驱动小车 控制实验4熟悉基于STM32的 传感器采集，熟悉采 用LM298的电机调 速，掌握舵机的二维 平移台转角控制，掌 握基于串行通讯和 以太网通讯的小车 远程控制功能采用Keil软件和 QT软件实现多 传感器数据的采 集和小车的控制 功能综合选作16音乐喷泉控制实 验4掌握水泵控制的控 制功能，基于PWM 调节的喷水强度动 态控制功能，音频文 件的读取功能和音 乐喷泉的远程控制 功能。采用Keil软件和 QT软件实现结 合音乐的水泵水 量控制综合选作17日月湖水环境综 合监控实验4掌握太阳能供电的 基础原理，实现基于 嵌入式的水位采集 功能，数据的远程监 控功能和数据库记 录功能采用Keil软件和 QT软件实现水 环境检测和远程 监控功能综合选作共计32个实验学时七、考核方法及成绩评定表1考核方式及成绩评定表考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩 比例过程考核大作业知识点表述完整性10%实验成绩实验指导书，实验功能要求和实验现象分析30%课堂表现成绩学生到课情况、互动表现、学生课程平时成 绩考核细则10%期末考核闭卷试卷参考答案和评分标准50%考核类别考试成绩登记方式百分表2课程目标考核环节和达成标准注：试卷中，课程目标1总分DI。,课程目标2总分D2。，课程目标3总分D3o；课程目标教学 环节考核环节合格标准课程目标1讲授大作业A0.6实验成绩B课堂表现C期末考试成绩D1目标达成度=0. lxA + o. 3x + 0. lx + 0. 5x B0CoDl°课程目标2讲授、讨论大作业A0.6实验成绩B课堂表现c期末考试成绩D2目标达成度=0. lx + 0. 3x + 0. lx + 0. 5x- A（）C0D2（）课程目标3讲授、讨论大作业A0.6实验成绩B课堂表现C期末考试成绩D3目标达成度=0. lxA + o. 3x + 0. lx + 0. 5x 里A。B,CoD3°试卷中，学生实际获得的课程目标1分数D1,课程目标2分数D2,课程目标3分数D3；八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材1 .陈志旺编著，STM32嵌入式微控制器快速上手，电子工业出版社，2012年.孙权卿编著，现场总线技术，国防工业出版社，2014年2 .邵贝贝编著，嵌入式实时操作系统UC/0S-2),北京航空航天大学出版社，2003年(二)推荐参考书1 .周鸣争编著,2 .史久根编著,3 .丁玉美编著,嵌入式系统与应用，中国铁道出版社，2011年CAN现场总线系统设计技术，国防工业出版社，2004年数字信号处理，西安电子科技大学出版社，2005年