产品开发培训

嵌入式物联网产品开发培训

特色：提供实际的产品开发培训，学员通过培训能独立完成产品的设计。

本课程的主要任务是通过课堂教学、实验教学及项目开发等环节培养学员的产品开发能力，使学员掌握嵌入式技术的基本理论、基本知识和基本技能，在此基础上进行产品实战设计的技巧，具有独立的产品设计能力。课程目标及能力要求具体如下：

课程目标1.掌握ARM处理器STM32F4,STM32H743等最先进的控制器、片内外设、基于固件库的设计、回调函数、基于STM32Cubemx自动化代码框架生成器的使用、基于硬件抽象层的应用设计的基本原理及设计方法，并具有应用相关原理和方法进行复杂设备和系统设计的能力；

课程目标2.掌握CAN总线、CANopen协议、485通信、232通信、modebus通信，TCP/UDP通信，基于tcp/udp的modebus, 基于http通信，MQTT协议，TCP透传，长连接和短链接，EPD协议，LUA脚本，通过以上总线对多个远程传感器采集数据，并发送到onenet服务器，理解基于M5311模块和ESP8266模块的物联网的工作细节；

课程目标3.掌握编写设备驱动程序的方法，编写陀螺仪驱动，GPS驱动，wifi模块驱动，加速度MEMS驱动，气压传感器驱动，温湿度传感器SHT11驱动，噪声波测距驱动，掌握PID控制算法，面向电化学甲醛传感器的仪用放大器的设计，基于串口的触摸屏HMI的界面开发，已及基于emwin的界面设计，熟悉便携式设备中锂电池充电设计，PCB的ESD保护设计；

课程目标4.稳定性可靠性设计以及人机交互设计，深入研究稳定性对设备的重要性。从稳定性的角度研究测量设备的设计方案，掌握线路的迭代设计规律，软硬件结合的稳定性调试规律。

序号

知识单元（章节）

知识点

教学要求

推荐学时

教学方式

支撑课程目标

1

绪论

（1） 课程的研究对象、内容及学习目的

• 了解本课程研究的对象、内容；

• 了解测量技术的学习方法；

• 了解测量设备的发展现状。

1

讲授

• 2

2

ARM处理器的应用

Stm32cubemx和HAL硬件抽象层编程

• 了解基于STM32cubemx的自动代码生成方法；

• 通过keil5和st-link调试STM32H743处理器。

2

现场教学

1

3

ADC和DAC的应用设计

• 逐次逼近和双积分ADC

• ADC的过采样

• ADC滤波设计

• DAC的输出，PWM实现DAC

• 掌握ADC分辨率和设备精度要求的关系；

• ADC滤波器和信号频带的关系；

• ADC转换速度和输入阻抗的关系；

• 掌握用PWM输出DAC的编程和滤波器的设计，熟悉通过片内DAC输出电压。

3

讲授

2

4

实验

实验一：AD/DA的实现

• 了解不同AD的原理，理解如何针对不同应用场合选择不同方案；

2理解DAC的编程驱动，比较普通的DAC和PWM设计的DAC的不同，各自优缺点。

3

实验

3

5

CAN总线

• can总线介绍

• CANopen协议介绍

• can和can分析仪的通信

• 熟悉基本can协议，滤波器和ID；

• 掌握can收发器芯片的接口；

• 了解canopen协议以及对台达伺服电机的驱动。

3

讲授

2

6

RS485和232及MODEBUS

• 单双工通信

• modebus介绍

• crc校验和

• 掌握232双工通信和485半双工通信的电路设计方法；

• 能在STM32上编写通信程序，熟悉通信回调函数和中断的意义；

• 能编写crc效验程序；

• 能够在RS485通信基础上编写modebus协议。

3

讲授

2

7

实验

实验二：

• CAN通信

• 232/485通信

• 编写程序，将开发板和can分析仪之间建立通信；

• 在开发板和pc串口之间进行485通信实验。

3

实验

2

8

物联网通信协议

• tcp/udp 以及tcp透传

• 熟悉AT命令

• EDP/MQTT

• 理解tcp透传以及长连接；

• 理解AT命令控制模块的方法；

• 理解MQTT/EDP及http API接口。

5

讲授

2

9

物联网模块和云的对接

• 中国移动onenet云介绍

• EDP和MQTT设备模拟器介绍

• 设备模拟器和云平台的交互

• 熟悉物联网设备模拟器及协议；

• 创建设备，APIkey,deviceID,鉴权码，并通过模拟器上传数据；

• 在云平台中监控上传的数据并下发数据给设备模拟器。

3

讲授

1

10

实验

实验三：M5311物联网模块的使用

1．掌握用AT命令驱动M5311；

• 通过M5311连接中国移动onenet平台，并上传和下发数据。

3

实验

3

11

时间模块

• STM32读取GPS信息并解析

• STM32驱动wifi芯片并连接授时服务器

• CPU内部的万年历以及误差

• 了解GPS工作原理；

• 理解NTP协议；

• 理解处理器内部的万年历存在的误差。

• 分析GPS解析程序，熟悉u-blox模块的协议和解析

3

讲授

1

12

实验

实验四：自动对时

• u-blox GPS模块的编程；

• ESP8266 wifi模块的驱动；

• wifi通过NTP连接授时服务器。

3

实验

1

13

外设传感器

• 气压传感器的接口

• MEMS原理

• 熟悉气压传感器的编程驱动；

• 掌握MEMS加速度和陀螺仪的驱动；

• 掌握MPU6050编程的方法及内部MPU。

2

讲授

3

14

温湿度和噪声波测距

• 温湿度传感器驱动

• 噪声波测距模块的使用

• SHT11驱动

• 掌握对不同温湿度传感器的选型；

• 噪声波测距模块及存在的问题；

• 通过软件处理噪声波模块的误差。

2

讲授

1

15

微弱信号处理

• uv信号的处理

• 共模和差模

• 仪用放大器设计

• 滤波和频带

• 了解AD输入阻抗和转换速度的关系；

• 了解误差在ADC中的原因，信噪比以及差模放大器的设计。

• 了解ADC滤波器的设计及对性能的影响

2

讲授

1

16

HMI图形界面设计

• 串口屏介绍

• 串口屏设计复杂的用户界面

• 串口屏和STM32 TFT彩色液晶之间的权衡

• STM32控制串口屏

• 了解串口屏在工业控制中的应用；

• 了解串口屏设计GUI的方法；

• 在HMI模拟器上设计GUI界面，并测试；

• 用STM32串口控制HMI模拟器，并实现人机交互

3

实训

1

17

设计电梯故障监控器/或者GPS数字智能钟

• 研究设计方案

• 器件选型

• PCB设计

• 软件编程。

• 在提供的基础材料基础上设计产品，并实现

4

大作业

4