物联网嵌入式技术教案9.2_用压电传感器实现入侵检测_教案 V1.0
自动检测技术及应用(第3版)教案第6章,压电传感器
第6章压电传感器授课教案学院授课教师授课日期授课班级课题：压电传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：9教材分析难点振动的测量重点压电传感器的应用教学目的和要求1．了解压电传感器的工作原理；2．了解振动的参数；3．掌握压电测振的方法；4．掌握频谱图的读图方法；采用的教学方法和实施步骤演示、讲授、课堂互动教具：打火机压电点火头、各种压电传感器、玻璃打破报警器各教学环节和内容实验演示：取一只电子打火机的“压电点火头”，让圆柱形铜质质量快快速撞击压电片，观察压电片的放电火花。
从以上演示，引入第一节的压电效应。
压电打火机点火器压电头的结构示意图1－压键2－弹簧3－点火锤4－多层串联压电陶瓷元件5－中间电极6.1 压电式传感器的工作原理6.1.1 压电效应某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。
在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械振动。
当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。
举例：音乐贺卡中的压电片就是利用逆压电效应而发声的。
在完全黑暗的环境中，将一块干燥的冰糖用榔头敲碎，可以看到冰糖在破碎的一6.2 压电式传感器的测量转换电路6.1.1 压电元件的等效电路压电元件在承受沿敏感轴方向的外力作用时，将产生电荷，因此它相当于一个电荷源。
当压电元件表面聚集电荷时，又相当于一个以压电材料为介质的电容器。
图6-3压电元件的图形符号及等效电路a）结构示意图b）压电元件的符号c）压电元件的等效电路1－镀银上电极2－压电晶体3－镀银下电极6.2.2 电荷放大器1．电荷放大器原理由于压电传感器的内阻抗极高，因此需要与高输入阻抗的前置放大器配合。
如果使用电压放大器，则电压放大器输入端处的电压u i=Q/(C a+C c+C i)，可知电压放大器的输出电压与屏蔽电缆线的分布电容C c及放大器的输入电容C i（均不稳定）有关，会影响测量结果。
入侵检测技术课程设计
入侵检测技术课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握入侵检测技术的基本概念、原理和方法，培养学生运用入侵检测技术解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解入侵检测技术的基本概念、发展历程和分类；（2）掌握入侵检测系统的工作原理、架构和关键技术；（3）熟悉常见入侵检测算法的原理和应用；（4）了解入侵检测技术在网络安全领域的应用和前景。
2.技能目标：（1）能够运用入侵检测技术对网络安全事件进行分析和判断；（2）能够设计和实现简单的入侵检测系统；（3）能够运用编程语言进行入侵检测算法的实现和优化。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对网络安全的重视和责任感；（2）培养学生勇于探索、创新的精神；（3）培养学生团队协作、沟通协调的能力。
二、教学内容本课程的教学内容分为四个部分：入侵检测技术基本概念、入侵检测系统原理与架构、入侵检测算法及其应用、入侵检测技术在网络安全领域的应用。
具体内容包括：1.入侵检测技术基本概念：入侵检测技术的定义、发展历程、分类和作用；2.入侵检测系统原理与架构：入侵检测系统的工作原理、主要组成部分和体系结构；3.入侵检测算法及其应用：常见入侵检测算法的原理、实现和应用场景；4.入侵检测技术在网络安全领域的应用：入侵检测技术在网络安全防护、攻击溯源等方面的应用案例。
本课程采用多种教学方法相结合，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过讲解入侵检测技术的基本概念、原理和关键技术，使学生掌握基本知识；2.案例分析法：分析实际案例，使学生了解入侵检测技术在网络安全领域的应用；3.实验法：引导学生动手实践，培养学生的实际操作能力和创新能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、多媒体资料、实验设备等。
具体如下：1.教材：选用权威、实用的入侵检测技术教材，为学生提供系统的理论知识；2.多媒体资料：制作精美的课件、视频等资料，辅助学生理解和掌握知识；3.实验设备：提供合适的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
嵌入式实验电子教案文档
嵌入式实验电子教案文档第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义解释嵌入式系统的概念嵌入式系统与传统计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的应用领域列举常见的嵌入式系统应用领域，如家电、医疗、交通等1.3 嵌入式系统的发展趋势探讨嵌入式系统的发展方向，如物联网、智能制造等第二章：嵌入式系统硬件基础2.1 嵌入式处理器介绍嵌入式处理器的种类、性能指标和选择原则2.2 嵌入式系统存储器讲解嵌入式系统中的内存类型和存储器配置2.3 嵌入式系统输入输出接口嵌入式系统常见输入输出接口的原理和应用第三章：嵌入式系统软件基础3.1 嵌入式操作系统介绍嵌入式操作系统的概念、特点和常见类型3.2 嵌入式软件开发工具讲解常用的嵌入式软件开发工具，如编译器、调试器等3.3 嵌入式软件开发流程介绍嵌入式软件开发的典型流程，包括需求分析、设计、实现和测试等阶段第四章：嵌入式系统设计与实践4.1 嵌入式系统设计原则阐述嵌入式系统设计的基本原则，如可靠性、实时性、功耗等4.2 嵌入式系统实践项目提供一个简单的嵌入式系统实践项目，指导学生动手实践4.3 嵌入式系统设计案例分析分析一些典型的嵌入式系统设计案例，如智能家居、无人驾驶等第五章：嵌入式系统编程与调试5.1 嵌入式系统编程语言介绍嵌入式系统编程常用的语言，如C语言、汇编语言等5.2 嵌入式系统调试技术讲解嵌入式系统调试的方法和技术，如断点调试、日志分析等5.3 嵌入式系统编程与调试实践提供一些编程与调试的实践任务，帮助学生掌握实际操作技能第六章：嵌入式系统网络通信6.1 嵌入式系统网络基础介绍网络通信的基本概念和网络协议讲解嵌入式系统网络通信的原理和常用技术6.2 嵌入式系统无线通信技术探讨无线通信技术在嵌入式系统中的应用，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等6.3 嵌入式系统网络通信实践提供一个嵌入式系统网络通信的实践项目，让学生通过动手实践来加深理解第七章：嵌入式系统安全7.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和防护措施7.2 嵌入式系统安全技术讲解加密技术、认证技术、访问控制等技术在嵌入式系统中的应用7.3 嵌入式系统安全实践提供一个关于嵌入式系统安全的实践项目，培养学生的安全意识和实践能力第八章：嵌入式系统在物联网中的应用8.1 物联网概述解释物联网的概念和发展历程阐述物联网的基本架构和关键技术8.2 嵌入式系统在物联网中的应用探讨嵌入式系统在物联网中的作用和重要性介绍一些典型的物联网应用案例，如智能家居、智慧城市等8.3 物联网应用实践提供一个关于物联网应用的实践项目，让学生通过动手实践来加深对嵌入式系统在物联网中应用的理解第九章：嵌入式系统在智能制造中的应用9.1 智能制造概述讲解智能制造的概念和目标介绍智能制造的基本架构和关键技术9.2 嵌入式系统在智能制造中的应用探讨嵌入式系统在智能制造中的作用和重要性介绍一些典型的智能制造应用案例，如工业、智能工厂等9.3 智能制造应用实践提供一个关于智能制造应用的实践项目，让学生通过动手实践来加深对嵌入式系统在智能制造中应用的理解第十章：嵌入式系统发展趋势与展望10.1 嵌入式系统技术发展趋势分析当前嵌入式系统技术的发展趋势，如、边缘计算等10.2 嵌入式系统产业前景探讨嵌入式系统产业的发展前景和市场需求10.3 未来嵌入式系统挑战与机遇展望未来嵌入式系统面临的挑战和机遇，激发学生对嵌入式系统未来发展的思考重点和难点解析嵌入式系统定义及其与传统计算机系统的区别嵌入式系统在不同应用领域的具体应用实例嵌入式系统硬件基础中的处理器选择、存储器配置嵌入式系统软件基础中的操作系统概念、开发工具使用嵌入式系统设计与实践中的设计原则、实践项目指导嵌入式系统编程与调试中的编程语言选择、调试技术应用嵌入式系统网络通信中的无线通信技术、网络协议应用嵌入式系统安全中的加密技术、认证技术、访问控制实践物联网、智能制造中嵌入式系统的应用案例分析嵌入式系统在物联网、智能制造中的实践项目指导嵌入式系统未来发展趋势、面临的挑战和机遇全文总结和概括：本教案全面覆盖了嵌入式系统的定义、硬件基础、软件基础、设计原则、编程与调试、网络通信、安全、物联网应用、智能制造应用以及未来发展趋势等多个方面。
传感器与检测技术-教案-项目05 压电式传感器的应用
《传感器与检测技术》教案项目五压电式传感器的应用一、教学目标1.了解压电效应。
2.了解压电传感器的所用的压电材料。
3.掌握压电传感器的工作原理。
4.掌握压电传感器测量振动的方法。
二、课时分配本项目共1个任务，本项目安排2课时。
其中理论课时2课时，实践课时2课时。
三、教学重点通过本项目的学习，让学生能识别压电传感器能根据任务要求，正确安装压电传感器，正确完成压电传感器测量振动的电路接线，并且正确测量振动参数并且读数正确。
四、教学难点1.掌握压电传感器的工作原理。
2.掌握压电传感器测量振动的方法。
五、教学内容任务一压电传感器在振动测量中的应用知识链接一、压电效应当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
能产生压电效应的电解质被称为压电材料或者压电元件，依据压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
原理图如图所示。
压电效应原理图在晶体的弹性限度内，压电材料受力后，产生的电荷Q和所施的力F之间的关系是：Q=dF式中：d—压电材料的压电系数。
正压电效应的应用正压电效应的应用利用逆压电效应原理工作的设备也很多，比如在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具就会在被按压时发出逼真有趣的蜂鸣声，如果将高频电信号加在压电元件上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号，利用该原理可以制造麦克风、立体声耳机和高频扬声器等，还应用于制造超声波探头。
逆压电效应的应用二、压电材料1.石英晶体压电晶体一般指压电单晶体，如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
水晶（）是一种有名的压电晶体，它理想的几何形状为正六面体晶柱，如图所示。
石英晶体它是二氧化硅的单晶体。
石英等压电单晶压电系数很小（），介电常数很低，但稳定性很高，在20℃～200℃的范围内压电常数的变化率只有-0.000 1/℃，多用来作标准频率控制的振子、高选择性（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。
物联网嵌入式技术 教案
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物联网嵌入式技术项目五数码相册授课教案
《物联网嵌入式技术》课程教案。
《入侵检测技术讲解》课件
基于签名
使用事先定义的攻击特征来识 别入侵活动。
常见的入侵检测技术
网络入侵检测系统（NIDS） 主机入侵检测系统（HIDS） 行为入侵检测系统（BIDS） 异常入侵检测系统（AIDS） 混合入侵检测系统（HIDS/NIDS）
应用场景
1
企业安全
保护企业网络和敏感数据，预防潜在的
政府机构
2
入侵行为。
维护国家安全，预警和阻止恶意入侵。
3
云计算
检测和防范云环境中的入侵行为。
挑战和未来发展
复杂性增加
随着网络的复杂性和攻击手段的 进化，入侵检测变得更加困难。
机器学习与AI
新威胁的出现
机器学习和人工智能的发展，有 望提高入侵检测的准确性和效率。
新的威胁和攻击手段的不断出现， 需要不断更新入侵检测技术。
入侵检测系统通过分析网 络流量，识别出潜在的入 侵行为和攻击特征。
2 行为分析
该方法通过对用户行为进 行建模和分析，检测可能 存在的异常行为。
3 特征匹配
入侵检测系络入侵检测
监控网络中的入侵行为和攻击。
主机入侵检测
监视和检测主机上的入侵行为。
总结和展望
入侵检测技术在保护网络安全方面发挥了重要作用。随着技术的不断发展， 我们可以期待更高效、智能的入侵检测系统的出现。
《入侵检测技术讲解》 PPT课件
欢迎来到《入侵检测技术讲解》，本课程将深入讲解入侵检测技术的定义、 原理、分类、应用场景以及挑战和未来发展。让我们开始探索这个引人入胜 的领域吧！
定义和背景
入侵检测技术是一种保护计算机网络安全的重要手段，它的作用是监视和检测网络中的异常活动和安全漏洞。
基本原理
1 流量分析
入侵检测课程设计
入侵检测课程设计入侵检测课程设计（一）课程设计的目的课程设计是教学工作的重要环节，是课堂理论教学的检验和延续，是培养学生实践技能的重要场所。
通过本门课程的实习，使学生能够:1.掌握黑客攻防与病毒技术和入侵检测技术。
2.能够将理论知识运用到实际操作中，使学生将理论与实践相结合，加深对理论的理解。
3.通过实际操作，使学生掌握一定的操作技能，能认真、细致、准确的操作。
4.通过实践过程，培养学生独立思考、独立工作的能力及团队协作精神。
（二）课程设计的格式要求写出每个课程设计项目的设计步骤，格式必须包括课程设计目的、课程设计内容、实施方案、课程设计结果、课程设计心得。
每个课程设计报告内容不少于3页。
（三）课程设计的考核办法课程设计成绩考核内容有课程设计表现与态度(20% )、课程设计操作过程和课程设计内容掌握程度<50%)、课程设计报告的内容与文字表达(30%)三部分组成。
（四）课程设计的要求1、课程设计对每一项课程设计内容，写出课程设计目的、课程设计内容、实施方案、课程设计结果。
2、每项课程设计内容实施方案必须介绍详细，对于使用的软件或命令，必须详细写出使用的步骤，和使用相关工具的原理。
3、对课程设计的结果必须要书写完整，对相关网络结构可以使用拓扑图进行解释。
4、课程设计报告最后写出课程设计心得。
（五）课程设计的项目介绍课程设计项目一：信息检索与端口扫描1、课程设计要求：（1）使用ping命令探测虚拟机和主机的操作系统类型‘（2）探测网站的IP地址，使用相关命令探测一个公共网站的IP 地址。
（3）网站信息的探测，自己选择一个公网上的网站，使用相关工具，探测网站组册人和网站注册公司的详细信息。
（4）探测网络的拓扑结构，使用VisualRoute工具和TraceRoute命令获取选择的网站到达自己机器的网络结构。
（5）端口扫描使用端口扫描工具X-Scan对自己的虚拟机进行端口扫描，分析使用Syn扫描和Fin扫描进行探测，比较两种扫描方式的不同点。
入侵检测技术教学设计
入侵检测技术教学设计背景在当今数字化时代，网络攻击事件频繁发生。
如何保障系统安全成为了网络安全领域的重要议题之一。
入侵检测技术是保障系统安全的一种关键手段。
本篇文章将介绍如何设计一节入侵检测技术教学课程。
目标本课程的主要目标是使学生掌握入侵检测技术的基础知识，了解入侵检测系统的原理和运行机制，了解入侵检测系统在实际应用中的使用方法和实现过程，具有入侵检测系统的实现和调试实践经验。
内容本课程主要分为以下几个模块：基础理论介绍入侵检测技术的基本概念、入侵检测的分类、入侵检测的应用场景、入侵检测与其他安全技术的关系等，通过PPT幻灯片和案例讲解使学生理解入侵检测的基础知识。
入侵检测系统原理和运行机制介绍入侵检测系统的原理、框架、主要组成部分，例如，数据采集模块、数据预处理模块、入侵检测模块等，同时解释入侵检测系统的运行机制和工作流程。
通过PPT幻灯片和案例讲解使学生掌握入侵检测系统的运行机制。
入侵检测系统应用实例介绍入侵检测系统在实际应用中的案例和应用实践，例如，流量分析、日志分析、网络监控等。
使学生通过实践活动了解和掌握入侵检测系统的实际应用过程，并能够独立完成简单入侵检测系统的实现。
入侵检测系统实验根据学生的实际学习情况，设计实验环节，使学生动手实践入侵检测系统的实现。
实验内容包括：搭建数据采集模块、数据预处理模块、入侵检测模块等，通过调试、应用工具等方式实现入侵检测系统，检测入侵对象的类型、位置、危害等信息。
讨论和总结通过学生的讨论和总结，发散思维、提高创新，同时梳理课程内容和知识点，对学生的理解和掌握情况进行评估，总结课程内容和实践经验，引导学生将所学知识运用到面临的问题和实际应用场景中。
教学方法本课程采用讲解结合实践的授课方式，结合现代教学技术，如VR、AR技术等以及教学辅助工具，例如交互式白板、虚拟仿真实验平台等。
同时，教师还会提供案例分析、课堂讨论等教学方法，通过激发学生的积极性，提高学习的实效性。
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三、智能防盗系统结构（10min，PPT33-38）
1.根据前面讲的知识和有的模块分析整个系统的系统结构和能够实现的系统的结构。
听讲
学生通过教师设计的“引导问题”、“练一练”，带着问题学习任务实施所需的知识点，在必要时即时动手实践，可有效地提高其学习的主动性。
《物联网
学年度 第学期
项目名称
项目九智能住宅防盗系统
授课教师
授课时间
课题名称
9.2用压电传感器实现入侵检测
授课班级
授课类型
新授课
课时
3
教学
目标
知识目标
1.了解压电传感器；
2.掌握通过FreeRTOS系统进行压电传感器的数据采集。
能力目标
1.能根据RTOS相关手册，利用STM32CubeMX准确配置STM32的操作系统；
4.培养可持续发展能力：利用书籍或网络上的资料帮助解决实际问题。
教学
重点
1.压电传感器的知识。
教学
难点
压电传感器的数据获取。
教法与
Байду номын сангаас学法
讲授法、任务驱动法、讨论法等。
教学手段及资源
教材、PPT、课堂任务单、思维导图、实操视频。
学情
分析
使用
教材
《物联网嵌入式技术》。
教学环节（时间分配）
教学内容与教师活动
任务小结
（5min）
一、任务小结（5min，PPT第71页）
教师总结本任务所学的知识点与技能点。
听讲
借助思维导图帮助学生梳理任务学习的主要知识点和技能操作步骤，有助于课后巩固。
思维导图
任务拓展
（5min）
一、布置任务拓展题，作为课后作业（2min，PPT第73页）
教师讲解任务拓展题要求。
二、简单分析解题思路（3min，PPT第73页）
学生
活动
设计意图
教学手段
课前准备
（30min）
一、教师说课-课程整体设计（10min，课程整体设计PPT）
1.课程性质与定位；
2.课程教学目标；
3.课程教学内容；
4.课程教学实施；
5.课程考核评价。
听讲
本次课为本门课程第一次课，通过教师对课程标准相关内容的介绍（性质与定位、教学目标、教学内容、考核方式等），学生可对本门课程的学习有所了解。
四、添加代码程序（20min，PPT55-57页）
学生根据指导材料开展工程代码修改实践。
五、编译代码（2min，PPT第59页）
演示代码写完之后的编译过程。学生根据参考资料进行实践操作。
六、硬件环境搭建（3min，PPT第62页）
演示硬件设备的连接过程，并讲解注意事项。学生根据参考资料进行实践操作。
PPT、
实操视频
知识储备
（40min）
一、智能安防报警系统（10min，PPT12-15）
小组讨论：
（1）根据已学知识讨论并提问智能安防防盗系统应该由哪些部分构成？
1.讲解系统的具体结构构成。
二、压电传感器（20min，PPT17-31）
小组讨论：
（1）小组讨论大家知道的压电传感器的知识？
1.介绍几种压电传感器和原理；
2.能够根据压电传感器的知识，进行引脚的配置；
3.能够利用任务1的知识，正确编写代码，实现压电报警的显示。
素质目标
1.培养谦虚、好学、勤于思考、认真做事的良好习惯：严谨的开发流程和正确的编程思路；
2.培养团队协作能力：相互沟通、互相帮助、共同学习、共同达到目标；
3.提升自我展示能力：讲述、说明、表述和回答问题；
引导问题：
（1）有哪些种类的压电传感器？
2.介绍常见的压电传感器；
小组讨论：
（1）大家对薄膜式压电传感器有什么了解？互相讨论一下；
3.介绍本次实验用到的LDT-028K压电传感器；
小组讨论：
（1）大家对压电传感器的压电效应有什么了解？互相讨论一下；
4.介绍压电效应；
引导问题：
（1）怎样将压电传感器进行等效处理？
PPT
四、任务分析与计划（5min，PPT第8-9页）
1.引导问题：
（1）可以使用哪些传感器进行入侵的检测？
（2）根据自己的了解可能会用到哪些技术？
2.学生以小组为单位研讨并制定任务计划。
听讲、
做任务计划
通过问题和课程结构介绍，引导学生明确实现本任务所需的知识点和技能点。
学生分组研讨制定任务计划，培养其职业能力和团队协作能力。
PPT
二、职业能力目标（5min，PPT第4页）
老师讲解本次任务所要达到的技能目标。
帮助学生梳理各个任务点，为学习指明路径。
三、任务描述与要求（10min，PPT第6页）
1.教师围绕“用压电传感器实现入侵检测”讲解本任务的要求。
2.演示任务9.2的完成效果。
听讲
教师介绍完任务的结构后，演示任务完成效果，学生将对本任务的要求有一个感性的认识，同时也能吸引其注意力，激发其学习的积极性。
七、固件下载（1min，PPT64-65页）
演示编译好的程序的下载过程。学生根据参考资料进行实践操作。
八、结果验证（5min，PPT第67页）
查看输出的结果进行验证是否存在问题。
分组开展任务实施
教材建议的实施步骤遵循工作过程导向的原则。
学生参考此步骤实施，可对其职业能力进行培养。
培养学生可养成严谨、认真的工作态度以及善于总结的工作方式。
PPT
任务实施
（45min）
一、设备准备（2min，PPT第40页）
学生根据【设备清单表】进行设备准备。
二、进行STM32CubeMX配置（10min，PPT43-49页）
根据要求进行时钟和引脚等的配置。学生根据参考资料进行实践操作。
三、添加代码包（2min，PPT51-53页）
根据项目任务的要求进行代码包的添加及演示。学生根据参考资料进行实践操作。
教师给出解题思路。
听讲
通过课后任务拓展题检验学生对本任务的重点和难点的掌握情况，培养其举一反三的能力。
PPT
教学反思
教材、PPT
任务检查与评价
（10min）
一、经验分享（5min，PPT第69页）
当天轮到的小组选派代表分析本组实施经验。
二、自评和互评（5min，PPT第69页）
1.小组各成员参照评价标准完成自评；
2.完成对其他小组的评价。
各组自评、互评
学生通过对自己的实施过程和经验的介绍，锻炼自我展示能力。
课堂任务单