《傳感器原理實驗》課程教學大綱

1、傳感器原理實驗一、課程概況所屬專業(yè):物聯(lián)網(wǎng)工程開課單位：數(shù)學計算機科學學院課程類型:專業(yè)實驗課程課程代碼:07415220開課學期:4學分：1學時：32核心課程:否擬使用教材：自編教材國內(外)現(xiàn)有教材：王小強等編. Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡與實現(xiàn).化學工業(yè)出版社二、課程描述本門課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心無線傳感器網(wǎng)絡配套的實踐課程，本課程側重于無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)技術，采用ZigBee標準的CC2530無線SOC芯片及傳感器構成節(jié)點硬件平臺，涉及IAR工程開發(fā)與I/O、時鐘源與定時器、中斷、串行通信；AD與傳感器；Zigbee協(xié)議棧Zstack中數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)包分析、串口通信、組網(wǎng)通信、傳感器

2、數(shù)據(jù)通信，無線傳感器網(wǎng)絡應用開發(fā)等。通過課程學習，學生掌握無線傳感器網(wǎng)絡基本實驗，通信實驗，綜合應用實驗。掌握Zigbee標準的CC2530無線芯片與傳感器硬件設計能力，并在此基礎上掌握物聯(lián)網(wǎng)工程基本實驗設計與開發(fā)的能力。本門課程同時為后繼物聯(lián)網(wǎng)工程實訓及其他相關專業(yè)實踐課程的基礎課程。三、課程目標通過本課程，學會 CC2530單片機開發(fā)，基礎射頻通信實驗設計、傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和應用等基本方法。通過本課程學會能正確布局和連接實際無線傳感器網(wǎng)絡，觀察網(wǎng)絡現(xiàn)象，讀取數(shù)據(jù)，分析和判斷網(wǎng)絡工作狀態(tài)能力，以及無線傳感器網(wǎng)絡的常規(guī)測試方法。通過本課程能提高正確規(guī)劃無線傳感器網(wǎng)絡應用的設計、包括需求分析、

3、節(jié)點設計、網(wǎng)絡拓撲結構設計、應用軟件開發(fā)、存儲需求的能力。能正確和熟練使用相關軟件工具，寫出合乎規(guī)格的實驗報告。四、教學要求本課程由Zigbee單片機開發(fā)實驗、傳感器接口實驗、無線射頻實驗、無線傳感器網(wǎng)絡通信實驗，無線傳感器網(wǎng)絡綜合實驗等5組實驗構成，每組實驗分為驗證實驗，基礎實驗，綜合實驗三個環(huán)節(jié)，授課教師對授課教師將對學生進行實驗安全輔導，并按照不同類型實驗要求，做好實驗準備工作，指導學生做好實驗方案設計、實驗報告撰寫等工作。學生應熟悉實驗室管理相關規(guī)章制度，遵守實驗操作要求，規(guī)范使用實驗儀器設備。積極做好實驗準備工作，預習實驗指導書中實驗原理、做好實驗設計等；實驗過程中認真觀察、記錄，及

4、時發(fā)現(xiàn)并解決問題；實驗結束后認真完成實驗報告撰寫（報告格式見附件）。五、考核方式及要求為實現(xiàn)課程教學目標，本門課程考核采用平時考核、期末理論考核與實驗操作相結合的方式進行。平時考核用于考察學生參與課程教學的行為表現(xiàn)、實驗操作情況，占課程總成績的40%；期末理論考核主要用于檢驗學生對于實驗原理與操作流程的熟悉程度，占課程總成績的30%；實驗操作考核為學生自主設計實驗，根據(jù)實驗設計、流程安排與實驗結果進行評分，占課程總成績的30%。六、課程內容實驗一：ZigBee2530單片機開發(fā)實驗(授課時間：第五學期第一周)教學目標：學習使用CC2530單片機計數(shù)器、定時器、查詢方式、中斷工作方式的基本設置和

5、應用。主要內容：(1)使用計數(shù)器/定時器2查詢工作方式、中斷工作方式定時控制P2口燈閃爍的頻率；(2) 采用軟件查詢的方式、中斷工作方式等待定時時間到達。學時：2學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：驗證性實驗。實驗二：走馬燈、看門狗定時器實驗（授課時間：第五學期第二周）教學目標：學習使用CC2530單片機使I/O口外接的燈輪流閃爍，以及看門狗定時器控制燈的閃爍。主要內容：(1)使用計數(shù)器/定時器0定時控制4個燈輪流閃爍。(2)采用查詢的方式等待定時時間到達。使用看門狗定時器控制燈的閃爍。學時：2學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：驗證性實驗。實驗三：CC2530串口

6、通信實驗（授課時間：第五學期第三周）教學目標：學習使用CC2530單片機查詢方式、中斷方式實現(xiàn)串口通信。主要內容：(1)使用查詢方式實現(xiàn)串口通信。(2)使用中斷定時實現(xiàn)串口通信。(3) 觀察串口工具接收到的數(shù)據(jù)。學時：2學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：驗證性實驗。實驗四：傳感器網(wǎng)絡接口實驗（授課時間：第五學期第四-五周）教學目標：掌握CC2530讀取傳感器數(shù)據(jù)的原理和方法，實現(xiàn)上位機串口讀取功能。主要內容：(1)掌握CC2530與常見傳感器的連接方法，(2)實現(xiàn)常用傳感器在CC2530上數(shù)據(jù)讀取，(3)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)存儲到文件中。學時：4學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導

7、。實驗類型：驗證性/開發(fā)性實驗。實驗五：無線信道監(jiān)聽（授課時間：第五學期第六周）教學目標：了解CC2530射頻芯片的RSSI/EnergyDetection引腳監(jiān)聽無線信道空閑的方法。主要內容：(1)通過對無線信道的監(jiān)聽，評估當前信道是否空閑。(2)得到一個模擬信號CCA，(3)據(jù)對RSSI測量的結果評估當前物理信道的狀態(tài)。學時：2學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：驗證性/開發(fā)性實驗。實驗六：點對點無線通信實驗（授課時間：第五學期第七周）教學目標：實現(xiàn)ZigBee簡單的無線收發(fā)數(shù)據(jù)。主要內容：(1)在CC2530上，發(fā)送節(jié)點負責發(fā)送有意義字符串；(2) 接收節(jié)點負責接收發(fā)送節(jié)點

8、發(fā)送的數(shù)據(jù)包；(3) 在PC端的串口工具上顯示接收到的數(shù)據(jù)包。學時：2學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：驗證性/開發(fā)性實驗。實驗七：星狀網(wǎng)、線狀網(wǎng)通信實驗（授課時間：第五學期第八周）教學目標：通過使用無線傳感器網(wǎng)絡創(chuàng)新套件及其配套軟件，實現(xiàn)一個兼容ZigBee規(guī)范的星狀、線狀網(wǎng)絡。主要內容：(1) 分別建立星狀網(wǎng)、線狀網(wǎng)拓撲結構的網(wǎng)絡。(2) 采集到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調器。(3) 分析網(wǎng)絡報文。學時：2學時。教學方法：演示法/講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：驗證性/開發(fā)性實驗。實驗八：感知傳輸實驗（授課時間：第五學期第九-十周）實驗目的：通過傳感器節(jié)點采集傳感器數(shù)據(jù)并傳輸，認識Zi

9、gbee數(shù)據(jù)傳輸原理，掌握Zigbee傳輸數(shù)據(jù)開發(fā)技能。實驗內容：(1) 實現(xiàn)DHT11+CC2530的數(shù)據(jù)采集；(2) 實現(xiàn)基于Zigbee的點播通信協(xié)議設計；(3) 上位機開發(fā)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲和管理。學時：4學時。教學方法：講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：開發(fā)性實驗。實驗九：感知傳輸與控制實驗（授課時間：第五學期第十一-十二周）實驗目的：掌握控制器（繼電器，風扇）啟動的方法，掌握Zigbee感知數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的收發(fā)過程，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡實時感知和控制開發(fā)。實驗內容：(1)繼電器及風扇等控制器的無線射頻控制；(2) 通過采集到的外界環(huán)境信息，實現(xiàn)自動化控制繼電器，電機等控制器的自動運行。學時：4學時。教學方法：講授/現(xiàn)場指導。實驗類型：綜合開發(fā)性實驗。實驗十：智能家居實驗（授課時間：第五學期第十三-十五周）實驗目的：通過智能家居實驗，實現(xiàn)完整的無線傳感器網(wǎng)絡應用開發(fā)，掌握無線傳感器網(wǎng)絡應用開發(fā)的能力。實驗內容：通過智慧家居系統(tǒng)，以手機、Web等多種方式對家居內各種智能家電設備設施進行實時監(jiān)控。包括以下主要功能：(1)