《物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應(yīng)用》教學(xué)大綱

《物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應(yīng)用》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13220602英文名稱：IoTDevelopment&Application學(xué)分：2學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，其中理論16學(xué)時(shí)，實(shí)踐32學(xué)時(shí)先修課程：高級(jí)語言、電路與電子技術(shù)、單片機(jī)與接口技術(shù)課程類別：專業(yè)方向課授課對(duì)象：網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)《物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應(yīng)用》是一門網(wǎng)絡(luò)工程高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)方向課。本課程學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，包括多種類型傳感器開發(fā)，無線射頻開發(fā)，ZStack協(xié)議棧開發(fā)等。要求學(xué)生能夠設(shè)計(jì)和開發(fā)一定復(fù)雜度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。課程目標(biāo)1：了解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，掌握物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線射頻傳輸技術(shù)以及ZStack協(xié)議棧開發(fā)技術(shù)。課程目標(biāo)2：能選擇和使用與所選物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用適配的開發(fā)工具，具備在工具中進(jìn)行代碼編寫和調(diào)試程序的能力。課程目標(biāo)3：能夠設(shè)計(jì)、開發(fā)滿足不同應(yīng)用需求的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重指標(biāo)點(diǎn)3-2：能夠根據(jù)特定需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、開發(fā)與部署、測(cè)試與驗(yàn)證、運(yùn)維與管理課程目標(biāo)1H指標(biāo)點(diǎn)5-1：能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具完成網(wǎng)絡(luò)工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的預(yù)測(cè)與模擬課程目標(biāo)2M指標(biāo)點(diǎn)4-3：能夠基于專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的研究，就綜合性的功能或性能問題設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)結(jié)果或數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并得出合理有效的結(jié)論課程目標(biāo)3H（注：要求課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)應(yīng)是一一對(duì)應(yīng)支撐）

三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)，理解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀，理解物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域和方向，認(rèn)識(shí)基本的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)硬件。重點(diǎn)難點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)體系德育元素：國產(chǎn)品牌自主可控2講授式演示式課程目標(biāo)12傳感器開發(fā)理解典型傳感器的工作原理，理解I2C和SPI通信方式，能夠完成基于典型接口的傳感器數(shù)據(jù)讀取。重點(diǎn)難點(diǎn)：?jiǎn)慰偩€、I2C總線德育元素：信息安全4講授式演示式練習(xí)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33無線射頻開發(fā)了解CC2530內(nèi)核基本結(jié)構(gòu)、常見寄存器設(shè)置、數(shù)據(jù)收發(fā)流程。掌握基于BasicRF無線射頻實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，理解廣播通信、無線控制的概念。重點(diǎn)難點(diǎn)：基于BasicRF無線射頻開發(fā)德育元素：工匠精神2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)34ZigBee協(xié)議體系理解無線通信、無線傳感網(wǎng)基本概念；理解ZigBee物理層、MAC、網(wǎng)絡(luò)層和協(xié)議層的主要功能、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)難點(diǎn)：物理層和MAC層功能德育元素：團(tuán)隊(duì)合作4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)35ZStack協(xié)議棧開發(fā)認(rèn)識(shí)ZStack協(xié)議棧層次結(jié)構(gòu)中各層次的主要內(nèi)容，理解ZigBee無線通信中的三種節(jié)點(diǎn)類型；理解OSAL任務(wù)調(diào)度的工作原理；理解ZigBee數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，掌握LED、按鍵等驅(qū)動(dòng)修改，掌握ZStack協(xié)議棧下串口的使用方法；能夠在ZStack協(xié)議棧中實(shí)現(xiàn)單播、廣播；在ZStack協(xié)議棧中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目刂啤Ｖ攸c(diǎn)難點(diǎn)：ZStack協(xié)議棧層次結(jié)構(gòu)、ZigBee數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收德育元素：團(tuán)隊(duì)合作4講授式演示式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)3合計(jì)16序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1基于ADC的傳感器開發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解相關(guān)硬件電路；通過讀取光敏傳感器的控制信號(hào)，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換在串口顯示；通過CC2530控制超聲波測(cè)距模塊測(cè)取距離，然后通過串口顯示出來。4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32基于特定通信方式的傳感器開發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過CC2530IO口模擬DHT11的讀取時(shí)序，讀取DHT11的溫濕度數(shù)據(jù)，讀取到溫濕度之后通過串口顯示出來；實(shí)現(xiàn)SPI總線驅(qū)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)MFRC522模塊與射頻卡的通信，通過串口顯示出來6設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33射頻通信開發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用BasicRF實(shí)現(xiàn)ZigBee點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；實(shí)現(xiàn)對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)的RSSI的采集；4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)34無線控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)ZigBee信道監(jiān)聽；實(shí)現(xiàn)PC機(jī)通過串口發(fā)送命令通過ZigBee無線控制LED的亮滅；實(shí)現(xiàn)PC機(jī)通過串口發(fā)送命令通過ZigBee無線控制傳感器數(shù)據(jù)采集6綜合課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35多點(diǎn)自組織組網(wǎng)與信息廣播/組播實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)3種節(jié)點(diǎn)類型的多點(diǎn)自組織組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。節(jié)點(diǎn)通過廣播、組播方式周期性的將數(shù)據(jù)包發(fā)送給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過串口傳給PC機(jī)，PC機(jī)通過ZTOOL程序觀察接收情況。4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)36典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇樾切尉W(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)包后通過串口傳給PC，從PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看組網(wǎng)情況。配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇闃錉罹W(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)包后通過串口傳給PC，從PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看組網(wǎng)情況。4設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)37ZigBee串口應(yīng)用與協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)，PC機(jī)通過串口向路由節(jié)點(diǎn)或者終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送開關(guān)LED的命令，節(jié)點(diǎn)上的LED實(shí)行相應(yīng)的操作；協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)之外添加一個(gè)偵聽節(jié)點(diǎn)偵聽數(shù)據(jù)包，并通過PacketSniffer軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容進(jìn)行分析。4綜合課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計(jì)32注：實(shí)驗(yàn)要求包括必修、選修；實(shí)驗(yàn)類型包括演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)等，后兩類占比大于80%。四、課程教學(xué)方法采取集中講授、課堂討論、案例分析、在線教學(xué)等教學(xué)方式。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績(jī)構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末考核組成，均按百分制計(jì)分，其中期末考核成績(jī)占50%、平時(shí)作業(yè)成績(jī)占20%、實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)考核方式課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)1505202實(shí)驗(yàn)51015304期末考核20102050課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值402040100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.作業(yè)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握到位。能夠利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識(shí)分析相關(guān)專業(yè)問題。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握較到位。能夠較好利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識(shí)分析相關(guān)專業(yè)問題。。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握基本到位。利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識(shí)分析相關(guān)專業(yè)問題。。不交和補(bǔ)交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握有偏差。不能利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識(shí)分析相關(guān)專業(yè)問題。2.實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分實(shí)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式規(guī)范，符合寫作要求。完成80%以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式規(guī)范完成60%以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容延時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告符合要求。沒有完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不交和補(bǔ)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容不全或存在明顯錯(cuò)誤。3.期末考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)期末大作業(yè)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)和開發(fā)具有一定復(fù)雜程度的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包含1種及以上傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸、串口信息顯示等關(guān)鍵內(nèi)容。綜合檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程相關(guān)知識(shí)的掌握、綜合應(yīng)用及解決復(fù)雜問題的能力，根據(jù)大作業(yè)題目設(shè)計(jì)相應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《ZigBee技術(shù)與實(shí)訓(xùn)教程——基于CC2530的無線傳感網(wǎng)技術(shù)》，姜仲，劉丹（著），清華大學(xué)出版社，2018年8月版；（二）參考資料1．《物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開發(fā)及應(yīng)用——基于CC2530和ZigBee》，廖建尚（著），電子工業(yè)出版社，2016年9月版；2．