《測控?cái)?shù)據(jù)采集與處理》教學(xué)大綱

《測控?cái)?shù)據(jù)采集與處理》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05147161課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)）先修課程：傳感器技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等后續(xù)課程：專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)適用專業(yè)：測控技術(shù)與儀器開課單位：電氣工程與自動化學(xué)院一、課程說明《測控?cái)?shù)據(jù)采集與處理》是測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)的專業(yè)必修課。本課程主要任務(wù)是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)背景下測控?cái)?shù)據(jù)采集、傳輸與分析的關(guān)鍵技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng)基本概念、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、應(yīng)用案例等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得物聯(lián)網(wǎng)及測控?cái)?shù)據(jù)采集技術(shù)相關(guān)的基本理論、基本知識和基本技能，并能應(yīng)用相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)平臺實(shí)現(xiàn)測控?cái)?shù)據(jù)采集應(yīng)用。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解物聯(lián)網(wǎng)及測控?cái)?shù)據(jù)采集與處理的基本概念、發(fā)展歷史及趨勢、應(yīng)用領(lǐng)域等；掌握不同數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的功能及原理；掌握振動信號采集分析的原理及方法；掌握Wifi、Lora、4G、5G等數(shù)據(jù)無限傳輸技術(shù)；能夠?qū)y控?cái)?shù)據(jù)采集與處理的基礎(chǔ)知識與數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基本理論相結(jié)合，分析測控領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，并針對具體對象分析系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)2：能綜合運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)測控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的測控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分考慮成本、功耗、可靠性、實(shí)時(shí)性等因素，滿足工程工業(yè)應(yīng)用需求。培養(yǎng)良好的職業(yè)規(guī)范及工程素養(yǎng)；追求精益、勇于創(chuàng)新的工匠精神；善于學(xué)習(xí)、積極探索的創(chuàng)新意識；團(tuán)隊(duì)協(xié)作、終身學(xué)習(xí)精神。課程目標(biāo)3：能夠針對測控技術(shù)與儀器及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，合理選擇并應(yīng)用人工智能技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析算法；能夠根據(jù)測控系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)云平臺，設(shè)計(jì)智能化測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控，分析設(shè)備狀態(tài)異常原因并給出解決方案。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《測控?cái)?shù)據(jù)采集與處理》課程教學(xué)目標(biāo)對測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度2.問題分析2.2能根據(jù)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理分析測控領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，并針對具體對象分析系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)1：了解物聯(lián)網(wǎng)及測控?cái)?shù)據(jù)采集與處理的基本概念、發(fā)展歷史及趨勢、應(yīng)用領(lǐng)域等；掌握不同數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的功能及原理；掌握振動信號采集分析的原理及方法；掌握Wifi、Lora、4G、5G等數(shù)據(jù)無限傳輸技術(shù)；能夠?qū)y控?cái)?shù)據(jù)采集與處理的基礎(chǔ)知識與數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基本理論相結(jié)合，分析測控領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，并針對具體對象分析系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)特性，獲得多種解決方案。H3.設(shè)計(jì)／開發(fā)解決方案3.3能夠在設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)中綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)工程表達(dá)，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。課程目標(biāo)2：能綜合運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)測控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的測控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分考慮成本、功耗、可靠性、實(shí)時(shí)性等因素，滿足工程工業(yè)應(yīng)用需求。培養(yǎng)良好的職業(yè)規(guī)范及工程素養(yǎng)；追求精益、勇于創(chuàng)新的工匠精神；善于學(xué)習(xí)、積極探索的創(chuàng)新意識；團(tuán)隊(duì)協(xié)作、終身學(xué)習(xí)精神。M5.使用現(xiàn)代工具5.1了解現(xiàn)代儀器、信息檢索工具、工程工具、專業(yè)仿真軟件等工具的原理和使用方法。課程目標(biāo)3：能夠針對測控技術(shù)與儀器及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，合理選擇并應(yīng)用人工智能技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析算法；能夠根據(jù)測控系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)云平臺，設(shè)計(jì)智能化測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控，分析設(shè)備狀態(tài)異常原因并給出解決方案。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)1.物聯(lián)網(wǎng)及測控?cái)?shù)據(jù)采集處理基本概念1.1物聯(lián)網(wǎng)起源1.2物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)1.3測控?cái)?shù)據(jù)采集在物聯(lián)網(wǎng)中的作用教學(xué)要求：掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成及架構(gòu)；理解測控?cái)?shù)據(jù)采集在物聯(lián)網(wǎng)中的作用。重點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)；測控?cái)?shù)據(jù)采集在物聯(lián)網(wǎng)中的作用。難點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。212.測控?cái)?shù)據(jù)采集技術(shù)2.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)基礎(chǔ)2.2開關(guān)信號采集2.3數(shù)字信號采集2.4模擬信號采集教學(xué)要求：了解數(shù)據(jù)采集技術(shù)基礎(chǔ)；掌握開關(guān)信號、數(shù)字信號和模擬信號采集方法及技術(shù)。重點(diǎn)：開關(guān)信號、數(shù)字信號和模擬信號采集方法及技術(shù)。難點(diǎn)：數(shù)字信號和模擬信號采集方法及技術(shù)。641、23.信號傳輸技術(shù)3.1常用信號傳輸技術(shù)概述3.2近距離信號傳輸3.3遠(yuǎn)距離信號傳輸3.4信號傳輸協(xié)議教學(xué)要求：了解常用的信號傳輸技術(shù)；掌握Wifi、RS-232/485等近距離信號傳輸技術(shù)；掌握4G遠(yuǎn)距離信號傳輸技術(shù)；了解5G傳輸發(fā)展趨勢；掌握MQTT、Modbus等傳輸協(xié)議，能夠自定義信號傳輸協(xié)議。重點(diǎn)：Wifi、RS-232/485等近距離信號傳輸技術(shù)；4G遠(yuǎn)距離信號傳輸技術(shù)；MQTT、Modbus等傳輸協(xié)議。難點(diǎn)：4G遠(yuǎn)距離信號傳輸技術(shù)；MQTT、Modbus等傳輸協(xié)議。61、24.數(shù)據(jù)處理技術(shù)4.1振動信號分析原理4.2時(shí)域信號分析處理技術(shù)4.3時(shí)頻域信號分析處理技術(shù)教學(xué)要求：理解振動信號分析原理；掌握時(shí)域信號分析處理技術(shù)及時(shí)頻域信號分析處理技術(shù)。重點(diǎn)：振動信號分析原理；時(shí)頻域信號分析處理技術(shù)。難點(diǎn):時(shí)頻域信號分析處理技術(shù)。641、35.AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺5.1常用物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域5.2AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺特點(diǎn)5.3AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用教學(xué)要求：了解常用物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域；了解AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺特點(diǎn)；掌握AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用。重點(diǎn):AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用。難點(diǎn):AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用。881、36.機(jī)械設(shè)備故障診斷應(yīng)用案例分析6.1機(jī)械設(shè)備故障診斷基本概念6.2機(jī)械設(shè)備故障診斷數(shù)據(jù)采集6.3機(jī)械設(shè)備故障診斷算法原理6.4機(jī)械設(shè)備故障診斷運(yùn)維平臺教學(xué)要求：了解機(jī)械設(shè)備故障診斷基本概念、數(shù)據(jù)采集、算法原理及運(yùn)維平臺。重點(diǎn):機(jī)械設(shè)備故障診斷數(shù)據(jù)采集和算法原理。難點(diǎn):機(jī)械設(shè)備故障診斷算法原理。421、2、3合計(jì)32162.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)1.軸承振動信號采集實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用信號采集儀、軸承故障模擬試驗(yàn)臺實(shí)現(xiàn)不同故障狀態(tài)軸承振動信號采集。實(shí)驗(yàn)要求：掌握信號采集儀及軸承故障模擬試驗(yàn)臺的使用。41、2、32.軸承振動信號分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用時(shí)域分析及時(shí)頻域分析技術(shù)分析軸承故障狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)要求：掌握時(shí)域分析及時(shí)頻域分析技術(shù)在軸承故障診斷中的應(yīng)用。41、23.基于AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺的智能測控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：綜合利用所學(xué)內(nèi)容，結(jié)合AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、智能運(yùn)維、智能電網(wǎng)等。實(shí)驗(yàn)要求：掌握AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用，具備自主學(xué)習(xí)及綜合設(shè)計(jì)能力。81、2、3合計(jì)16五、教學(xué)方法及手段課堂教學(xué)以充分利用多媒體和互聯(lián)網(wǎng)資源，以線上自學(xué)（MOOC）為輔，線下教學(xué)為主，增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生科技前沿敏感度，幫助學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。優(yōu)化教學(xué)手段，以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，針對不同水平層次的學(xué)生開展“案例引導(dǎo)、層次遞進(jìn)、虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)方法，轉(zhuǎn)變以往教師為主的教學(xué)方式，對學(xué)生進(jìn)行分組，開展引導(dǎo)式、討論式、翻轉(zhuǎn)課堂等方式，逐漸轉(zhuǎn)為以學(xué)生為主體的教與學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生利用專業(yè)知識解決實(shí)際工程問題的能力，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識和能力，增強(qiáng)學(xué)生主人公意識，將學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)在動力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重講授如何利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)展示平臺等工具，實(shí)現(xiàn)從簡單實(shí)驗(yàn)到復(fù)雜測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法，重點(diǎn)講授各個(gè)功能模塊應(yīng)用步驟及程序框架，穿插各模塊工作原理。在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、自學(xué)相關(guān)內(nèi)容；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按照實(shí)驗(yàn)要求完成系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)測試出現(xiàn)的問題；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源注：每門課程需推薦優(yōu)秀參考書3本以上（不包括教材），本學(xué)科國內(nèi)或國際權(quán)威期刊5種以上（至少包括外文期刊1種），網(wǎng)絡(luò)資源2項(xiàng)以上。1.推薦教材：作者（譯者）.書名.出版社.出版時(shí)間．（1）楊鵬等.《物聯(lián)網(wǎng)：感知、傳輸與應(yīng)用》[M].北京:電子工業(yè)出版社,2020.2.參考書：作者（譯者）.書名.出版社.出版時(shí)間．（1）高澤華等.物聯(lián)網(wǎng)——體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與無線通信[M].北京:清華大學(xué)出版社，2020.（2）張飛舟等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于解決方案（第二版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2019.（3）孫少強(qiáng)等.現(xiàn)代傳感器技術(shù)：面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（第2版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.（4）袁寧等.AIRIOT物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)框架應(yīng)用與實(shí)戰(zhàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2021.3.期刊：作者.文題.刊名，年，卷號（期號）．或者：刊名，主辦單位（1）儀器儀表學(xué)報(bào),中國儀器儀表學(xué)會.（2）電子測量與儀器學(xué)報(bào),中國電子學(xué)會、中國儀器儀表學(xué)會.（3）儀表技術(shù)與傳感器，沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司.（4）機(jī)械工程學(xué)報(bào),中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會、中國機(jī)械工程學(xué)會.（5）Measurement,Elsevier.（6）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,IEEE4.網(wǎng)絡(luò)資源：網(wǎng)站名，訪問路徑或者：作者.文題.更新和修改日期.訪問路徑．（1）AIRIOT官網(wǎng)./．（2）中國移動物聯(lián)網(wǎng)開放平臺官網(wǎng)./．七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核作業(yè)8%（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的掌握程度及相關(guān)知識的自學(xué)程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取所有作業(yè)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?23實(shí)驗(yàn)20%（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評分，取所有實(shí)驗(yàn)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?01010小組任務(wù)12%（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)綜合應(yīng)用能力、自學(xué)能力及創(chuàng)新能力，滿分100分；（2）每次小組任務(wù)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?32期末考核60%（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）主要考核測控?cái)?shù)據(jù)采集的基本外設(shè)原理；信號分析技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用設(shè)計(jì)等。（3）考核方式為大作業(yè)、論文等形式。√√√301010合計(jì)：100分502525八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、小組任務(wù)、期末考核等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)。考核基本要求：考核總成績由期末考核成績和過程性評價(jià)成績組成。其中：期末考核成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），采用大作業(yè)、論文等形式考核；作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、小組任務(wù)等過程性評價(jià)成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性評價(jià)和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60作業(yè)20作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%。不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%。不交作業(yè)5次以上，準(zhǔn)確率小于60%。實(shí)驗(yàn)50實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳實(shí)、結(jié)論清晰、討論合理。實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程正確、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確、討論適當(dāng)。實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，基本能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程基本正確、無協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本正確，討論一般。實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，不能掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程基本正確，