《無線傳感網(wǎng)技術》課程標準、授課計劃

1《無線傳感網(wǎng)技術》課程標準課程代碼：適用專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程學時：64學時課程學分：4編制人：審核人：審批人：日期： 一．課程定位《無線傳感網(wǎng)技術》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，包含無線傳感網(wǎng)技術基礎知識、傳感器與射頻技術、無線傳感網(wǎng)搭建、無線傳感網(wǎng)絡綜合應用實例等內容，課程基于應用型本科以工程實踐應用為中心的教育理念，對課程重點知識通過項目實施，體現(xiàn)了理論夠用、重工程實踐應用的原則。課程主要培養(yǎng)學生應用傳感技術、通信技術和組網(wǎng)技術設計無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)能力。培養(yǎng)的職業(yè)能力包括小型傳感網(wǎng)絡設計能力；物聯(lián)網(wǎng)設備調試、分析等能力；網(wǎng)絡優(yōu)化升級能力，網(wǎng)絡調試維護能力。通過本課程的學習，加深對無線傳感器網(wǎng)絡的理解，為進一步研究和從事無線傳感器網(wǎng)絡應用開發(fā)和工程實踐提供良好的基礎和參考。先修課程：《程序設計基礎（C語言）》、《模擬電子技術》、《數(shù)字通信技術》、《傳感器技術項目實訓》、《RFID原理及應用》、《單片機應用技術》。后續(xù)課程：《物聯(lián)網(wǎng)綜合項目實訓》、《嵌入式操作系統(tǒng)》、《云計算與物聯(lián)網(wǎng)》、《物聯(lián)網(wǎng)工程實施》。二．課程目標1、知識目標（1）熟悉無線傳感器組網(wǎng)開發(fā)環(huán)境和仿真平臺；（2）掌握無線傳感器組網(wǎng)；（3）掌握無線傳感器網(wǎng)絡測試、調整方法。2、能力目標（1）了解無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域；（2）熟悉無線傳感器網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術；（3）了解無線傳感器網(wǎng)絡的通信協(xié)議；（4）熟悉ZigBee協(xié)議棧；（5）熟悉IAR集成開發(fā)平臺；（6）能正確地在IAR集成開發(fā)環(huán)境編寫程序并仿真調試；（7）能從用戶的角度畫出WSN無線傳感器網(wǎng)絡的宏觀框架結構；（8）能組建和調試簡單的無線傳感器網(wǎng)絡。3、素養(yǎng)目標（1）具有物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)規(guī)范意識、資料查閱、團隊協(xié)作等能力。（2）培養(yǎng)學生良好的職業(yè)道德；（3）培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風；（4）培養(yǎng)學生的質量意識、安全意識；（5）培養(yǎng)學生社會責任心、環(huán)保意識。三．課程設計思路（一）教學設計本課程設計的根據(jù)行業(yè)應用調研、人才方案培養(yǎng)目標分析和《無線傳感網(wǎng)技術》在專業(yè)課程體系中課程前后銜接情況等，明確該課程整體教學目標。并根據(jù)我院實際情況，決定以實驗室+虛擬實驗室+實際項目為學生鍛煉平臺，并且重構知識體系，課程的知識體系依據(jù)學習領域和課程目標對內容刪減、結構進行優(yōu)化，重構“突出應用”的課程知識體系。選取學習情境，根據(jù)學生的學習現(xiàn)狀，由易到難、逐層上升。并確保所選項目的職業(yè)性、實踐性和開放性。（二）教學方法本課程采用的教學模式為教學做一體化，在做中學學中做。以項目導向，任務驅動進行組織教學。課程實施貫穿1個小組，3個平臺，教學過程6個步驟。=1\*GB3①1個小組小組分工，強調連坐學習，自主學習，團隊協(xié)作。促使協(xié)同合作，相互幫助，培養(yǎng)團隊協(xié)作、自學能力。=2\*GB3②3個平臺3個平臺包括實驗、虛擬軟件和項目。使用物聯(lián)網(wǎng)實訓室，保證課程的實踐性和開放性，利用MATLAB軟件作為無線傳感器網(wǎng)絡課程學習工具，以項目貫穿課程內容，突出實踐能力的培養(yǎng)。=3\*GB3③教學過程6個步驟教學過程的6個步驟，1、明確任務（教師給出教學情景學生討論）；2、計劃（分小組討論產(chǎn)生的原因）；3、決策（教師引導學生進行分析）；4、實施（教師引導學生使用正確方法解決）；5、控制（教師輔導并監(jiān)控學生解決問題的方法和質量）6、情況反饋（任務完成，對方法和規(guī)律進行總結）。四．教學內容和學時分配教學內容總體以智能大棚系統(tǒng)為主線，每小節(jié)是實現(xiàn)智能大棚系統(tǒng)的分支，講解內容分為無線傳感網(wǎng)理論知識、項目實例、無線傳感網(wǎng)綜合項目系統(tǒng)實現(xiàn)，系統(tǒng)實現(xiàn)是實現(xiàn)智能大棚系統(tǒng)，技術路線為：基礎—＞硬件（傳感設備）—＞無線傳感網(wǎng)傳輸協(xié)議—＞無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡技術—＞無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)（包括遠距離傳輸技術），項目實施為從淺到深，從硬件到軟件，從短距離通信到遠距離通信的實現(xiàn)過程。教學內容與學時分配見表序號教學內容（項目/情境）理論學時實踐學時學時合計1準備工作——智能大棚系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)2462蔬菜溯源利器——傳感器與RFID48123溫濕度監(jiān)測——ZigBee技術實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸416204還原大棚系統(tǒng)實景——wifi模式下視頻信息傳輸4045大棚系統(tǒng)實時操作——手機藍牙快連2026千里眼——遠程監(jiān)控2027合作，然后改變世界——智能大棚系統(tǒng)410148機動224合計244064五．課程內容設計與進程1、理論部分：共24學時，機動2學時教學任務名稱第一部分準備工作——智能大棚系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)學時2教學目標了解WSN應用領域、無線傳感器網(wǎng)絡的挑戰(zhàn)以及WSN網(wǎng)絡架構；熟悉無線傳感器網(wǎng)絡組成；使用替代法維修無線傳感網(wǎng)。教學內容=1\*GB3①無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)概述：WSN的概念，WSN應用領域，無線傳感器網(wǎng)絡的挑戰(zhàn)，傳感器網(wǎng)絡的特點，無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術；②WSN的體系結構：節(jié)點(無線傳感網(wǎng)節(jié)點，WSNode)架構，含節(jié)點的硬件組件、節(jié)點的能量消耗、節(jié)點的組成和執(zhí)行環(huán)境、節(jié)點的一些實例。重點無線傳感網(wǎng)的體系結構；無線傳感器網(wǎng)絡組成；難點無線傳感網(wǎng)的體系結構；教學方法建議講授法、演示操作、舉例法教學任務名稱第二部分蔬菜溯源利器——傳感器與RFID學時4教學目標=1\*GB3①了解傳感器節(jié)點的選型；=2\*GB3②熟悉微處理器、存儲器、無線通信模塊的型號、功能、特點，并進行針對組網(wǎng)目標進行有效的選??；=3\*GB3③熟悉組網(wǎng)工具選擇。教學內容=1\*GB3①傳感器包括傳感器的概述、傳感器的分類、傳感器的性能技標、組成和結構；=2\*GB3②典型傳感器簡介；=3\*GB3③射頻識別技術包括RFID概述、分類、技術標準、RFID系統(tǒng)的組成、常見的RFID系統(tǒng)；=4\*GB3④基于RFID食品追蹤應用實例。重點=1\*GB3①傳感器的性能技標；=2\*GB3②RFID系統(tǒng)的組成。難點基于RFID食品追蹤應用實例；教學方法建議講授法、舉例法、演示法教學任務名稱第三部分溫濕度監(jiān)測——利用ZigBee技術實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸學時4教學目標=1\*GB3①熟悉zigbee技術；=2\*GB3②zigbee技術進行小型無線傳感網(wǎng)絡的設計（學會仿真）；=3\*GB3③根據(jù)設計能完成基于zigbee技術無線傳感網(wǎng)絡組建。教學內容=1\*GB3①ZigBee概述；=2\*GB3②ZigBee技術體系；=3\*GB3③ZigBee物理層協(xié)議規(guī)范；=4\*GB3④ZigBee的MAC層協(xié)議規(guī)范。重點=1\*GB3①ZigBee技術體系；=2\*GB3②ZigBee物理層協(xié)議規(guī)范；=3\*GB3③ZigBee的MAC層協(xié)議規(guī)范。難點ZigBee技術體系；教學方法建議講授法、演示法、討論法教學任務名稱第四部分還原大棚系統(tǒng)實景——wifi模式下視頻信息傳輸學時4教學目標=1\*GB3①熟悉wifi技術；=2\*GB3②能利用wifi技術進行無線傳感網(wǎng)絡的設計和組建；教學內容=1\*GB3①Wi-Fi技術概述；=2\*GB3②Wi-Fi網(wǎng)絡結構與服務；=3\*GB3③Wi-Fi工作站接入網(wǎng)絡；=4\*GB3④視頻傳輸應用實例。重點Wi-Fi工作站接入網(wǎng)絡；難點視頻傳輸應用實例教學方法建議任務驅動、網(wǎng)絡教學、講解法教學任務名稱第五部分大棚系統(tǒng)實時操作——手機藍牙快連學時2教學目標=1\*GB3①了解藍牙技術；=2\*GB3②進一步熟悉無線傳感器網(wǎng)絡設計與組件；=3\*GB3③熟悉無線傳感設備的故障分析及常見的網(wǎng)絡故障維修。教學內容=1\*GB3①藍牙技術概述；=2\*GB3②藍牙協(xié)議棧體系結構；=3\*GB3③藍牙設備的組網(wǎng)；=4\*GB3④藍牙系統(tǒng)的結構及組成；=5\*GB3⑤藍牙無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實例。重點=1\*GB3①藍牙協(xié)議棧體系結構；=2\*GB3②藍牙設備的組網(wǎng)；=3\*GB3③藍牙系統(tǒng)的結構及組成。難點藍牙設備的組網(wǎng)教學方法建議討論教學、引導啟發(fā)、講解法教學任務名稱第六部分千里眼——遠程監(jiān)控學時2教學目標=1\*GB3①了解3G、4G技術；=2\*GB3②了解手機通信流程；=3\*GB3③了解無線語音通信技術和數(shù)據(jù)傳輸技術。教學內容=1\*GB3①3G技術的概述；=2\*GB3②WCDMA技術；=3\*GB3③CDMA2000技術；=4\*GB3④TD-SCDMA技術；=5\*GB3⑤4G移動通信技術；=6\*GB3⑥遠程監(jiān)控應用實例。重點手機通信流程難點無線語音通信技術和數(shù)據(jù)傳輸技術教學方法建議任務驅動、網(wǎng)絡教學、講解法教學任務名稱第七部分合作，然后改變世界——智能大棚系統(tǒng)學時4教學目標=1\*GB3①了解無線傳感網(wǎng)的關鍵技術；=2\*GB3②熟悉小型的無線傳感網(wǎng)絡建立過程。=3\*GB3③熟悉無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)管理、維護等相關知識教學內容=1\*GB3①智能大棚系統(tǒng)中的關鍵技術概述；=2\*GB3②無線傳感網(wǎng)的節(jié)點定位技術；=3\*GB3③時間同步技術；=4\*GB3④網(wǎng)絡拓撲控制；=5\*GB3⑤數(shù)據(jù)融合技術；=6\*GB3⑥安全技術；=7\*GB3⑦實現(xiàn)簡易的智能大棚系統(tǒng)。重點實現(xiàn)簡易的智能大棚系統(tǒng)難點實現(xiàn)簡易的智能大棚系統(tǒng)教學方法建議討論教學、引導啟發(fā)、講解法、問題教學2、實驗部分，共40學時，機動2學時應修實驗學時40課程性質必修本課程實驗教學目的和基本要求培養(yǎng)學生基本的實驗動手能力和基本的實驗技能，實驗主要以短距離無線技術ZigBee技術為例，要求學生熟悉ZigBee無線傳感網(wǎng)的開發(fā)平臺IAR，掌握調用ZigBee協(xié)議棧的函數(shù)的方法，掌握ZigBere協(xié)議棧進行開發(fā)的基本思路，能從用戶的角度畫出WSN無線傳感器網(wǎng)絡的宏觀框架結構，進而組件小型無線傳感網(wǎng)絡立。實驗的考核根據(jù)學生的實驗操作、測試數(shù)據(jù)和實驗報告情況綜合評定實驗成績。指導書要求根據(jù)實驗儀器設備，結合課程具體要求自編實驗指導講義。序號項目名稱任務名稱實驗內容簡述課時分配1認識系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境任務一：實驗設備概述=1\*GB3①課程性質、目的和任務=2\*GB3②物聯(lián)網(wǎng)試驗箱概述=3\*GB3③系統(tǒng)設計方法=4\*GB3④典型系統(tǒng)舉例24任務二：安裝、調試開發(fā)平臺=1\*GB3①安裝開發(fā)平臺=2\*GB3②調試程序=3\*GB3③下載程序=4\*GB3④實現(xiàn)的功能：傳感器處理芯片上的D9燈，在p1-0到p1-7中，找出控制D9燈的端口，并使得D9等閃爍。22傳感器與RFID基礎實驗任務一：CC2530可編程輸入輸出口（I/O）應用=1\*GB3①21個可編程輸入輸出端口的用途和定義=2\*GB3②流水燈的實現(xiàn)：實現(xiàn)循環(huán)依次點亮8個LED燈的效果28任務二：傳感設備微處理器中定時器應用=1\*GB3①CC2530定時器概述=2\*GB3②兩位計數(shù)器的實現(xiàn)2任務三：傳感設備中外部中斷應用=1\*GB3①外部中斷概述=2\*GB3②按鍵實現(xiàn)中斷=3\*GB3③實現(xiàn)功能：按鍵顯示數(shù)字8882任務四：系統(tǒng)睡眠喚醒-定時器方式=1\*GB3①睡眠工作模式=2\*GB3②睡眠喚醒方法=3\*GB3③實現(xiàn)：設置定時器讓系統(tǒng)在設定的時間被喚醒,每次喚醒LED1閃爍3下提示用戶23ZigBee技術數(shù)據(jù)傳輸實驗任務一：CC2530看門狗實驗=1\*GB3①看門狗定時器工作原理及流程=2\*GB3②中斷控制單元WDCTL、CLKCON的設置方法216任務二：ZigBee技術數(shù)模轉換通信實驗=1\*GB3①ADC轉換器的工作原理=2\*GB3②CC2530ADC的使用方法。2任務三：ZigBee技術串口通信實驗=1\*GB3①串口通信-發(fā)送數(shù)據(jù)到PC=2\*GB3②串口通信-PC發(fā)送數(shù)據(jù)=3\*GB3③串口通信-zigbee互發(fā)數(shù)據(jù)4任務四：燃氣傳感器實驗=1\*GB3①氣體傳感器工作原理=2\*GB3②掌握單片機驅動氣體傳感器的方法2任務五：人體紅外傳感器實驗=1\*GB3①熱釋紅外工作原理=2\*GB3②熱釋紅外傳感器的使用方法2任務六：雨滴傳感器實驗=1\*GB3①雨滴傳感器的工作原理=2\*GB3②單片機驅動雨滴外傳感器的方法。2任務七：紅外家電控制實驗=1\*GB3①紅外遙控器編碼原理=2\*GB3②理解紅外遙控器解碼原理=3\*GB3③CC2530上編程實現(xiàn)紅外編解碼24無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡實驗任務一：組網(wǎng)實驗=1\*GB3①了解ZigBee星狀網(wǎng)絡結構；=2\*GB3②構建星形網(wǎng)絡的方法210任務二：網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)接收和發(fā)送實驗=1\*GB3①數(shù)據(jù)包接收流程=2\*GB3②數(shù)據(jù)包的接收處理，節(jié)點/路由收到的數(shù)據(jù)如何處理2任務三：點播實驗=1\*GB3①添加點播地址結構=2\*GB3②SampleApp_Init(uint8task_id)中初始化=3\*GB3③禁止協(xié)調器向自己發(fā)送數(shù)據(jù)2任務四：組播實驗=1\*GB3①添加組播地址結構=2\*GB3②在SampleApp_Init(uint8task_id)中初始化=3\*GB3③注冊組播=4\*GB3④禁止協(xié)調器向自己發(fā)送數(shù)據(jù)2任務五：廣播實驗=1\*GB3①添加廣播播地址結構=2\*GB3②SampleApp_Init(uint8task_id)中初始化=3\*GB3③禁止協(xié)調器向自己發(fā)送數(shù)據(jù)2五．課程實施條件與建議1、實施條件（1）教材：《無線傳感網(wǎng)技術》，聶增麗編著西南交通大學出版社（2）實訓樓104（3）《無線傳感網(wǎng)技術》的PPT和教案（4）計算機數(shù)臺（5）實驗箱24套（6）智慧農(nóng)業(yè)實訓平臺沙盤模型（7）智能交通實訓平臺沙盤模型2、實施建議不同環(huán)節(jié)采用不同的教學方式，加強對學生實際職業(yè)能力的培養(yǎng)，注重以任務驅動型案例或項目引發(fā)學生興趣，使學生掌握相關的知識和技能。教師應該選用典型案例，從知識傳授者的角色轉為學習過程的組織者和指導者，使教學過程向學生自覺學習過程轉化。(1)理論講解環(huán)節(jié)：講授、啟發(fā)、引導和討論等教學方法并施，設置“遞進式”教學任務，并利用大量的圖片與動畫資源豐富課堂教學，以掌握知識和提高自主學習能力為重點；(2)利用名企的培訓資料和案例進行教學，實地參觀學習，將知識落于實處，摸得著看得到。(3)實踐操作環(huán)節(jié)：任務式教學，課前布置任務，課堂完成任務，課余或課后拓展鞏固任務。課堂任務采用“分析討論—教師演示與提示—學生實際操作—部分學生完成任務后，學生講解，教師總結、點評—學生互助，所有學生完成任務”的5步教學法完成。(4)課外教學：通過相關課程或技術網(wǎng)站進行擴充學習，通過QQ互動答疑。

六．課程考核方案設計本課程期末采取階段性平時成績、期末實踐考試成績和期末上機操作相結合的方式進行。1、期末成績總體構成及比例分配表階段性平時成績（50%）考試成績（50%）情景1（15%）情景2（10%）情景3（10%）情景4（15%）程序題（40%）思維邏輯(10%)2、期末成績具體考核指標期末成績構成單元及占總成績比例（%）各單元分指標及占單元成績比例值(%)具體考核指標及占單元成績比例值(%)數(shù)據(jù)來源階段性平時成績（50%）情景1(15%)小組組長根據(jù)小組成員在該階段所分配的任務實施、完成情況，團隊合作情況等分配成績。專業(yè)知識：10%項目實施：5%任課教師情景2(10%)小組組長根據(jù)小組成員在該階段所分配的任務實施、完成情況，團隊合作情況等分配成績。專業(yè)知識：5%項目實施：5%任課教師情景3(10%)小組組長根據(jù)小組成員在該階段所分配的任務實施、完成情況，團隊合作情況等分配成績。專業(yè)知識：5%項目實施：5%任課教師情景4(15%)小組組長根據(jù)小組成員在該階段所分配的任務實施、完成情況，團隊合作情況等分配成績。專業(yè)知識：10%項目實施：5%任課教師考試成績（50%）操作題（40%）根據(jù)學生卷面成績中進行考核評卷教師思維邏輯（10%）根據(jù)開放性主觀題目考核評卷教師七．教學資源開發(fā)與利用1、參考書籍：《無線傳感器網(wǎng)絡簡明教程》，《無線傳感器網(wǎng)絡技術》，彭力，冶金工業(yè)出版社《無線傳感器網(wǎng)絡技術導論（21世紀高等學校規(guī)劃教材·物聯(lián)網(wǎng)）》，王汝傳、孫麗娟主編，清華大學出版社2、網(wǎng)絡資源：“凌陽科技有限公司”，/tw/.“華育國際”，/《ACMTRANSONAutonomousandAdaptiveSystems》，/.《SENSORREVIEW》期刊，/journals.htm?issn=0260-2288。八．其他特殊說明1．建議在課余時間利用課程資源網(wǎng)頁進行相關的學習。2．結合當前的研發(fā)的無線傳感網(wǎng)實訓平臺進行講解。3．強化應用型智能網(wǎng)關的應用，加深學生對嵌入式系統(tǒng)的理解。課程教學進度計劃表課程名稱：無線傳感網(wǎng)技術課程代碼：授課班級：編制人：審核人：審批人：日期： 一、課程基本信息課程名稱課程代碼學分考核性質【考試/