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文檔簡介

1重慶工程學院《無線傳感網技術》課程標準課程代碼:201602018適用專業(yè):物聯網工程專業(yè)課程學時:64學時課程學分:4編制人:聶增麗審核人:審批人:日期: 一.課程定位《無線傳感網技術》是物聯網工程專業(yè)的專業(yè)核心課程,包含無線傳感網技術基礎知識、傳感器與射頻技術、無線傳感網搭建、無線傳感網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、通信技術和組網技術設計無線傳感網絡系統能力。培養(yǎng)的職業(yè)能力包括小型傳感網絡設計能力;物聯網設備調試、分析等能力;網絡優(yōu)化升級能力,網絡調試維護能力。通過本課程的學習,加深對無線傳感器網絡的理解,為進一步研究和從事無線傳感器網絡應用開發(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:《物聯網綜合項目實訓》、《嵌入式操作系統》、《云計算與物聯網》、《物聯網工程實施》。二.課程目標1、知識目標(1)熟悉無線傳感器組網開發(fā)環(huán)境和仿真平臺;(2)掌握無線傳感器組網;(3)掌握無線傳感器網絡測試、調整方法。2、能力目標(1)了解無線傳感器網絡的應用領域;(2)熟悉無線傳感器網絡的組網技術;(3)了解無線傳感器網絡的通信協議;(4)熟悉ZigBee協議棧;(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無線傳感器網絡的宏觀框架結構;(8)能組建和調試簡單的無線傳感器網絡。3、素養(yǎng)目標(1)具有物聯網組網規(guī)范意識、資料查閱、團隊協作等能力。(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行業(yè)應用調研、人才方案培養(yǎng)目標分析和《無線傳感網技術》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,根據學生的學習現狀,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,團隊協作。促使協同合作,相互幫助,培養(yǎng)團隊協作、自學能力。=2\*GB3②3個平臺3個平臺包括實驗、虛擬軟件和項目。使用物聯網實訓室,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為主線,每小節(jié)是實現智能大棚系統的分支,講解內容分為無線傳感網理論知識、項目實例、無線傳感網綜合項目系統實現,系統實現是實現智能大棚系統,技術路線為:基礎—>硬件(傳感設備)—>無線傳感網傳輸協議—>無線傳感網網絡技術—>無線傳感網系統(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——智能大棚系統中的無線傳感網2462蔬菜溯源利器——傳感器與RFID48123溫濕度監(jiān)測——ZigBee技術實現無線傳感網數據傳輸416204還原大棚系統實景——wifi模式下視頻信息傳輸4045大棚系統實時操作——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——智能大棚系統中的無線傳感網學時2教學目標了解WSN應用領域、無線傳感器網絡的挑戰(zhàn)以及WSN網絡架構;熟悉無線傳感器網絡組成;使用替代法維修無線傳感網。教學內容=1\*GB3①無線傳感器網絡(WSN)概述:WSN的概念,WSN應用領域,無線傳感器網絡的挑戰(zhàn),傳感器網絡的特點,無線傳感器網絡的關鍵技術;②WSN的體系結構:節(jié)點(無線傳感網節(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。重點無線傳感網的體系結構;無線傳感器網絡組成;難點無線傳感網的體系結構;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,并進行針對組網目標進行有效的選??;=3\*GB3③熟悉組網工具選擇。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系統的組成、常見的RFID系統;=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技術實現無線傳感網數據傳輸學時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絡的設計(學會仿真);=3\*GB3③根據設計能完成基于zigbee技術無線傳感網絡組建。教學內容=1\*GB3①ZigBee概述;=2\*GB3②ZigBee技術體系;=3\*GB3③ZigBee物理層協議規(guī)范;=4\*GB3④ZigBee的MAC層協議規(guī)范。重點=1\*GB3①ZigBee技術體系;=2\*GB3②ZigBee物理層協議規(guī)范;=3\*GB3③ZigBee的MAC層協議規(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絡的設計和組建;教學內容=1\*GB3①Wi-Fi技術概述;=2\*GB3②Wi-Fi網絡結構與服務;=3\*GB3③Wi-Fi工作站接入網絡;=4\*GB3④視頻傳輸應用實例。重點Wi-Fi工作站接入網絡;難點視頻傳輸應用實例教學方法建議任務驅動、網絡教學、講解法教學任務名稱第五部分大棚系統實時操作——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絡故障維修。教學內容=1\*GB3①藍牙技術概述;=2\*GB3②藍牙協議棧體系結構;=3\*GB3③藍牙設備的組網;=4\*GB3④藍牙系統的結構及組成;=5\*GB3⑤藍牙無線數據采集系統實例。重點=1\*GB3①藍牙協議棧體系結構;=2\*GB3②藍牙設備的組網;=3\*GB3③藍牙系統的結構及組成。難點藍牙設備的組網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據傳輸技術。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據傳輸技術教學方法建議任務驅動、網絡教學、講解法教學任務名稱第七部分合作,然后改變世界——智能大棚系統學時4教學目標=1\*GB3①了解無線傳感網的關鍵技術;=2\*GB3②熟悉小型的無線傳感網絡建立過程。=3\*GB3③熟悉無線傳感網系統管理、維護等相關知識教學內容=1\*GB3①智能大棚系統中的關鍵技術概述;=2\*GB3②無線傳感網的節(jié)點定位技術;=3\*GB3③時間同步技術;=4\*GB3④網絡拓撲控制;=5\*GB3⑤數據融合技術;=6\*GB3⑥安全技術;=7\*GB3⑦實現簡易的智能大棚系統。重點實現簡易的智能大棚系統難點實現簡易的智能大棚系統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無線傳感網的開發(fā)平臺IAR,掌握調用ZigBee協議棧的函數的方法,掌握ZigBere協議棧進行開發(fā)的基本思路,能從用戶的角度畫出WSN無線傳感器網絡的宏觀框架結構,進而組件小型無線傳感網絡立。實驗的考核根據學生的實驗操作、測試數據和實驗報告情況綜合評定實驗成績。指導書要求根據實驗儀器設備,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物聯網試驗箱概述=3\*GB3③系統設計方法=4\*GB3④典型系統舉例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:實現循環(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\*GB3②兩位計數器的實現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按鍵實現中斷=3\*GB3③實現功能:按鍵顯示數字8882任務四:系統睡眠喚醒-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:設置定時器讓系統在設定的時間被喚醒,每次喚醒LED1閃爍3下提示用戶23ZigBee技術數據傳輸實驗任務一: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)送數據到PC=2\*GB3②串口通信-PC發(fā)送數據=3\*GB3③串口通信-zigbee互發(fā)數據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上編程實現紅外編解碼24無線傳感網網絡實驗任務一:組網實驗=1\*GB3①了解ZigBee星狀網絡結構;=2\*GB3②構建星形網絡的方法210任務二:網絡中數據接收和發(fā)送實驗=1\*GB3①數據包接收流程=2\*GB3②數據包的接收處理,節(jié)點/路由收到的數據如何處理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禁止協調器向自己發(fā)送數據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禁止協調器向自己發(fā)送數據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禁止協調器向自己發(fā)送數據2五.課程實施條件與建議1、實施條件(1)教材:《無線傳感網技術》,聶增麗編著西南交通大學出版社(2)實訓樓104(3)《無線傳感網技術》的PPT和教案(4)計算機數臺(5)實驗箱24套(6)智慧農業(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%

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