《传感器原理实验》课程教学大纲

1、传感器原理实验一、课程概况所属专业:物联网工程开课单位：数学计算机科学学院课程类型:专业实验课程课程代码:07415220开课学期:4学分：1学时：32核心课程:否拟使用教材：自编教材国内(外)现有教材：王小强等编. Zigbee无线传感器网络与实现.化学工业出版社二、课程描述本门课程是物联网工程专业核心无线传感器网络配套的实践课程，本课程侧重于无线传感器网络开发技术，采用ZigBee标准的CC2530无线SOC芯片及传感器构成节点硬件平台，涉及IAR工程开发与I/O、时钟源与定时器、中断、串行通信；AD与传感器；Zigbee协议栈Zstack中数据传输、数据包分析、串口通信、组网通信、传感器

2、数据通信，无线传感器网络应用开发等。通过课程学习，学生掌握无线传感器网络基本实验，通信实验，综合应用实验。掌握Zigbee标准的CC2530无线芯片与传感器硬件设计能力，并在此基础上掌握物联网工程基本实验设计与开发的能力。本门课程同时为后继物联网工程实训及其他相关专业实践课程的基础课程。三、课程目标通过本课程，学会 CC2530单片机开发，基础射频通信实验设计、传感器网络数据采集和应用等基本方法。通过本课程学会能正确布局和连接实际无线传感器网络，观察网络现象，读取数据，分析和判断网络工作状态能力，以及无线传感器网络的常规测试方法。通过本课程能提高正确规划无线传感器网络应用的设计、包括需求分析、

3、节点设计、网络拓扑结构设计、应用软件开发、存储需求的能力。能正确和熟练使用相关软件工具，写出合乎规格的实验报告。四、教学要求本课程由Zigbee单片机开发实验、传感器接口实验、无线射频实验、无线传感器网络通信实验，无线传感器网络综合实验等5组实验构成，每组实验分为验证实验，基础实验，综合实验三个环节，授课教师对授课教师将对学生进行实验安全辅导，并按照不同类型实验要求，做好实验准备工作，指导学生做好实验方案设计、实验报告撰写等工作。学生应熟悉实验室管理相关规章制度，遵守实验操作要求，规范使用实验仪器设备。积极做好实验准备工作，预习实验指导书中实验原理、做好实验设计等；实验过程中认真观察、记录，及

4、时发现并解决问题；实验结束后认真完成实验报告撰写（报告格式见附件）。五、考核方式及要求为实现课程教学目标，本门课程考核采用平时考核、期末理论考核与实验操作相结合的方式进行。平时考核用于考察学生参与课程教学的行为表现、实验操作情况，占课程总成绩的40%；期末理论考核主要用于检验学生对于实验原理与操作流程的熟悉程度，占课程总成绩的30%；实验操作考核为学生自主设计实验，根据实验设计、流程安排与实验结果进行评分，占课程总成绩的30%。六、课程内容实验一：ZigBee2530单片机开发实验(授课时间：第五学期第一周)教学目标：学习使用CC2530单片机计数器、定时器、查询方式、中断工作方式的基本设置和

5、应用。主要内容：(1)使用计数器/定时器2查询工作方式、中断工作方式定时控制P2口灯闪烁的频率；(2) 采用软件查询的方式、中断工作方式等待定时时间到达。学时：2学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导。实验类型：验证性实验。实验二：走马灯、看门狗定时器实验（授课时间：第五学期第二周）教学目标：学习使用CC2530单片机使I/O口外接的灯轮流闪烁，以及看门狗定时器控制灯的闪烁。主要内容：(1)使用计数器/定时器0定时控制4个灯轮流闪烁。(2)采用查询的方式等待定时时间到达。使用看门狗定时器控制灯的闪烁。学时：2学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导。实验类型：验证性实验。实验三：CC2530串口

6、通信实验（授课时间：第五学期第三周）教学目标：学习使用CC2530单片机查询方式、中断方式实现串口通信。主要内容：(1)使用查询方式实现串口通信。(2)使用中断定时实现串口通信。(3) 观察串口工具接收到的数据。学时：2学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导。实验类型：验证性实验。实验四：传感器网络接口实验（授课时间：第五学期第四-五周）教学目标：掌握CC2530读取传感器数据的原理和方法，实现上位机串口读取功能。主要内容：(1)掌握CC2530与常见传感器的连接方法，(2)实现常用传感器在CC2530上数据读取，(3)实现传感器数据存储到文件中。学时：4学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导

7、。实验类型：验证性/开发性实验。实验五：无线信道监听（授课时间：第五学期第六周）教学目标：了解CC2530射频芯片的RSSI/EnergyDetection引脚监听无线信道空闲的方法。主要内容：(1)通过对无线信道的监听，评估当前信道是否空闲。(2)得到一个模拟信号CCA，(3)据对RSSI测量的结果评估当前物理信道的状态。学时：2学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导。实验类型：验证性/开发性实验。实验六：点对点无线通信实验（授课时间：第五学期第七周）教学目标：实现ZigBee简单的无线收发数据。主要内容：(1)在CC2530上，发送节点负责发送有意义字符串；(2) 接收节点负责接收发送节点

8、发送的数据包；(3) 在PC端的串口工具上显示接收到的数据包。学时：2学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导。实验类型：验证性/开发性实验。实验七：星状网、线状网通信实验（授课时间：第五学期第八周）教学目标：通过使用无线传感器网络创新套件及其配套软件，实现一个兼容ZigBee规范的星状、线状网络。主要内容：(1) 分别建立星状网、线状网拓扑结构的网络。(2) 采集到的传感器数据发送给协调器。(3) 分析网络报文。学时：2学时。教学方法：演示法/讲授/现场指导。实验类型：验证性/开发性实验。实验八：感知传输实验（授课时间：第五学期第九-十周）实验目的：通过传感器节点采集传感器数据并传输，认识Zi

9、gbee数据传输原理，掌握Zigbee传输数据开发技能。实验内容：(1) 实现DHT11+CC2530的数据采集；(2) 实现基于Zigbee的点播通信协议设计；(3) 上位机开发数据库进行数据存储和管理。学时：4学时。教学方法：讲授/现场指导。实验类型：开发性实验。实验九：感知传输与控制实验（授课时间：第五学期第十一-十二周）实验目的：掌握控制器（继电器，风扇）启动的方法，掌握Zigbee感知数据与控制数据的收发过程，实现传感器网络实时感知和控制开发。实验内容：(1)继电器及风扇等控制器的无线射频控制；(2) 通过采集到的外界环境信息，实现自动化控制继电器，电机等控制器的自动运行。学时：4学时。教学方法：讲授/现场指导。实验类型：综合开发性实验。实验十：智能家居实验（授课时间：第五学期第十三-十五周）实验目的：通过智能家居实验，实现完整的无线传感器网络应用开发，掌握无线传感器网络应用开发的能力。实验内容：通过智慧家居系统，以手机、Web等多种方式对家居内各种智能家电设备设施进行实时监控。包括以下主要功能：(1)