《无线传感器网络原理及应用》课程标准

《无线传感器网络原理及应用》课程标准课程代码[540256] 课程类别[专业核心课]学分[ 5] 学时[80]开课部门[信息工程系]适用专业[物联网应用技术]制定人[XXX ]制定日期[202X年6月]审核人[XXX] 审核日期[202X年6月]一、课程性质与任务本课程是物联网应用技术专业的专业核心课程,是依据物联网应用技术专业人才培养目标和相关职业岗位（群）的能力要求而设置的，对本专业所面向的物联网应用技术岗位（群）所需要的知识、技能、和素质目标的达成起支撑作用。在课程设置上，前导课程有《传感网基础应用开发》、《传感器技术应用》、《嵌入式技术应用开发》。二、课程目标（一）总体目标通过本课程的学习，一方面使学生了解无线传感器网络的组建与管理，了解无线传感器网络组建的特点和岗位能力要求，以实际项目“机械零件检测系统中的无线传感器网络组建”为载体，通过设计“无线传感器网络方案设计”、“无线传感器网络应用程序开发”、“机械零件检测系统项目集成”等三个子项目来完成教学内容的设计，培养学生在无线传感器网络组网过程中所需的知识、能力和素质。另一方面，掌握适应传感器网络应用的技巧，做一名合格的社会劳动者。1.知识目标了解常用传感器基本工作原理和基本参数；掌握STM32的工作原理；掌握RS-485总线的基础知识；掌握CAN总线的相关基础知识；掌握基于无线射频通信技术点多点和点对多的通信开发；掌握ESP8622WIFI的工作模式；掌握在物联网平台上创建NB-IOT项目并进行数据显示的方法；掌握LORA通信协议的使用方法。2.技能目标能够根据不同工作任务特点选择常用传感器；能够编程实现STM32的GPIO、定时器和串口等中断处理；能够搭建RS-485总线并编程实现组网通信；能够搭建CAN网络并编程实现组网通信；能够掌握基于无线射频通信技术点多点和点对多的通信系统调试；能够根据WIFI的AT指令手册，掌握串口通信技术，利用WIFI进行无线通信传输；能够编程实现NB-IOT通信；能够按照LORA通信协议，进行读配置参数指令的分析和开发。3.素质目标通过上机分组操作任务，培养学生团队协作精神，能很好的把理论知识与应用性较强实例有机结合起来，同时提高了学生良好的企业文档资料阅读、分析及撰写能力。（二）证书考核目标传感网应用开发职业技能等级证书三、课程设计（一）课程设计思路该课程以教师的“教”、学生的“学习”和“练习”为主线，重点和落脚点是学生的“练习”。教师“教”教学情境主要设计在学院的“实训室”，通过多媒体的大屏幕、电子教室控制软件采用启发式的项目教学思想，在这个环节中教师讲解知识要点，演示相关操作过程，分析操作要点和需要灵活处理的内容，让学生触类旁通地实现再学习能力。学生“学习”的教学情境主要设计在学院的“实训室”，学生通过听教师讲解新知识内容，观看教师操作的步骤和过程，听老师的分析，学习相关知识，了解操作要点，掌握重点和难点内容。学生“练习”在学院的“物联网实训室”和第二课堂（学生自己的电脑）进行，以教师所演示为启发和布置的练习，“练习”并处理自己“练习”的过程中出现的问题，实现学生动手能力，充分体现“做中学”。然后可以进行小组讨论和总结，在小组协助中提升学生“创作”与“应用”的职业技能。（二）课程内容与教学要求1.课时分配表项目（或模块）名称序号任务内容学时分配备注项目一STM32微控制器基本外设应用开发1开发环境的搭建与工程的建立42LED流水灯应用开发83按键控制呼吸灯应用开发84串行通信控制LED流水灯85电池电量监测应用开发4项目二RS-485总线通信应用6串行通信基础知识27RS-485收发器28Modbus通信协议49智能安防通信系统构建6项目三CAN总线通信应用11CAN总线基础知识212CAN控制器与收发器213生产线环境监测6项目四Wi-Fi数据通信15Wi-Fi基础知识216Wi-Fi工作模式及配置6项目五NB-IoT联网通信20NB-IoT模组介绍221NB-IoT"智能路灯"工程完善及接入云平台6项目六LoRa通信应用开发23LoRa基础知识224LoRa节点采集及汇聚6总学时802.任务设计项目一项目一STM32微控制器基本外设应用开发任务6模拟量输入程序设计学时理论2实践4一体化学习目标知识目标掌握开发环境的搭建与工程的建立；掌握LED流水灯应用开发流程；掌握按键控制呼吸灯应用开发流程及其典型应用电路；了解串行通信控制LED流水灯及AD转换基础知识。能力目标能进行基于stm传感器的开发。素质目标提高自身的创新意识、解决问题能力和团队协作能力。课程德育目标：激发学生兴趣爱好序号授课内容思政元素与融入点授课形式与教学方法备注1开发环境的搭建与工程的建立理解物联网基础，培养学生的爱国情怀。演示教学法、任务教学法2LED流水灯应用开发为培养学生的科研精神，打下理论基础演示教学法、任务教学法3按键控制呼吸灯应用开发理论与实践相结合，培养学生的实践能力。演示教学法、任务教学法4串行通信控制LED流水灯严谨态度：编写代码演示教学法、任务教学法5电池电量监测应用开发严谨态度：编写代码演示教学法、任务教学法项目二项目二RS-485总线通信应用任务6模拟量输入程序设计学时理论2实践4一体化学习目标知识目标掌握总线的基础知识；掌握RS-485标准的电气特性及其与RS-422、RS-232标准的区别；掌握RS-485通信的收发器芯片的功能及其典型应用电路；了解Modbus协议的基础知识。能力目标能进行基于ModBus串行通信协议软件的开发。能搭建RS485总线并编程实现组网通信。素质目标提高自身的创新意识、解决问题能力和团队协作能力。课程德育目标：激发学生兴趣爱好序号授课内容思政元素与融入点授课形式与教学方法备注1RS-485总线的硬件层协议理解中国通信的发展，培养学生的爱国情怀。演示教学法、任务教学法2RS-485总线的软件层协议-Modbus为培养学生的科研精神，打下理论基础演示教学法、任务教学法3基于RS-485总线的智能安防系统分析理论与实践相结合，培养学生的实践能力。演示教学法、任务教学法4基于RS-485总线的智能安防系统的代码讲解严谨态度：编写代码演示教学法、任务教学法项目三项目三CAN总线通信应用任务7数字量输入程序设计学时理论2实践4一体化学习目标知识目标掌握CAN总线相关的基础知识；理解CAN控制器与CAN收发器芯片的接口方式与典型应用电路；掌握CAN总线通信系统的接线方式。能力目标能进行基于CAN总线协议应用程序的开发；能搭建CAN总线网络并编程实现组网通信。素质目标提高自身的创新意识、解决问题能力和团队协作能力。课程德育目标：激发学生兴趣爱好序号授课内容思政元素与融入点授课形式与教学方法备注1CAN总线基础知识理解中国通信的发展，培养学生的爱国情怀。演示教学法、任务教学法2CAN控制器与收发器为培养学生的科研精神，打下理论基础演示教学法、任务教学法3基于CAN总线的生产线环境监测系统分析理论与实践相结合，培养学生的实践能力。演示教学法、任务教学法4基于CAN总线的生产线环境监测系统代码分析严谨态度：编写代码演示教学法、任务教学法项目四WiFi数据通信学习单元6WiFi数据通信学时理论2实践6一体化学习目标1.知识目标了解Wi-Fi技术；掌握ESP8266Wi-Fi工作模式；掌握ESP8266Wi-Fi通讯模块AT指令；掌握TCP连接方法和数据传输。2.技能目标能根据Wi-FiAT指令手册，掌握串口通信技术，理解soft-AP工作模式并进行AP热点功能验证；能根据Wi-FiAT指令手册，掌握串口通信技术，理解station工作模式并进行功能验证；能根据Wi-FiAT指令手册，掌握串口通信技术，理解soft-AP+station工作模式并进行AP热点功能验证；能根据Wi-FiAT指令手册，掌握串口通信技术，了解AT指令集，运用Wi-Fi进行无线数据传输。3.素质目标通过实训提高自主学习的能力，培养学生发现问题、自主解决问题的能力，养成学生思考的习惯；通过分组完成项目任务，培养学生团队协作精神，锻炼学生沟通交流、自我学习的能力；通过实验室实施5S管理理念，从而培养学生形成规范的操作习惯、养成良好的职业行为习惯。课程德育目标：实践教学内容选择与安排：序号授课内容思政元素与融入点授课形式与教学方法备注1基础知识历史是一面镜子/前身讲授法2配置WiFiAP工作模式实践/操作练习讲授法、操作演示3配置WiFistation工作模式实践/操作练习讲授法、操作演示4配置WiFiAP+station工作模式实践/操作练习讲授法、操作演示5WiFi接入云平台实践/操作练习讲授法、操作演示项目五Lora通信应用开发学习单元8Lora通信应用开发学时理论2实践6一体化学习目标知识目标：了解LoRa技术的基本知识；了解通讯协议的用途；掌握LoRa模块的SPI配置方法；掌握简单的LoRa模块数据对传的方法；掌握LoRa通信协议的使用方法。技能目标：能配置LoRa的各项参数，实现通信距离的调整；能配置LoRa的各项参数，实现传输速率的调整；能按照LoRa通信协议，进行读配置参数指令的分析和开发。素质目标通过实训提高自主学习的能力，培养学生发现问题、自主解决问题的能力，养成学生思考的习惯；通过分组完成项目任务，培养学生团队协作精神，锻炼学生沟通交流、自我学习的能力；通过实验室实施5S管理理念，从而培养学生形成规范的操作习惯、养成良好的职业行为习惯。课程德育目标：实践教学内容选择与安排：序号授课内容思政元素与融入点授课形式与教学方法备注1基础知识历史是一面镜子/前身讲授法2项目分析理论联系实际/项目分析讲授法3Lora驱动移植实践/Lora驱动移植操作演示4任务一Lora温湿度传感器节点应用程序开发实践/Lora温湿度传感器节点应用程序开发操作演示5任务二Lora光敏传感器节点数据采集实践/Lora光敏传感器节点数据采集操作演示6任务三Lora网关节点汇聚实践/Lora网关节点汇聚操作演示项目六NB-IoT联网通信任务1NB-IoT联网通信学时理论实践一体化8学习目标课程目标：1.知识目标：了解NB-IoT；掌握NB-IoT模块组网通信AT指令；掌握NB-IoT数据传输办法；掌握FlashProgrammer代码烧写工具的使用；掌握在物联网云平台上创建NB-IoT项目并进行数据显示的方法。2.能力目标：能编程实现NB-IoT网络的数据传输3.素质目标：能在物联网云平台上创建NB-IoT项目课程德育目标：NB-IoT主要技术标准由我国华为公司主导，华为作为我国高技术企业的典型代表，近年在面对美国的围堵的同时依旧顽强，代表了我们中华民族坚强不屈的民族精神，大大增加国人的民族自豪感和自信心，也激励着年轻一代立志自强、科技报国，为实现中华民族的伟大复兴贡献自己的力量。教学内容选择与安排：本任务主要面向传感网应用开发中的低功耗窄带组网通信领域中的NB-IoT通信技术，以“智能路灯”为应用案例介绍NB-IoT数据通信的过程。“智能路灯”应用中使用NB86-G模组将采集到的光照数据传输至物联网云平台。本任务包括3个组成部分：完善“智能路灯”工程中的AT指令代码、烧写“智能路灯”程序到NB-IoT模块中、NB-IoT接入平台。（挖掘和提炼专业课程蕴含的思政元素，如爱国情怀、创新意识、科学素养、人文精神、工匠精神等3个以上，找准思政元素融入点，描述课程教学中能将思想政治教育内容与专业知识技能教育内容有机融合的领域）序号授课内容思政元素与融入点授课形式与教学方法备注1NB-IoT简介与利尔达NB-IoT模组介绍科技报国，增加民族自豪感和信息心讲授法2完善“智能路灯”工程中的AT指令代码查阅AT指令文档，培养科学素养任务驱动法3烧写“智能路灯”程序、连接云平台严谨的操作步骤，提升工匠精神演示法、任务驱动法四、课程实施（一）教学方法建议根据本课程的教学目标要求和课程特点以及有关学情，选择适合于本课程的最优化教学法。综合考虑教学效果和教学可操作性等因素，本课程选用项目教学法项目教学法是：每个任务通过“任务引入、系统演示、方案制定、方案实施、系统展示及评估、完善总结”六个步骤进行教学，在每个步骤中根据实际情况选择“小组讨论法、启发式教学法”等方式。（二）师资条件要求担任本课程的主讲教师需要熟练掌握计算机硬件知识、串口通信知识，具备传感器节点的制作、节点数据通信调试等能力，同时应具备较丰富的教学经验。在教学组织能力方面，本课程的主讲教师应具备基本的设计能力，即根据本课程标准制定详细的授课计划，对每一堂课的教学过程精心设计；还应具备较强的施教能力、课堂掌控能力和应变能力。（三）教学条件基本要求根据本课程特点建议理实一体化教学。这就对专业实训室有更高要求：配置服务器：用来存放教师提供的素材以及所有学生上机完成作业。配置教师机：供教师示范操作使用。必须实现全部计算机联网并安装多媒体教学广播软件和JDK软件，教师可将示范的实例通过播软件显示在学生机的屏幕