《物联网开发与应用》教学大纲

《物联网开发与应用》教学大纲课程编号：13220602英文名称：IoTDevelopment&Application学分：2学时：总学时48学时，其中理论16学时，实践32学时先修课程：高级语言、电路与电子技术、单片机与接口技术课程类别：专业方向课授课对象：网络工程专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第6学期一、课程描述和目标《物联网开发与应用》是一门网络工程高年级学生的专业方向课。本课程学习物联网应用开发关键技术，包括多种类型传感器开发，无线射频开发，ZStack协议栈开发等。要求学生能够设计和开发一定复杂度的无线传感网络系统。课程目标1：了解物联网的基本概念，掌握物联网传感器数据采集技术、无线射频传输技术以及ZStack协议栈开发技术。课程目标2：能选择和使用与所选物联网应用适配的开发工具，具备在工具中进行代码编写和调试程序的能力。课程目标3：能够设计、开发满足不同应用需求的物联网系统。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重指标点3-2：能够根据特定需求进行网络系统的规划与设计、开发与部署、测试与验证、运维与管理课程目标1H指标点5-1：能够选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具完成网络工程相关领域的复杂工程问题的预测与模拟课程目标2M指标点4-3：能够基于专业知识，进行网络工程相关领域的复杂工程问题的研究，就综合性的功能或性能问题设计相关的实验方案，对结果或数据进行分析，并得出合理有效的结论课程目标3H（注：要求课程目标与毕业要求指标点应是一一对应支撑）

三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1认识物联网认识物联网，理解物联网的基本概念、发展现状，理解物联网的重点发展领域和方向，认识基本的物联网开发硬件。重点难点：物联网体系德育元素：国产品牌自主可控2讲授式演示式课程目标12传感器开发理解典型传感器的工作原理，理解I2C和SPI通信方式，能够完成基于典型接口的传感器数据读取。重点难点：单总线、I2C总线德育元素：信息安全4讲授式演示式练习式课程目标1课程目标2课程目标33无线射频开发了解CC2530内核基本结构、常见寄存器设置、数据收发流程。掌握基于BasicRF无线射频实现数据发送和接收，理解广播通信、无线控制的概念。重点难点：基于BasicRF无线射频开发德育元素：工匠精神2讲授式启发式课程目标1课程目标34ZigBee协议体系理解无线通信、无线传感网基本概念；理解ZigBee物理层、MAC、网络层和协议层的主要功能、数据帧结构。重点难点：物理层和MAC层功能德育元素：团队合作4讲授式启发式课程目标1课程目标35ZStack协议栈开发认识ZStack协议栈层次结构中各层次的主要内容，理解ZigBee无线通信中的三种节点类型；理解OSAL任务调度的工作原理；理解ZigBee数据帧的发送和接收，掌握LED、按键等驱动修改，掌握ZStack协议栈下串口的使用方法；能够在ZStack协议栈中实现单播、广播；在ZStack协议栈中实现网络拓扑的控制。重点难点：ZStack协议栈层次结构、ZigBee数据帧的发送和接收德育元素：团队合作4讲授式演示式启发式课程目标1课程目标3合计16序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1基于ADC的传感器开发实验实验要求：必修。实验内容：了解相关硬件电路；通过读取光敏传感器的控制信号，经ADC转换在串口显示；通过CC2530控制超声波测距模块测取距离，然后通过串口显示出来。4设计课程目标1课程目标2课程目标32基于特定通信方式的传感器开发实验实验要求：必修实验内容：通过CC2530IO口模拟DHT11的读取时序，读取DHT11的温湿度数据，读取到温湿度之后通过串口显示出来；实现SPI总线驱动、实现MFRC522模块与射频卡的通信，通过串口显示出来6设计课程目标1课程目标2课程目标33射频通信开发实验实验要求：必修实验内容：利用BasicRF实现ZigBee点对点通信；实现对ZigBee节点的RSSI的采集；4设计课程目标1课程目标2课程目标34无线控制实验实验要求：必修实验内容：实现ZigBee信道监听；实现PC机通过串口发送命令通过ZigBee无线控制LED的亮灭；实现PC机通过串口发送命令通过ZigBee无线控制传感器数据采集6综合课程目标1课程目标2课程目标35多点自组织组网与信息广播/组播实验实验要求：必修实验内容：设计协调器、路由节点和终端节点3种节点类型的多点自组织组网实验。节点通过广播、组播方式周期性的将数据包发送给协调器；协调器节点通过串口传给PC机，PC机通过ZTOOL程序观察接收情况。4设计课程目标1课程目标2课程目标36典型网络拓扑实验实验要求：必修实验内容：配置网络拓扑为星形网络，协调器、路由节点和终端节点组成网络，协调器接收到数据包后通过串口传给PC，从PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看组网情况。配置网络拓扑为树状网络，协调器、路由节点和终端节点组成网络，协调器接收到数据包后通过串口传给PC，从PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看组网情况。4设计课程目标1课程目标2课程目标37ZigBee串口应用与协议分析实验实验要求：必修实验内容：协调器、路由节点和终端节点组成网络，PC机通过串口向路由节点或者终端节点发送开关LED的命令，节点上的LED实行相应的操作；协调器、路由节点和终端节点组成网络，在网络之外添加一个侦听节点侦听数据包，并通过PacketSniffer软件实现对数据包的具体内容进行分析。4综合课程目标1课程目标2课程目标3合计32注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括演示、验证、综合、设计等，后两类占比大于80%。四、课程教学方法采取集中讲授、课堂讨论、案例分析、在线教学等教学方式。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、实验、期末考核组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占50%、平时作业成绩占20%、实验成绩占30%。2.课程目标达成考核与评价序号考核方式课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业1505202实验51015304期末考核20102050课程目标对应分值402040100（二）考核与评价标准1.作业成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业按时完成，90%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握到位。能够利用物联网开发知识分析相关专业问题。按时完成，70%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握较到位。能够较好利用物联网开发知识分析相关专业问题。。延时完成，60%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握基本到位。利用物联网开发知识分析相关专业问题。。不交和补交，50%以下的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握有偏差。不能利用物联网开发知识分析相关专业问题。2.实验考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分实验完成实验内容按时完成实验报告，撰写的实验报告格式规范，符合写作要求。完成80%以上实验内容按时完成实验报告，撰写的实验报告格式规范完成60%以上实验内容延时完成实验报告，撰写的实验报告符合要求。没有完成实验内容不交和补交实验报告，报告内容不全或存在明显错误。3.期末考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末大作业，要求学生设计和开发具有一定复杂程度的物联网系统，包含1种及以上传感器、无线数据传输、串口信息显示等关键内容。综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据大作业题目设计相应评分标准。六、教材与参考书（一）推荐教材1．《ZigBee技术与实训教程——基于CC2530的无线传感网技术》，姜仲，刘丹（著），清华大学出版社，2018年8月版；（二）参考资料1．《物联网平台开发及应用——基于CC2530和ZigBee》，廖建尚（著），电子工业出版社，2016年9月版；2．