《测控数据采集与处理》教学大纲

《测控数据采集与处理》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05147161课程性质：专业必修课学分：3学分学时：48学时（理论32学时，实验16学时）先修课程：传感器技术、单片机原理及应用、Python程序设计基础、计算机网络等后续课程：专业方向课程设计、毕业设计适用专业：测控技术与仪器开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《测控数据采集与处理》是测控技术与仪器本科专业的专业必修课。本课程主要任务是学习物联网背景下测控数据采集、传输与分析的关键技术，包括物联网基本概念、网络技术、数据分析技术、应用案例等。通过本课程的学习，使学生获得物联网及测控数据采集技术相关的基本理论、基本知识和基本技能，并能应用相关物联网平台实现测控数据采集应用。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解物联网及测控数据采集与处理的基本概念、发展历史及趋势、应用领域等；掌握不同数据采集技术、数据传输技术及数据处理技术的功能及原理；掌握振动信号采集分析的原理及方法；掌握Wifi、Lora、4G、5G等数据无限传输技术；能够将测控数据采集与处理的基础知识与数学和自然科学基本理论相结合，分析测控领域复杂工程问题，并针对具体对象分析系统各个环节特性，获得多种解决方案。课程目标2：能综合运用所学知识设计测控数据采集系统，所设计的测控数据采集系统充分考虑成本、功耗、可靠性、实时性等因素，满足工程工业应用需求。培养良好的职业规范及工程素养；追求精益、勇于创新的工匠精神；善于学习、积极探索的创新意识；团队协作、终身学习精神。课程目标3：能够针对测控技术与仪器及相关领域复杂工程问题，合理选择并应用人工智能技术开发设计数据分析算法；能够根据测控系统的性能指标要求，综合运用物联网云平台，设计智能化测控系统，实现工业现场设备运行状态远程监控，分析设备状态异常原因并给出解决方案。三、课程目标与毕业要求《测控数据采集与处理》课程教学目标对测控技术与仪器专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2能根据数学、自然科学和工程科学的基本原理分析测控领域复杂工程问题，并针对具体对象分析系统各个环节特性，获得多种解决方案。课程目标1：了解物联网及测控数据采集与处理的基本概念、发展历史及趋势、应用领域等；掌握不同数据采集技术、数据传输技术及数据处理技术的功能及原理；掌握振动信号采集分析的原理及方法；掌握Wifi、Lora、4G、5G等数据无限传输技术；能够将测控数据采集与处理的基础知识与数学和自然科学基本理论相结合，分析测控领域复杂工程问题，并针对具体对象分析系统各个环节特性，获得多种解决方案。H3.设计／开发解决方案3.3能够在设计开发环节中综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对设计进行优化改进，最终实现工程表达，并体现创新意识。课程目标2：能综合运用所学知识设计测控数据采集系统，所设计的测控数据采集系统充分考虑成本、功耗、可靠性、实时性等因素，满足工程工业应用需求。培养良好的职业规范及工程素养；追求精益、勇于创新的工匠精神；善于学习、积极探索的创新意识；团队协作、终身学习精神。M5.使用现代工具5.1了解现代仪器、信息检索工具、工程工具、专业仿真软件等工具的原理和使用方法。课程目标3：能够针对测控技术与仪器及相关领域复杂工程问题，合理选择并应用人工智能技术开发设计数据分析算法；能够根据测控系统的性能指标要求，综合运用物联网云平台，设计智能化测控系统，实现工业现场设备运行状态远程监控，分析设备状态异常原因并给出解决方案。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.物联网及测控数据采集处理基本概念1.1物联网起源1.2物联网架构1.3测控数据采集在物联网中的作用教学要求：掌握物联网系统组成及架构；理解测控数据采集在物联网中的作用。重点：物联网架构；测控数据采集在物联网中的作用。难点：物联网架构。212.测控数据采集技术2.1数据采集技术基础2.2开关信号采集2.3数字信号采集2.4模拟信号采集教学要求：了解数据采集技术基础；掌握开关信号、数字信号和模拟信号采集方法及技术。重点：开关信号、数字信号和模拟信号采集方法及技术。难点：数字信号和模拟信号采集方法及技术。641、23.信号传输技术3.1常用信号传输技术概述3.2近距离信号传输3.3远距离信号传输3.4信号传输协议教学要求：了解常用的信号传输技术；掌握Wifi、RS-232/485等近距离信号传输技术；掌握4G远距离信号传输技术；了解5G传输发展趋势；掌握MQTT、Modbus等传输协议，能够自定义信号传输协议。重点：Wifi、RS-232/485等近距离信号传输技术；4G远距离信号传输技术；MQTT、Modbus等传输协议。难点：4G远距离信号传输技术；MQTT、Modbus等传输协议。61、24.数据处理技术4.1振动信号分析原理4.2时域信号分析处理技术4.3时频域信号分析处理技术教学要求：理解振动信号分析原理；掌握时域信号分析处理技术及时频域信号分析处理技术。重点：振动信号分析原理；时频域信号分析处理技术。难点:时频域信号分析处理技术。641、35.AIRIOT物联网平台5.1常用物联网平台发展及应用领域5.2AIRIOT物联网平台特点5.3AIRIOT物联网平台应用教学要求：了解常用物联网平台发展及应用领域；了解AIRIOT物联网平台特点；掌握AIRIOT物联网平台应用。重点:AIRIOT物联网平台应用。难点:AIRIOT物联网平台应用。881、36.机械设备故障诊断应用案例分析6.1机械设备故障诊断基本概念6.2机械设备故障诊断数据采集6.3机械设备故障诊断算法原理6.4机械设备故障诊断运维平台教学要求：了解机械设备故障诊断基本概念、数据采集、算法原理及运维平台。重点:机械设备故障诊断数据采集和算法原理。难点:机械设备故障诊断算法原理。421、2、3合计32162.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.轴承振动信号采集实验内容：利用信号采集仪、轴承故障模拟试验台实现不同故障状态轴承振动信号采集。实验要求：掌握信号采集仪及轴承故障模拟试验台的使用。41、2、32.轴承振动信号分析实验内容：利用时域分析及时频域分析技术分析轴承故障状态。实验要求：掌握时域分析及时频域分析技术在轴承故障诊断中的应用。41、23.基于AIRIOT物联网平台的智能测控系统实验内容：综合利用所学内容，结合AIRIOT物联网平台设计远程监控系统，如智能家居、智慧农业、智能运维、智能电网等。实验要求：掌握AIRIOT物联网平台应用，具备自主学习及综合设计能力。81、2、3合计16五、教学方法及手段课堂教学以充分利用多媒体和互联网资源，以线上自学（MOOC）为辅，线下教学为主，增强学生自学能力，培养学生科技前沿敏感度，帮助学生养成终身学习的习惯。优化教学手段，以实际工程项目为例，针对不同水平层次的学生开展“案例引导、层次递进、虚实结合”的教学，优化教学方法，转变以往教师为主的教学方式，对学生进行分组，开展引导式、讨论式、翻转课堂等方式，逐渐转为以学生为主体的教与学，增强学生利用专业知识解决实际工程问题的能力，提高学生团队协作意识和能力，增强学生主人公意识，将学习转化为内在动力。实验教学着重讲授如何利用先进的实验设备、数据处理技术、数据展示平台等工具，实现从简单实验到复杂测控系统的设计开发。采用教师讲授和学生动手操作的方法，重点讲授各个功能模块应用步骤及程序框架，穿插各模块工作原理。在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书、自学相关内容；在实验中要严格遵守实验纪律，按照实验要求完成系统硬件与软件设计；实验结束后，总结实验设计过程中系统测试出现的问题；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源注：每门课程需推荐优秀参考书3本以上（不包括教材），本学科国内或国际权威期刊5种以上（至少包括外文期刊1种），网络资源2项以上。1.推荐教材：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）杨鹏等.《物联网：感知、传输与应用》[M].北京:电子工业出版社,2020.2.参考书：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）高泽华等.物联网——体系结构、协议标准与无线通信[M].北京:清华大学出版社，2020.（2）张飞舟等.物联网应用于解决方案（第二版）[M].北京:电子工业出版社,2019.（3）孙少强等.现代传感器技术：面向物联网应用（第2版）[M].北京:电子工业出版社,2016.（4）袁宁等.AIRIOT物联网平台开发框架应用与实战[M].北京:机械工业出版社,2021.3.期刊：作者.文题.刊名，年，卷号（期号）．或者：刊名，主办单位（1）仪器仪表学报,中国仪器仪表学会.（2）电子测量与仪器学报,中国电子学会、中国仪器仪表学会.（3）仪表技术与传感器，沈阳仪表科学研究院有限公司.（4）机械工程学报,中国科学技术协会、中国机械工程学会.（5）Measurement,Elsevier.（6）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,IEEE4.网络资源：网站名，访问路径或者：作者.文题.更新和修改日期.访问路径．（1）AIRIOT官网./．（2）中国移动物联网开放平台官网./．七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核作业8%（1）主要考核学生对各章节知识点的掌握程度及相关知识的自学程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取所有作业成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以最终成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√523实验20%（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取所有实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以最终成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√101010小组任务12%（1）主要考核学生对各章节知识点综合应用能力、自学能力及创新能力，满分100分；（2）每次小组任务单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以最终成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√532期末考核60%（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核测控数据采集的基本外设原理；信号分析技术；物联网平台应用设计等。（3）考核方式为大作业、论文等形式。√√√301010合计：100分502525八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以作业、实验、小组任务、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性评价成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重60%），采用大作业、论文等形式考核；作业、实验、小组任务等过程性评价成绩为100分（权重40%）；过程性评价和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60作业20作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%。不交作业4次以内，准确率大于60%。不交作业5次以上，准确率小于60%。实验50实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，实验操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果详实、结论清晰、讨论合理。实验前有预习，能够掌握方法与步骤，实验操作过程正确、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果正确、讨论适当。实验前有预习，基本能够掌握方法与步骤，实验操作过程基本正确、无协作，实验结果基本正确，讨论一般。实验前有预习，不能掌握方法与步骤，实验操作过程基本正确，