无线传感器网络技术与应用 课程标准

《无线传感器网络技术与应用》课程标准一、课程基本信息课程代码010403007课程类别专业核心学分4适用专业物联网专业总学时64理论学时32实训／实践学时32适用类别电子信息考核形式考查执笔人审核人谢金龙二、课程定位1.课程在专业培养中的定位及作用本课程主要面向物联网应用技术专业岗位或岗位群中的设计岗位,是专业核心课程。主要培养这些岗位所需的无线组网技能，通过本课程的学习能够掌握ZigBee无线组网、网络传输等技能知识，为将来从事物联网工程设计和实施奠定基础。2.本课程与其它课程的关系本课程是物联网专业核心课程，目标是让学生掌握无线传感器网络基本理论知识，具备搭建简单ZIGBEE无线网络的能力。以C2530单片机课程的学习为先导，为物联网工程设计与实施后续课程的学习奠定基础。三、课程设计思路本课程是在充分进行市场调研，深入了解物联网行（企）业的职业岗位对职业能力需求的实际情况的基础上，对职业岗位所从事的无线组网、网络传输职业活动和必备的数据采集、数据传输、数据处理等职业能力进行全面分析，从而确定本课程主要为物联网应用企业设计、技术服务等岗位服务，培养学生的无线组网、数据传输等职业能力，进而打破学科知识体系，根据职业活动和能力目标要求构建初识无线传感器网络、入门无线传感器网络、了解无线传感器网络协议栈、无线传感器网络协议栈数据通信、无线传感器网络管理、网关技术应用、无线传感器网络设计、无线传感器网络测试等课程模块，采用演示教学模式和实证法等教学方法和能力训练方法、运用计算机模拟、串口助手仿真通讯手段来组织教学，确保课程教学与职业需要紧密结合并切实可行。四、课程目标1.知识目标掌握ZigBee无线传感器网络的数据通信、ZigBee无线传感器网络的数据管理、ZigBee无线传感器网络的设计等知识2.技能目标培养学生ZigBee无线传感器网络的选型能力、ZigBee无线传感器网络的设计能力、ZigBee无线传感器网络的应用和管理能力3.素质目标确立正确的人生观和价值观，树立崇高的理想信念；弘扬伟大的爱国主义精神，培养良好的思想道德素质和法律素养；培养学生的沟通能力及团队协作精神；培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。五、教学进程安排表序号项目（模块）名称课时1初识无线传感器网络42无线传感器硬件和软件基础43basicRf协议栈124Z-stack协议栈145Zigbee无线数据传输166zigbee无线数据通信编程6合计56

六、教学内容安排表教学项目(任务)1.初识无线传感器网络教学目标知识目标Zigbee无线传感网的定义Zigbee无线传感网络构架Zigbee无线传感网通信协议构架Zigbee无线传感网的拓扑结构能力目标掌握Zigbee无线传感网的特点、能够使用物理地址烧写器烧写HEX文件，掌握Zigbee无线传感网络的结构，学会使用监测软件进行ZIGBEE组网测试素质目标1、培养学生的沟通能力及团队协作精神；2、培养学生分析问题、解决问题的能力；3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。教学内容Zigbee无线传感网络构架Zigbee无线传感网通信协议构架Zigbee无线传感网的拓扑结构教学重点Zigbee无线传感器网络的组成教学难点利用监测软件实现网关自组网实验课程思政元素及融入方法介绍5G技术，引入华为5G技术领先世界，彰显国家的伟大，弘扬爱国主义精神，培养民族自豪感。教学方法与手段视频+PPT+实操训练课时安排理论课时实践课时2理实一体2

教学项目(任务)2.无线传感器硬件和软件基础教学目标知识目标节点芯片选型、CC2530单片机介绍、底板硬件资源Zigbee协议栈选型、IRA集成软件安装和使用、协议栈的基本操作能力目标能够根据需求分析完成设备选型，熟练掌握IAR软件的使用素质目标1、培养学生的沟通能力及团队协作精神；2、培养学生分析问题、解决问题的能力；3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。教学内容节点芯片选型、CC2530单片机介绍、底板硬件资源Zigbee协议栈选型、IRA集成软件安装和使用、协议栈的基本操作教学重点协议栈的分类，协议栈的基本操作教学难点IAR软件的使用，以及模块化编程课程思政元素及融入方法从硬件部分引申到芯片制造，讲解国内缺“芯”现状，分析原因，培养学生创新精神。教学方法与手段视频+PPT+实操训练课时安排理论课时实践课时2理实一体2

教学项目(任务)3.basicRf协议栈教学目标知识目标BasicRF协议栈介绍BasicRF协议栈中的重要函数BasicRF协议栈的工作过程能力目标熟练掌握基于IEEE802.15.4协议的BasicRF网络部署，实现点对点传输功能素质目标1、培养学生的沟通能力及团队协作精神；2、培养学生分析问题、解决问题的能力；3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。教学内容BasicRF协议栈介绍BasicRF协议栈中的重要函数BasicRF协议栈的工作过程教学重点BasicRF协议栈中的重要函数教学难点掌握BasicRF协议栈的使用，实现无线点灯课程思政元素及融入方法“科学的思路、程序、规则、技巧和模式”，要求学生不畏难，不惧苦，运用科学方法解决实际问题。教学方法与手段视频+PPT+实操训练课时安排理论课时实践课时4理实一体8

教学项目(任务)4.Z-stack协议栈教学目标知识目标Z-stack协议栈介绍OSAL操作系统介绍，OSAL运行机制OSAL应用编程接口OSAL应用编程能力目标熟练掌握Z-stack协议栈工作原理，能对协议栈进行修改素质目标1、培养学生的沟通能力及团队协作精神；2、培养学生分析问题、解决问题的能力；3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。教学内容Z-stack协议栈介绍OSAL操作系统介绍，OSAL运行机制OSAL应用编程接口OSAL应用编程教学重点OSAL任务启动和初始化OSAL任务的执行OSAL事件传递机制OSAL事件捕获教学难点掌握OSAL操作系统运行机制，添加新任务，修改协议栈，实现组网点灯课程思政元素及融入方法从系统的工作逻辑，引入逻辑思维，培养学生遇到问题，分析问题，解决问题的能力教学方法与手段视频+PPT+实操训练课时安排理论课时实践课时8理实一体6

教学项目(任务)5.Zigbee无线数据传输教学目标知识目标掌握zigbee无线传感器网络的信道、网络号、设备类型、地址分配等知识掌握Z-stack协议栈数据发送和接收函数协议栈中的串口操作；非易失性存储器操作能力目标掌握使用Z-stack协议栈完成数据发送和接收掌握使用Z-stack协议栈完成串口数据发送和接收素质目标1、培养学生的沟通能力及团队协作精神；2、培养学生分析问题、解决问题的能力；3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。教学内容掌握zigbee无线传感器网络的信道、网络号、设备类型、地址分配等知识掌握Z-stack协议栈数据发送和接收函数协议栈中的串口操作；非易失性存储器操作教学重点掌握zigbee无线传感器网络的信道、网络号、设备类型、地址分配等知识掌握Z-stack协议栈数据发送和接收函数掌握使用Z-stack协议栈完成串口数据发送和接收掌握NV基本操作，完成NV基础实验教学难点掌握Z-stack协议栈数据发送和接收函数掌握使用Z-stack协议栈完成串口数据发送和接收掌握NV基本操作，完成NV基础实验课程思政元素及融入方法通过多次实训任务树立工匠精神与精益意识，培养学生“重复出技能、精益出成效”的实践精神。教学方法与手段视频+PPT+实操训练课时安排理论课时实践课时8理实一体8

教学项目(任务)6.zigbee无线数据通信编程教学目标知识目标掌握三种通信方式广播，组播，点播的原理能力目标编程实现协议栈广播，组播，点播素质目标1、培养学生的沟通能力及团队协作精神；2、培养学生分析问题、解决问题的能力；3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。教学内容掌握三种通信方式广播，组播，点播的原理教学重点编程实现协议栈广播，组播，点播教学难点编程实现协议栈广播，组播，点播课程思政元素及融入方法组织学生分组完成实训，培养学生团队意识教学方法与手段视频+PPT+实操训练课时安排理论课时实践课时2理实一体4七、实训内容与课时安排实训内容（项目）1.观测无线传感网拓扑结构实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，BasicRF协议栈考核要点烧写下发的HEX文件，通过zigbeeSensorMonitor检测软件观测无线传感网拓扑结构考核方式实践操作课时安排4

实训内容（项目）2.无线点灯实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，BasicRF协议栈考核要点使用BasicRF协议栈，编程实现节点1按键控制节点2LED灯亮灭考核方式实践操作课时安排4实训内容（项目）3.无线串口通信实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，BasicRF协议栈考核要点使用BasicRF协议栈，编程实现节点1发送数据给节点2，节点2接收数据后通过串口发送给PC机考核方式实践操作课时安排4实训内容（项目）4.添加新任务实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，Z-Stack协议栈考核要点使用Z-Stack协议栈，用户自定义一个新的系统任务，实现跑马灯考核方式实践操作课时安排4

实训内容（项目）5.无线数据发送实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，Z-Stack协议栈考核要点使用Z-Stack协议栈，编程实现数据的周期性发送和接收考核方式实践操作课时安排4实训内容（项目）6.无线数据串口通信实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，Z-Stack协议栈考核要点使用Z-Stack协议栈，编程实现终端节点周期发送数据给协调器，协调器接收数据通过串口发送给PC机考核方式实践操作课时安排4实训内容（项目）7.NV基础实验实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，Z-Stack协议栈考核要点使用Z-Stack协议栈，编程实现NV读写操作考核方式实践操作课时安排4

实训内容（项目）8.点播、组播、广播实训场地综合实训室实训设备设施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530节点，RS232串口线，zigbeeSensorMonitor检测软件，Z-Stack协议栈考核要点使用Z-Stack协议栈，编程实现点播、组播、广播考核方式实践操作课时安排4八、课程实施条件1.教师基本要求具有一定的教学工作经验，能够进行教学组织与实施；有两年以上的协议栈应用开发的工作经验；具有较强的学习能力，能够跟进无线通信技术的快速发展2.校内外实践教学条件要求课程教学实施条件包括校内外教学硬件条件。校内实训场地、实训设备和器材、校外现场实习场地等。3.教学资源教材：无线传感器网络参考资料：[1]谢金龙，邓子云等.物联网工程设计与实施[M].大连：东软电子出版社，2012.[2]谢金龙，邓人铭等.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：人民邮电出版社，2016.[3]熊茂华，熊昕，甄鹏等.物联网技术与应用实践（项目式）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.[4]徐平平，刘昊，褚宏云等.无线传感器网络[M].北京：电子工业出版社，2013.[5]ZigBeeSpecification2007[OL]./stadndards/Downloads.aspx.[6]TexasInstruments.CC2530Datasheet[EB/OL].2009[2010-05-03]./Product/cn/cc253