《无线传感网技术》课程标准

1重庆工程学院《无线传感网技术》课程标准课程代码：201602018适用专业：物联网工程专业课程学时：64学时课程学分：4编制人：聂增丽审核人：审批人：日期： 一．课程定位《无线传感网技术》是物联网工程专业的专业核心课程，包含无线传感网技术基础知识、传感器与射频技术、无线传感网搭建、无线传感网络综合应用实例等内容，课程基于应用型本科以工程实践应用为中心的教育理念，对课程重点知识通过项目实施，体现了理论够用、重工程实践应用的原则。课程主要培养学生应用传感技术、通信技术和组网技术设计无线传感网络系统能力。培养的职业能力包括小型传感网络设计能力；物联网设备调试、分析等能力；网络优化升级能力，网络调试维护能力。通过本课程的学习，加深对无线传感器网络的理解，为进一步研究和从事无线传感器网络应用开发和工程实践提供良好的基础和参考。先修课程：《程序设计基础（C语言）》、《模拟电子技术》、《数字通信技术》、《传感器技术项目实训》、《RFID原理及应用》、《单片机应用技术》。后续课程：《物联网综合项目实训》、《嵌入式操作系统》、《云计算与物联网》、《物联网工程实施》。二．课程目标1、知识目标（1）熟悉无线传感器组网开发环境和仿真平台；（2）掌握无线传感器组网；（3）掌握无线传感器网络测试、调整方法。2、能力目标（1）了解无线传感器网络的应用领域；（2）熟悉无线传感器网络的组网技术；（3）了解无线传感器网络的通信协议；（4）熟悉ZigBee协议栈；（5）熟悉IAR集成开发平台；（6）能正确地在IAR集成开发环境编写程序并仿真调试；（7）能从用户的角度画出WSN无线传感器网络的宏观框架结构；（8）能组建和调试简单的无线传感器网络。3、素养目标（1）具有物联网组网规范意识、资料查阅、团队协作等能力。（2）培养学生良好的职业道德；（3）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；（4）培养学生的质量意识、安全意识；（5）培养学生社会责任心、环保意识。三．课程设计思路（一）教学设计本课程设计的根据行业应用调研、人才方案培养目标分析和《无线传感网技术》在专业课程体系中课程前后衔接情况等，明确该课程整体教学目标。并根据我院实际情况，决定以实验室+虚拟实验室+实际项目为学生锻炼平台，并且重构知识体系，课程的知识体系依据学习领域和课程目标对内容删减、结构进行优化，重构“突出应用”的课程知识体系。选取学习情境，根据学生的学习现状，由易到难、逐层上升。并确保所选项目的职业性、实践性和开放性。（二）教学方法本课程采用的教学模式为教学做一体化，在做中学学中做。以项目导向，任务驱动进行组织教学。课程实施贯穿1个小组，3个平台，教学过程6个步骤。=1\*GB3①1个小组小组分工，强调连坐学习，自主学习，团队协作。促使协同合作，相互帮助，培养团队协作、自学能力。=2\*GB3②3个平台3个平台包括实验、虚拟软件和项目。使用物联网实训室，保证课程的实践性和开放性，利用MATLAB软件作为无线传感器网络课程学习工具，以项目贯穿课程内容，突出实践能力的培养。=3\*GB3③教学过程6个步骤教学过程的6个步骤，1、明确任务（教师给出教学情景学生讨论）；2、计划（分小组讨论产生的原因）；3、决策（教师引导学生进行分析）；4、实施（教师引导学生使用正确方法解决）；5、控制（教师辅导并监控学生解决问题的方法和质量）6、情况反馈（任务完成，对方法和规律进行总结）。四．教学内容和学时分配教学内容总体以智能大棚系统为主线，每小节是实现智能大棚系统的分支，讲解内容分为无线传感网理论知识、项目实例、无线传感网综合项目系统实现，系统实现是实现智能大棚系统，技术路线为：基础—＞硬件（传感设备）—＞无线传感网传输协议—＞无线传感网网络技术—＞无线传感网系统（包括远距离传输技术），项目实施为从浅到深，从硬件到软件，从短距离通信到远距离通信的实现过程。教学内容与学时分配见表序号教学内容（项目/情境）理论学时实践学时学时合计1准备工作——智能大棚系统中的无线传感网2462蔬菜溯源利器——传感器与RFID48123温湿度监测——ZigBee技术实现无线传感网数据传输416204还原大棚系统实景——wifi模式下视频信息传输4045大棚系统实时操作——手机蓝牙快连2026千里眼——远程监控2027合作，然后改变世界——智能大棚系统410148机动224合计244064五．课程内容设计与进程1、理论部分：共24学时，机动2学时教学任务名称第一部分准备工作——智能大棚系统中的无线传感网学时2教学目标了解WSN应用领域、无线传感器网络的挑战以及WSN网络架构；熟悉无线传感器网络组成；使用替代法维修无线传感网。教学内容=1\*GB3①无线传感器网络(WSN)概述：WSN的概念，WSN应用领域，无线传感器网络的挑战，传感器网络的特点，无线传感器网络的关键技术；②WSN的体系结构：节点(无线传感网节点，WSNode)架构，含节点的硬件组件、节点的能量消耗、节点的组成和执行环境、节点的一些实例。重点无线传感网的体系结构；无线传感器网络组成；难点无线传感网的体系结构；教学方法建议讲授法、演示操作、举例法教学任务名称第二部分蔬菜溯源利器——传感器与RFID学时4教学目标=1\*GB3①了解传感器节点的选型；=2\*GB3②熟悉微处理器、存储器、无线通信模块的型号、功能、特点，并进行针对组网目标进行有效的选取；=3\*GB3③熟悉组网工具选择。教学内容=1\*GB3①传感器包括传感器的概述、传感器的分类、传感器的性能技标、组成和结构；=2\*GB3②典型传感器简介；=3\*GB3③射频识别技术包括RFID概述、分类、技术标准、RFID系统的组成、常见的RFID系统；=4\*GB3④基于RFID食品追踪应用实例。重点=1\*GB3①传感器的性能技标；=2\*GB3②RFID系统的组成。难点基于RFID食品追踪应用实例；教学方法建议讲授法、举例法、演示法教学任务名称第三部分温湿度监测——利用ZigBee技术实现无线传感网数据传输学时4教学目标=1\*GB3①熟悉zigbee技术；=2\*GB3②zigbee技术进行小型无线传感网络的设计（学会仿真）；=3\*GB3③根据设计能完成基于zigbee技术无线传感网络组建。教学内容=1\*GB3①ZigBee概述；=2\*GB3②ZigBee技术体系；=3\*GB3③ZigBee物理层协议规范；=4\*GB3④ZigBee的MAC层协议规范。重点=1\*GB3①ZigBee技术体系；=2\*GB3②ZigBee物理层协议规范；=3\*GB3③ZigBee的MAC层协议规范。难点ZigBee技术体系；教学方法建议讲授法、演示法、讨论法教学任务名称第四部分还原大棚系统实景——wifi模式下视频信息传输学时4教学目标=1\*GB3①熟悉wifi技术；=2\*GB3②能利用wifi技术进行无线传感网络的设计和组建；教学内容=1\*GB3①Wi-Fi技术概述；=2\*GB3②Wi-Fi网络结构与服务；=3\*GB3③Wi-Fi工作站接入网络；=4\*GB3④视频传输应用实例。重点Wi-Fi工作站接入网络；难点视频传输应用实例教学方法建议任务驱动、网络教学、讲解法教学任务名称第五部分大棚系统实时操作——手机蓝牙快连学时2教学目标=1\*GB3①了解蓝牙技术；=2\*GB3②进一步熟悉无线传感器网络设计与组件；=3\*GB3③熟悉无线传感设备的故障分析及常见的网络故障维修。教学内容=1\*GB3①蓝牙技术概述；=2\*GB3②蓝牙协议栈体系结构；=3\*GB3③蓝牙设备的组网；=4\*GB3④蓝牙系统的结构及组成；=5\*GB3⑤蓝牙无线数据采集系统实例。重点=1\*GB3①蓝牙协议栈体系结构；=2\*GB3②蓝牙设备的组网；=3\*GB3③蓝牙系统的结构及组成。难点蓝牙设备的组网教学方法建议讨论教学、引导启发、讲解法教学任务名称第六部分千里眼——远程监控学时2教学目标=1\*GB3①了解3G、4G技术；=2\*GB3②了解手机通信流程；=3\*GB3③了解无线语音通信技术和数据传输技术。教学内容=1\*GB3①3G技术的概述；=2\*GB3②WCDMA技术；=3\*GB3③CDMA2000技术；=4\*GB3④TD-SCDMA技术；=5\*GB3⑤4G移动通信技术；=6\*GB3⑥远程监控应用实例。重点手机通信流程难点无线语音通信技术和数据传输技术教学方法建议任务驱动、网络教学、讲解法教学任务名称第七部分合作，然后改变世界——智能大棚系统学时4教学目标=1\*GB3①了解无线传感网的关键技术；=2\*GB3②熟悉小型的无线传感网络建立过程。=3\*GB3③熟悉无线传感网系统管理、维护等相关知识教学内容=1\*GB3①智能大棚系统中的关键技术概述；=2\*GB3②无线传感网的节点定位技术；=3\*GB3③时间同步技术；=4\*GB3④网络拓扑控制；=5\*GB3⑤数据融合技术；=6\*GB3⑥安全技术；=7\*GB3⑦实现简易的智能大棚系统。重点实现简易的智能大棚系统难点实现简易的智能大棚系统教学方法建议讨论教学、引导启发、讲解法、问题教学2、实验部分，共40学时，机动2学时应修实验学时40课程性质必修本课程实验教学目的和基本要求培养学生基本的实验动手能力和基本的实验技能，实验主要以短距离无线技术ZigBee技术为例，要求学生熟悉ZigBee无线传感网的开发平台IAR，掌握调用ZigBee协议栈的函数的方法，掌握ZigBere协议栈进行开发的基本思路，能从用户的角度画出WSN无线传感器网络的宏观框架结构，进而组件小型无线传感网络立。实验的考核根据学生的实验操作、测试数据和实验报告情况综合评定实验成绩。指导书要求根据实验仪器设备，结合课程具体要求自编实验指导讲义。序号项目名称任务名称实验内容简述课时分配1认识系统和开发环境任务一：实验设备概述=1\*GB3①课程性质、目的和任务=2\*GB3②物联网试验箱概述=3\*GB3③系统设计方法=4\*GB3④典型系统举例24任务二：安装、调试开发平台=1\*GB3①安装开发平台=2\*GB3②调试程序=3\*GB3③下载程序=4\*GB3④实现的功能：传感器处理芯片上的D9灯，在p1-0到p1-7中，找出控制D9灯的端口，并使得D9等闪烁。22传感器与RFID基础实验任务一：CC2530可编程输入输出口（I/O）应用=1\*GB3①21个可编程输入输出端口的用途和定义=2\*GB3②流水灯的实现：实现循环依次点亮8个LED灯的效果28任务二：传感设备微处理器中定时器应用=1\*GB3①CC2530定时器概述=2\*GB3②两位计数器的实现2任务三：传感设备中外部中断应用=1\*GB3①外部中断概述=2\*GB3②按键实现中断=3\*GB3③实现功能：按键显示数字8882任务四：系统睡眠唤醒-定时器方式=1\*GB3①睡眠工作模式=2\*GB3②睡眠唤醒方法=3\*GB3③实现：设置定时器让系统在设定的时间被唤醒,每次唤醒LED1闪烁3下提示用户23ZigBee技术数据传输实验任务一：CC2530看门狗实验=1\*GB3①看门狗定时器工作原理及流程=2\*GB3②中断控制单元WDCTL、CLKCON的设置方法216任务二：ZigBee技术数模转换通信实验=1\*GB3①ADC转换器的工作原理=2\*GB3②CC2530ADC的使用方法。2任务三：ZigBee技术串口通信实验=1\*GB3①串口通信-发送数据到PC=2\*GB3②串口通信-PC发送数据=3\*GB3③串口通信-zigbee互发数据4任务四：燃气传感器实验=1\*GB3①气体传感器工作原理=2\*GB3②掌握单片机驱动气体传感器的方法2任务五：人体红外传感器实验=1\*GB3①热释红外工作原理=2\*GB3②热释红外传感器的使用方法2任务六：雨滴传感器实验=1\*GB3①雨滴传感器的工作原理=2\*GB3②单片机驱动雨滴外传感器的方法。2任务七：红外家电控制实验=1\*GB3①红外遥控器编码原理=2\*GB3②理解红外遥控器解码原理=3\*GB3③CC2530上编程实现红外编解码24无线传感网网络实验任务一：组网实验=1\*GB3①了解ZigBee星状网络结构；=2\*GB3②构建星形网络的方法210任务二：网络中数据接收和发送实验=1\*GB3①数据包接收流程=2\*GB3②数据包的接收处理，节点/路由收到的数据如何处理2任务三：点播实验=1\*GB3①添加点播地址结构=2\*GB3②SampleApp_Init(uint8task_id)中初始化=3\*GB3③禁止协调器向自己发送数据2任务四：组播实验=1\*GB3①添加组播地址结构=2\*GB3②在SampleApp_Init(uint8task_id)中初始化=3\*GB3③注册组播=4\*GB3④禁止协调器向自己发送数据2任务五：广播实验=1\*GB3①添加广播播地址结构=2\*GB3②SampleApp_Init(uint8task_id)中初始化=3\*GB3③禁止协调器向自己发送数据2五．课程实施条件与建议1、实施条件（1）教材：《无线传感网技术》，聂增丽编著西南交通大学出版社（2）实训楼104（3）《无线传感网技术》的PPT和教案（4）计算机数台（5）实验箱24套（6）智慧农业实训平台沙盘模型（7）智能交通实训平台沙盘模型2、实施建议不同环节采用不同的教学方式，加强对学生实际职业能力的培养，注重以任务驱动型案例或项目引发学生兴趣，使学生掌握相关的知识和技能。教师应该选用典型案例，从知识传授者的角色转为学习过程的组织者和指导者，使教学过程向学生自觉学习过程转化。(1)理论讲解环节：讲授、启发、引导和讨论等教学方法并施，设置“递进式”教学任务，并利用大量的图片与动画资源丰富课堂教学，以掌握知识和提高自主学习能力为重点；(2)利用名企的培训资料和案例进行教学，实地参观学习，将知识落于实处，摸得着看得到。(3)实践操作环节：任务式教学，课前布置任务，课堂完成任务，课余或课后拓展巩固任务。课堂任务采用“分析讨论—教师演示与提示—学生实际操作—部分学生完成任务后，学生讲解，教师总结、点评—学生互助，所有学生完成任务”的5步教学法完成。(4)课外教学：通过相关课程或技术网站进行扩充学习，通过QQ互动答疑。

六．课程考核方案设计本课程期末采取阶段性平时成绩、期末实践考试成绩和期末上机操作相结合的方式进行。1、期末成绩总体构成及比例分配表阶段性平时成绩（50%）考试成绩（50%）情景1（15%）情景2（10%）情景3（10%）情景4（15%）程序题（40%）思维逻辑(10%