《物联网技术》教学大纲电信

《物联网技术》教学大纲课程英文名TheTechnologyofIoT课程代码03M0011学分3总学时48理论学时32实验/实践学时16课程类别专业教育课课程性质任选先修课程数字电路，模拟电路，计算机原理，信号处理与通信原理适用专业通信工程开课学院信息工程学院教材及主要参考书主要参考书：《物联网中间件技术与应用》，邓庆绪等著，机械工业出版社，2021.2，第一版《物联网技术实验指导书——TBoX使用手册-V1.0》，钛比科技有限公司《TheInternetofThings》，SamuelGreengard等著，MITPress，2021注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是电子信息工程专业的核心必修课程，承载着培养学生物联网系统设计与开发能力的重任。物联网技术课程以物联网中间件为核心，旨在帮助学生全面了解物联网的体系结构及其关键技术，涵盖感知识别、网络通信、数据处理、安全机制、人工智能等多个领域的知识。通过系统学习，学生能够掌握物联网系统的组成、终端设备的特性、网络协议转换、分布式架构及边缘计算等理论基础，具备分析与解决复杂物联网工程问题的能力。同时，本课程以实践为导向，注重学生工程技能的培养。课程内容覆盖自动识别技术与RFID、无线通信技术、智能交通与智慧工厂等实际应用领域，并通过学习物联网中间件平台的设计与开发（如Niagara平台），学生可以深入理解通用对象模型、组态设计、数据交互、组件化开发及人工智能技术在物联网中的集成应用。课程还强化物联网系统的安全设计与应用，帮助学生建立健全的工程伦理与职业规范意识。此外，课程结合教材的丰富案例，通过双语教学，培养学生的国际化视野和跨文化交流能力，为其未来在物联网相关领域的研究与开发工作奠定坚实基础。（二）课程目标该课程应达到的预期学习结果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：基础知识掌握（ILO-1）：理解物联网的定义、发展历程及典型应用场景，掌握物联网系统的组成架构以及感知识别层核心技术（如RFID、传感技术、定位系统等）和网络构建层的基础知识（如无线宽带网、低速无线网、移动通信网），为识别和分析复杂工程问题提供扎实的理论基础。技术能力培养（ILO-2）：掌握物联网中间件的理论与技术，包括通用对象模型、组态设计、协议转换、分布式架构及边缘计算，具备利用中间件平台（如Niagara平台）进行系统设计、组态开发及组件封装的能力，能够借助工程方法解决物联网复杂工程问题。系统设计与实践（ILO-3）：具备设计和开发满足特定需求的物联网系统的能力，包括数据采集、处理、人机交互、业务逻辑设计及智能化算法应用，掌握物联网系统的智能设备通信协议和数据安全技术，能够通过实验研究分析数据并形成合理结论。创新与社会责任意识（ILO-4）：理解物联网技术在智能交通、智慧工厂、智慧园区等领域的实际应用，能够开展综合案例分析并基于中间件进行系统开发，结合社会、健康、安全及法律等因素，培养学生的创新意识及对社会责任的深刻认知。国际化交流能力（ILO-5）：通过双语教学和国际化案例分析，培养学生用英文撰写报告、参与跨文化技术讨论的能力，增强其在物联网复杂工程问题上的表达和写作能力，为适应全球化物联网产业的多样化需求奠定基础。（三）思政目标增强民族自豪感与社会责任意识：通过学习我国物联网技术的创新与应用，培养学生推动国家科技进步的责任感与使命感。激发科技热情与社会服务意识：结合工业和社会服务案例，引导学生关注技术对社会发展的影响，树立服务社会的价值观念。培养科技认同感与创新责任感：通过展示智能交互技术的国家成就，增强学生的民族自豪感，激励其创新实践以服务国家需求。强化信息安全与科技伦理意识：通过数据安全与隐私保护的学习，培养学生维护网络安全的责任感和遵守科技伦理的意识。二、课程目标与相关毕业要求的对应关系本课程支撑的毕业要求如表一所示，具体如下：毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析电子信息领域复杂工程问题，获得有效结论。毕业要求2-4能运用工程方法，借助文献研究，分析电子信息领域复杂工程问题的影响因素，获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案：能够设计针对电子信息系统、电子测量与计量、信息处理与物联网等领域复杂工程问题解决方案，设计满足特定需求的系统、电路或功能模块，并能够在设计环节中体现创新意识，综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。毕业要求3-1掌握电子信息产品从需求分析、方案设计、技术实现、测试证等流程的基本方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。毕业要求4：研究：能够基于电科学原理并采用科学方法对电子信息系统、电子测量与计量、信息处理与物联网等领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。毕业要求4-1能够应用专业知识，通过文献研究或相关方法对电子信息领域复杂工程问题的解决方案进行调研和分析，选择合理的研究路线，设计实验方案，搭建实验系统。毕业要求6：工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价电子信息工程专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。毕业要求6-2能够客观分析和评价电子信息工程实践和复杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律及文化的影响，以及这些制约因素对项目实施的影响，并理解应承担的责任。毕业要求10：沟通：能够就电子信息领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令；并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。毕业要求10-3理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性，具备跨文化交流的语言和书面表达能力，能就电子信息领域复杂工程问题，在跨文化背景下进行沟通和交流。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求课程目标毕业要求2-4(支撑强度：M)毕业要求3-1(支撑强度：H)毕业要求4-1(支撑强度：M)毕业要求6-2(支撑强度：L)毕业要求10-3(支撑强度：M)ILO-11ILO-20.50.5ILO-30.50.5ILO-41ILO-51三、课程主要内容与基本要求第一章物联网与物联网中间件1.1物联网基础1.2物联网系统的组成与物联网中间件本章主要介绍物联网的基本概念、发展历程及应用场景，帮助学生理解物联网系统的基本组成及其在现代社会中的重要作用。学生需要了解物联网的定义、发展背景，以及其在智能交通、智慧城市等领域的典型应用案例。同时，通过学习我国在物联网技术领域的创新与突破，增强民族自豪感和社会责任意识。本章还将重点讲解物联网系统的三层架构（感知识别层、网络传输层和应用层）及其核心功能，为后续章节的学习打下基础。思政教育：本章通过学习我国在物联网技术领域的创新与突破，增强学生的民族自豪感和社会责任意识。同时，通过物联网在智能交通、智慧城市等领域的典型应用案例，帮助学生认识物联网技术对社会发展的积极影响，激发其为推动国家科技进步贡献力量的责任感与使命感。第二章物联网中间件概述2.1通用对象模型与组态设计2.2分布式架构与边缘计算本章聚焦于物联网中间件的核心概念和关键技术，学生将理解中间件在物联网系统中的作用，掌握通用对象模型和组态设计的基本原理。通过学习分布式架构和边缘计算，学生能够认识到这些技术在提升物联网系统效率中的重要性。本章还结合工业和社会服务中的实际应用案例，激发学生的创新意识和技术热情，使其能够灵活应用中间件技术解决实际问题。思政教育：本章通过结合工业和社会服务中的实际应用案例，帮助学生认识物联网技术在提升系统效率和优化社会服务中的重要作用，激发其对科技创新的热情和责任感。同时，鼓励学生关注技术对社会发展的深远影响，培养其社会责任意识和服务社会的价值观念。第三章通用对象模型与组态3.1通用对象模型的基本概念3.2组态设计与开发本章详细讲解通用对象模型的基本概念及其在物联网系统中的应用，重点介绍组态设计与开发的基本流程，包括需求分析、功能规划及测试优化。通过实际案例学习，学生能够掌握组态设计的核心技术，培养系统设计能力和工程实践能力。本章内容以实践为导向，注重提高学生在系统开发中的逻辑思维与解决问题的能力。第四章基于组件的业务逻辑设计4.1业务逻辑的设计方法4.2中间件平台上的组件设计与数据仿真本章围绕业务逻辑的设计与实现展开，学生将学习业务逻辑的基本概念、设计流程及其在物联网中的实际应用。通过组件化设计的学习，学生能够掌握模块封装与接口管理的基本技能，并通过组件设计与数据仿真的实际案例，提升解决复杂工程问题的能力。本章旨在帮助学生构建系统化的思维方式，为后续课程内容和工程实践打下基础。第五章协议转换与设备连接5.1中间件与异构设备连接5.2智能设备通信协议本章重点介绍物联网中间件在设备连接与协议转换中的作用，学生需要理解异构设备的互联互通原理，掌握常用通信协议（如BACnet、Modbus等）的基本功能及应用场景。通过分析协议转换过程中可能遇到的常见问题，并结合实践案例学习，学生将提升在设备集成和通信设计中的动手能力，为物联网系统的全面设计奠定基础。第六章物联网中的数据与人机交互6.1数据采集与整理6.2人机交互的UI视图设计本章内容聚焦于物联网系统中的数据采集、整理和人机交互技术，学生将学习数据采集与信号转换的基本方法，以及UI视图设计的核心原则与开发流程。通过分析物联网数据展示与交互的实际案例，学生能够掌握智能界面的设计思路，提升系统开发能力。本章还结合我国在智能交互技术中的创新应用，增强学生对前沿技术的信心和认同感。思政教育：本章结合我国在智能交互技术中的创新应用，通过展示国家在前沿技术领域的成就，增强学生的民族自豪感和科技认同感。同时，引导学生认识智能交互技术对社会发展的积极影响，培养其科技创新意识和服务国家需求的责任感。第七章基于中间件的物联网安全技术7.1物联网系统的安全机制7.2访问控制技术本章主要讲解物联网系统中的数据安全与隐私保护技术，重点介绍常见安全协议（如SSL/TLS）的工作原理及访问控制技术的实际应用。学生需要了解物联网中安全机制的挑战及其重要性，并能够设计简单的权限管理方案。通过学习安全案例，学生将进一步增强科技伦理意识和社会责任感，并掌握在物联网系统中解决安全问题的基本技能。思政教育：本章通过讲解物联网系统中的数据安全与隐私保护技术，引导学生认识信息安全对社会稳定和个人隐私的重要性，增强其在工程实践中遵守科技伦理的意识。同时，通过分析安全案例，培养学生对社会责任的深刻理解，激励其以实际行动维护网络安全、服务国家发展需求。第八章物联网中的分布式架构8.1分布式系统概述8.2云边协同的物联网模式本章内容围绕分布式系统的概念与特点展开，重点介绍其在物联网系统中的应用，以及云边协同模式对系统效率的提升作用。学生需要理解分布式架构和云边协同的基本原理，并结合实践案例学习其在物联网系统中的应用方法。本章旨在帮助学生构建对大型物联网系统的整体认知，为后续技术深入研究提供支持。四、课程学时安排1、课堂教学学时安排（32学时）表2课堂教学学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第一章第1章物联网与物联网中间件1.1物联网基础1.2物联网系统的组成与物联网中间件21.完成关于“物联网三层架构”的作业，要求学生绘制物联网系统架构图并说明每一层的功能与作用。2.在“物联网发展历程”内容讲解后，安排专题讨论：“中国在物联网技术发展中的优势与挑战”。ILO-1ILO-4第二章第2章物联网中间件概述2.1通用对象模型与组态设计2.2业务逻辑与第三方组件2.3协议转换与设备连接2.4数据整理与人机交互2.5用户体系与安全机制2.6分布式架构与边缘计算2.7物联网中间件与人工智能2.8Niagara平台简介6完成关于“通用对象模型与组态设计”的作业，要求学生设计一个简单的组态模型并说明其应用场景。ILO-2ILO-4第三章第3章通用对象模型与组态3.1基本概念3.2通用对象模型的应用3.3组态设计与开发3.4功能扩展方法与应用3.5中间件组态库与设计实例6完成关于“组态设计流程”的作业，要求学生根据需求说明组态设计的步骤，并画出设计流程图。ILO-2ILO-3第四章第4章基于组件的业务逻辑设计4.1业务逻辑的设计方法4.2多功能组件设计与封装4.3中间件平台上的组件设计与数据仿真4.4设计实例61.完成关于“业务逻辑设计”的作业，要求学生编写一个简单的业务逻辑设计方案，并阐述其核心功能。2.课后自学组件封装的基本概念，并调研一个开源组件的应用实例。ILO-3ILO-4第五章第5章协议转换与设备连接5.1中间件与异构设备连接5.2智能设备通信协议5.3面向网络平台的中间件服务5.4智能设备代理点集成与连接5.5基于平台的完整物联网系统设计实例3要求学生比较BACnet和Modbus协议的特点和适用场景，并提交分析报告。ILO-2ILO-3第六章第6章物联网中的数据整理与人机交互6.1物联网中的数据采集与整理

6.2人机交互的UI视图设计6.3Dashboard的设计6.4人机交互呈现设计案例/136

6.5支撑数据交互的WebService3在“UI视图设计”内容讲解后，安排专题讨论：“物联网交互界面如何更好地提升用户体验？”ILO-3ILO-4第七章第7章基于中间件的物联网安全技术7.1物联网系统的安全机制7.2访问控制技术7.3安全连接协议7.4物联网常用的数据安全技术7.5物联网微处理器架构中的安全问题31.完成关于“安全机制”的作业，要求学生分析一个物联网数据泄露案例，并提出改进建议。2.课后自学SSL协议的工作原理，并在课堂中简述其在物联网中的应用。ILO-3ILO-4第八章8.1分布式系统概述

8.2分布式架构在物联网中的应用8.3边缘计算概述

8.4云边协同的物联网模式3课前自学分布式系统的基本特点及其在物联网中的应用实例，撰写300字的学习心得。ILO-1ILO-22、实验教学学时安排（16学时）本课程实验学时数为16，安排了5个实验项目，具体情况如表3所示。表3实验环节学时安排序号实验项目名称学时实验内容实验性质实验类别对应课程目标1实验1：LED2掌握GPIO模式及其应用，熟悉LED硬件电路与STM32软件配置，完成流水灯功能的实现与调试。验证必做ILO-12实验2：温度传感器4掌握单总线通信及GPIO配置方法，熟悉DHT11温湿度传感器的使用，完成数据采集与串口打印输出。验证必做ILO-23实验3：语音识别子板4熟悉语音识别传感器原理及GPIO和UART配置，完成语音指令控制底板LED灯的实验任务。设计必做ILO-34实验4：基于WIFI温湿度传感器接入阿里云基于WIFI红外人体检测接入阿里云

（二选一）3掌握WIFI通信与红外传感器/温湿度传感器原理，熟悉STM32开发工具，完成数据接入阿里云物联网平台实验。综合必做二选一ILO-45实验5：基于NB-IoT的电机控制设备接入与控制基于NB-IoT的温湿度节点接入阿里云

（二选一）3掌握NB-IoT通信与电机/温湿度传感器原理，熟悉STM32开发工具，完成数据接入阿里云物联网平台实验。综合必做二选一ILO-4注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。五、考核方式及成绩评定学生成绩的评定由平时成绩、期末考试和实验成绩三部分的成绩组成，其中，平时成绩占20%，期末考试占60%，实验成绩占20%。课程目标达成考核与评价方式及成绩评定如表4所示。表4课程目标达成考核与评价方式及成绩评定课程目标考核与评价方式及成绩比例（%）成绩比例（%）平时成绩（出勤+作业）实验成绩（报告+操作）期末考试ILO-153513ILO-262026ILO-362026ILO-4551525ILO-51010合计2020601001、平时成绩评分标准平时成绩由出勤和平时作业两部分组成，评分细则如表5所示。考核项目课程目标分配考核内容和环节考核依据与标准成绩分值平时成绩ILO-1平时作业布置3次作业，评分依据：作业完成质量（通过内容深度、结构清晰、语言准确和创新性，评估学生对基础知识的理解与分析能力）。5ILO-4出勤点名5次，评分依据：迟到超过3分钟即为缺勤。5ILO-5平时作业布置3次作业，评分依据：作业完成质量（通过跨文化表达、内容相关性、语言专业性和逻辑性，评估学生的表达和写作能力）。102、实验成绩评分标准实验成绩由实验操作成绩与实验报告成绩组成，评分标准如表6所示。表6实验成绩评分标准考核内容考核依据与标准分项成绩成绩占比实验操作实验项目全部独立顺利完成，能熟练使用软件工具配置实验环境，实验过程数据和结果完整正确，能正确回答老师的提问。80~10050%实验项目全部完成，能使用软件工具配置实验环境，实验过程数据和结果基本完整，能基本正确地回答老师的提问。60~80没有完成全部实验项目，或不能正确使用软件工具和配置实验环境，或对实验内容的认识模糊不清。<60实验报告实验报告的撰写质量，实验报告中各模块参考分值：实验目的5分实验环境（设备、软件等）5分实验原理15分实验内容及步骤30分实验数据与结果30分实验思考题5分实验心得5分参考文献5分合计100分。根据实际得分情况进行评定。50%每个实验对应课程目标占分值，如表7所示。表7实验对应课程目标占分值考核项目实验内容对应的课程目标分值实验成绩实验1ILO-1