《物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應用》教學大綱課程編號：13220602英文名稱：IoTDevelopment&Application學分：2學時：總學時48學時，其中理論16學時，實踐32學時先修課程：高級語言、電路與電子技術(shù)、單片機與接口技術(shù)課程類別：專業(yè)方向課授課對象：網(wǎng)絡工程專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第6學期一、課程描述和目標《物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應用》是一門網(wǎng)絡工程高年級學生的專業(yè)方向課。本課程學習物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，包括多種類型傳感器開發(fā)，無線射頻開發(fā)，ZStack協(xié)議棧開發(fā)等。要求學生能夠設計和開發(fā)一定復雜度的無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。課程目標1：了解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，掌握物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線射頻傳輸技術(shù)以及ZStack協(xié)議棧開發(fā)技術(shù)。課程目標2：能選擇和使用與所選物聯(lián)網(wǎng)應用適配的開發(fā)工具，具備在工具中進行代碼編寫和調(diào)試程序的能力。課程目標3：能夠設計、開發(fā)滿足不同應用需求的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重指標點3-2：能夠根據(jù)特定需求進行網(wǎng)絡系統(tǒng)的規(guī)劃與設計、開發(fā)與部署、測試與驗證、運維與管理課程目標1H指標點5-1：能夠選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具完成網(wǎng)絡工程相關(guān)領(lǐng)域的復雜工程問題的預測與模擬課程目標2M指標點4-3：能夠基于專業(yè)知識，進行網(wǎng)絡工程相關(guān)領(lǐng)域的復雜工程問題的研究，就綜合性的功能或性能問題設計相關(guān)的實驗方案，對結(jié)果或數(shù)據(jù)進行分析，并得出合理有效的結(jié)論課程目標3H（注：要求課程目標與畢業(yè)要求指標點應是一一對應支撐）

三、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配序號教學內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標1認識物聯(lián)網(wǎng)認識物聯(lián)網(wǎng)，理解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀，理解物聯(lián)網(wǎng)的重點發(fā)展領(lǐng)域和方向，認識基本的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)硬件。重點難點：物聯(lián)網(wǎng)體系德育元素：國產(chǎn)品牌自主可控2講授式演示式課程目標12傳感器開發(fā)理解典型傳感器的工作原理，理解I2C和SPI通信方式，能夠完成基于典型接口的傳感器數(shù)據(jù)讀取。重點難點：單總線、I2C總線德育元素：信息安全4講授式演示式練習式課程目標1課程目標2課程目標33無線射頻開發(fā)了解CC2530內(nèi)核基本結(jié)構(gòu)、常見寄存器設置、數(shù)據(jù)收發(fā)流程。掌握基于BasicRF無線射頻實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，理解廣播通信、無線控制的概念。重點難點：基于BasicRF無線射頻開發(fā)德育元素：工匠精神2講授式啟發(fā)式課程目標1課程目標34ZigBee協(xié)議體系理解無線通信、無線傳感網(wǎng)基本概念；理解ZigBee物理層、MAC、網(wǎng)絡層和協(xié)議層的主要功能、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。重點難點：物理層和MAC層功能德育元素：團隊合作4講授式啟發(fā)式課程目標1課程目標35ZStack協(xié)議棧開發(fā)認識ZStack協(xié)議棧層次結(jié)構(gòu)中各層次的主要內(nèi)容，理解ZigBee無線通信中的三種節(jié)點類型；理解OSAL任務調(diào)度的工作原理；理解ZigBee數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，掌握LED、按鍵等驅(qū)動修改，掌握ZStack協(xié)議棧下串口的使用方法；能夠在ZStack協(xié)議棧中實現(xiàn)單播、廣播；在ZStack協(xié)議棧中實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲的控制。重點難點：ZStack協(xié)議棧層次結(jié)構(gòu)、ZigBee數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收德育元素：團隊合作4講授式演示式啟發(fā)式課程目標1課程目標3合計16序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學時類型對應課程目標1基于ADC的傳感器開發(fā)實驗實驗要求：必修。實驗內(nèi)容：了解相關(guān)硬件電路；通過讀取光敏傳感器的控制信號，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換在串口顯示；通過CC2530控制超聲波測距模塊測取距離，然后通過串口顯示出來。4設計課程目標1課程目標2課程目標32基于特定通信方式的傳感器開發(fā)實驗實驗要求：必修實驗內(nèi)容：通過CC2530IO口模擬DHT11的讀取時序，讀取DHT11的溫濕度數(shù)據(jù)，讀取到溫濕度之后通過串口顯示出來；實現(xiàn)SPI總線驅(qū)動、實現(xiàn)MFRC522模塊與射頻卡的通信，通過串口顯示出來6設計課程目標1課程目標2課程目標33射頻通信開發(fā)實驗實驗要求：必修實驗內(nèi)容：利用BasicRF實現(xiàn)ZigBee點對點通信；實現(xiàn)對ZigBee節(jié)點的RSSI的采集；4設計課程目標1課程目標2課程目標34無線控制實驗實驗要求：必修實驗內(nèi)容：實現(xiàn)ZigBee信道監(jiān)聽；實現(xiàn)PC機通過串口發(fā)送命令通過ZigBee無線控制LED的亮滅；實現(xiàn)PC機通過串口發(fā)送命令通過ZigBee無線控制傳感器數(shù)據(jù)采集6綜合課程目標1課程目標2課程目標35多點自組織組網(wǎng)與信息廣播/組播實驗實驗要求：必修實驗內(nèi)容：設計協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點3種節(jié)點類型的多點自組織組網(wǎng)實驗。節(jié)點通過廣播、組播方式周期性的將數(shù)據(jù)包發(fā)送給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串口傳給PC機，PC機通過ZTOOL程序觀察接收情況。4設計課程目標1課程目標2課程目標36典型網(wǎng)絡拓撲實驗實驗要求：必修實驗內(nèi)容：配置網(wǎng)絡拓撲為星形網(wǎng)絡，協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網(wǎng)絡，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)包后通過串口傳給PC，從PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看組網(wǎng)情況。配置網(wǎng)絡拓撲為樹狀網(wǎng)絡，協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網(wǎng)絡，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)包后通過串口傳給PC，從PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看組網(wǎng)情況。4設計課程目標1課程目標2課程目標37ZigBee串口應用與協(xié)議分析實驗實驗要求：必修實驗內(nèi)容：協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網(wǎng)絡，PC機通過串口向路由節(jié)點或者終端節(jié)點發(fā)送開關(guān)LED的命令，節(jié)點上的LED實行相應的操作；協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡之外添加一個偵聽節(jié)點偵聽數(shù)據(jù)包，并通過PacketSniffer軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容進行分析。4綜合課程目標1課程目標2課程目標3合計32注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設計等，后兩類占比大于80%。四、課程教學方法采取集中講授、課堂討論、案例分析、在線教學等教學方式。五、學業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時作業(yè)、實驗、期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占50%、平時作業(yè)成績占20%、實驗成績占30%。2.課程目標達成考核與評價序號考核方式課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)1505202實驗51015304期末考核20102050課程目標對應分值402040100（二）考核與評價標準1.作業(yè)成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握到位。能夠利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識分析相關(guān)專業(yè)問題。按時完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握較到位。能夠較好利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識分析相關(guān)專業(yè)問題。。延時完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握基本到位。利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識分析相關(guān)專業(yè)問題。。不交和補交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握有偏差。不能利用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)知識分析相關(guān)專業(yè)問題。2.實驗考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分實驗完成實驗內(nèi)容按時完成實驗報告，撰寫的實驗報告格式規(guī)范，符合寫作要求。完成80%以上實驗內(nèi)容按時完成實驗報告，撰寫的實驗報告格式規(guī)范完成60%以上實驗內(nèi)容延時完成實驗報告，撰寫的實驗報告符合要求。沒有完成實驗內(nèi)容不交和補交實驗報告，報告內(nèi)容不全或存在明顯錯誤。3.期末考核與評價標準根據(jù)課程目標及教學內(nèi)容，設計期末大作業(yè)，要求學生設計和開發(fā)具有一定復雜程度的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包含1種及以上傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸、串口信息顯示等關(guān)鍵內(nèi)容。綜合檢驗學生對課程相關(guān)知識的掌握、綜合應用及解決復雜問題的能力，根據(jù)大作業(yè)題目設計相應評分標準。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《ZigBee技術(shù)與實訓教程——基于CC2530的無線傳感網(wǎng)技術(shù)》，姜仲，劉丹（著），清華大學出版社，2018年8月版；（二）參考資料1．《物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)及應用——基于CC2530和ZigBee》，廖建尚（著），電子工業(yè)出版社，2016年9月版；2．