物聯(lián)網(wǎng)體系結構 教學大綱

PAGEPAGE11《物聯(lián)網(wǎng)體系結構》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱物聯(lián)網(wǎng)體系結構課程編號課程性質選修課課程類別專業(yè)選修課程開課單位物聯(lián)網(wǎng)教研室授課學期第7學期學分/學時2/32課內學時32理論授課32上機學時0課內實踐0實驗學時0課外學時32適用專業(yè)智能制造工程是否雙語否先修課程單片機原理與接口技術、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎、現(xiàn)代傳感與檢測技術后續(xù)課程畢業(yè)設計二、課程簡介《物聯(lián)網(wǎng)體系結構》課程主要以網(wǎng)絡體系結構為依據(jù)，從感知技術、傳輸技術、支撐技術和應用技術四個方面，詳細闡述了物聯(lián)網(wǎng)建設過程中所涉及的信息通信技術，幫助學生深入淺出地掌握物聯(lián)網(wǎng)中信息生成、傳輸、處理和應用所涉及的核心技術，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體架構形成明確認知，并為以后的學習、工作和創(chuàng)新打下扎實的理論和實踐基礎。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能夠清楚表述物聯(lián)網(wǎng)技術的定義和基本原理及應用，并能判斷不同的物聯(lián)網(wǎng)技術在物聯(lián)網(wǎng)體系結構當中的作用和位置。課程目標2：能力目標能夠將所學理論和工程運用有機結合，分析并解釋生活中的物聯(lián)網(wǎng)技術；針對具體問題，能夠通過自身獨立分析和資料查閱，分析解決方案并嘗試驗證，具備一定創(chuàng)新意識；能夠獨自利用小組討論、匯報等形式形成較強的團隊協(xié)作意識和溝通能力；課程目標3：素質目標了解應用物聯(lián)網(wǎng)技術的職業(yè)責任和工程倫理，自覺遵守職業(yè)道德和行業(yè)規(guī)范。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-3：學習專業(yè)基礎知識，掌握解決復雜智能制造工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標2指標點4-1：能夠基于科學原理并采用科學方法，針對智能制造工程領域復雜工程問題，探討分析解決方案。4-研究課程目標3指標點8-2：理解基本職業(yè)道德的含義、工程師的職業(yè)性質與社會責任，能夠在工程實踐中自覺遵守職業(yè)道德和規(guī)范、自覺履行責任。8-職業(yè)規(guī)范四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元物聯(lián)網(wǎng)及體系結構（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容講授物聯(lián)網(wǎng)技術的定義和基本原理，介紹互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關系以及物聯(lián)網(wǎng)技術的一般應用及發(fā)展；講授物聯(lián)網(wǎng)的體系結構，學習物聯(lián)網(wǎng)的特征，介紹支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術。2.重點和難點重點：物聯(lián)網(wǎng)的定義和工作原理、物聯(lián)網(wǎng)的體系結構和工作步驟。難點：掌握物聯(lián)網(wǎng)的三個層次中主要包含哪些技術內容，并對部分重要技術有一定的了解。3.教學方法課堂講授、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠敘述物聯(lián)網(wǎng)的定義和工作原理，陳述物聯(lián)網(wǎng)體系結構中各個層次所包含的技術有哪些。5.支撐課程目標課程目標1.2.3.第二單元物聯(lián)網(wǎng)感知技術（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內容介紹RFID技術概述，講授RFID技術的基本原理和工作過程、RFID系統(tǒng)的分類以及RFID的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，介紹RFID標準和RFID應用案例，講授條形碼、磁卡與IC卡等相關識別技術的原理及應用；講授無線傳感器網(wǎng)絡的概念、特點與系統(tǒng)結構，講授無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議及其體系結構，介紹ZigBee技術及其協(xié)議，學習傳感器的基本知識，講授CC2530芯片的功能結構及主要外部設備。2.重點和難點重點：RFID技術的工作原理和過程；射頻電子標簽的分類；數(shù)據(jù)編碼方式；無線傳感器網(wǎng)絡的概念和體系結構；IEEE802.15.4網(wǎng)絡結構；ZigBee協(xié)議規(guī)范；CC2530芯片的結構圖。難點：無線射頻識別系統(tǒng)的工作過程；數(shù)據(jù)編碼技術；無線傳感器網(wǎng)絡體系結構；IEEE802.15.4網(wǎng)絡結構；CC2530芯片的使用。3.教學方法課堂講授、案例分析、小組討論、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠敘述RFID技術的工作過程，清楚闡述不同分類電子標簽的特點，可以描繪出從應用數(shù)據(jù)單元到物理幀的整個流程；明確說出CC2530芯片各部分的作用。5.支撐課程目標課程目標1.2.3.第三單元物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容講授互聯(lián)網(wǎng)的結構，介紹物聯(lián)網(wǎng)中低速無線網(wǎng)絡和衛(wèi)星通信系統(tǒng)，介紹傳輸技術在互聯(lián)網(wǎng)中的重要作用。2.重點和難點重點：互聯(lián)網(wǎng)的結構；現(xiàn)代網(wǎng)絡的適用領域。難點：現(xiàn)代通信網(wǎng)絡特點的掌握。3.教學方法課堂講授、案例分析、集體討論。4.學生學習預期成果能夠細數(shù)各類網(wǎng)絡的特點和適用領域，闡述傳輸技術在物聯(lián)網(wǎng)技術中的重要作用。5.支撐課程目標課程目標1.2.3.第四單元物聯(lián)網(wǎng)支撐技術（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容講授藍牙技術的特點和體系結構，講授藍牙片上系統(tǒng)的特性。介紹云計算的概念及發(fā)展，講授云計算所提供的服務模式及特點；介紹物聯(lián)網(wǎng)安全的特點與模型，介紹RFID的安全管理技術，介紹無線傳感器網(wǎng)絡的安全管理技術。2.重點和難點重點：掌握藍牙技術的特點和體系結構；藍牙片上系統(tǒng)的特性；云計算所提供的服務模式及特點；無線傳感器網(wǎng)絡信息的安全需求和特點。難點：藍牙技術的八個特點，PaaS和IaaS模式的比較。3.教學方法課堂講授、案例分析、隨堂測驗。4.學生學習預期成果能夠計算藍牙控制器物理層和鏈路層的數(shù)據(jù)包傳輸時間，敘述云計算三種服務模式的含義和特點，正確表達物聯(lián)網(wǎng)安全技術的重要性。5.支撐課程目標課程目標1.2.3.第五單元物聯(lián)網(wǎng)應用技術（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容通過講解智能交通、智能物流、智能家居等若干實際應用案例，使學生了解物聯(lián)網(wǎng)前沿技術和相關應用；通過講解電子不停車收費系統(tǒng)的原理，使學生充分感知理論知識和實際應用的結合。2.重點和難點重點：電子不停車收費系統(tǒng)的原理。難點：信號解析和解碼等全部技術知識的整合。3.教學方法課堂講授、案例分析、小組匯報。4.學生學習預期成果能夠清晰闡述ETC的工作原理，并分享一個現(xiàn)實生活中的物聯(lián)網(wǎng)技術應用，并說明其工作原理。5.支撐課程目標課程目標1.2.3.實驗一多類傳感器實驗（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容通過不同傳感器的程序編譯，能夠實現(xiàn)各類傳感器的信息讀取功能，完成真實數(shù)據(jù)的采集。2.重點和難點重點：IAR開發(fā)軟件的應用，實驗原理的理解和程序代碼的梳理，硬件線路的鏈接，程序的編譯與燒寫，程序的運行和結果的記錄。難點：串口的配置和結果數(shù)據(jù)的解釋；各類傳感器實驗的原理。3.實施方式理論+實驗4.學習要求能夠了解各類傳感器的工作原理，掌握實驗代碼不同部分的具體功能實現(xiàn)；操作傳感器能夠控制實驗的結果并給予解釋。5.實驗要求（1）實驗屬性：驗證性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實驗準備：軟件：IARSWSTM8、AccessPort；硬件：CBT-SuperIOT-II型教學實驗平臺、傳感器模塊、USB2UART模塊。（5）其他要求：必須按照課前講述的正確步驟完成實驗，保證實驗平臺和傳感器等實驗器材的完好性；完成實驗后需舉手示意教師檢查實驗結果并做提問，以檢查學生的實際掌握情況；離開實驗室前整理好實驗用品，物歸原處，電腦關機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學生學習預期成果可敘述基本實驗原理，指出重要功能在代碼中是如何實現(xiàn)的，操作傳感器能夠控制實驗的結果并給予解釋。7.支撐課程目標課程目標1.2.3.實驗二ZigBee點對點無線通訊實驗（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容介紹CC2530芯片的點對點通訊操作過程以及該模塊的射頻軟件接口配置，使用IAE開發(fā)環(huán)境設計程序，利用2個CC2530ZigBee模塊實現(xiàn)點對點無線通訊。2.重點和難點重點：IAR開發(fā)軟件的應用，實驗原理的理解和程序代碼的梳理，硬件線路的鏈接，程序的編譯與燒寫，程序的運行和結果的記錄。難點：設置發(fā)送器和接收器以及解釋實驗現(xiàn)象。3.實施方式理論+實驗4.學習要求了解CC2530芯片點對點通訊操作過程，熟悉該模塊射頻軟件接口配置，掌握實驗代碼不同部分的具體功能實現(xiàn)；學會利用代碼完成發(fā)送器、接收器的設置以及控制實驗現(xiàn)象并能給予解釋。5.實驗要求（1）實驗屬性：驗證性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實驗準備：軟件：或IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51；硬件：ZigBee(CC2530)模塊(2個)，ZigBee下載調試板，USB仿真器，PC機。（5）其他要求：必須按照課前講述的正確步驟完成實驗，保證實驗平臺和ZigBee模塊等實驗器材的完好性；完成實驗后需舉手示意教師檢查實驗結果并做提問，以檢查學生的實際掌握情況；離開實驗室前整理好實驗用品，物歸原處，電腦關機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學生學習預期成果可簡述CC2530芯片的結構，指出重要功能在代碼中是如何實現(xiàn)的，能夠使用代碼完成發(fā)送器、接收器的設置以及解釋最終實驗結果。7.支撐課程目標課程目標1.2.3.實驗三Bluetooth組網(wǎng)配置實驗（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容閱讀Bluetooth硬件部分文檔，熟悉Bluetooth相關硬件接口；閱讀Bluetooth硬件接口定義，熟悉Bluetooth模塊的連接使用；使用IAR開發(fā)環(huán)境設計程序，實現(xiàn)Bluetooth模塊之間的點對點的組網(wǎng)配置。2.重點和難點重點：IAR開發(fā)軟件的應用，藍牙之間的組網(wǎng)的原理，實驗程序代碼的梳理，硬件線路的鏈接，程序的編譯與燒寫，程序的運行和結果的記錄。難點：主、從機模塊的燒錄和解釋實驗現(xiàn)象。3.實施方式理論+實驗4.學習要求能夠理解藍牙之間的組網(wǎng)原理，熟悉兩個Bluetooth模塊之間的組網(wǎng)，掌握實驗代碼不同部分的具體功能實現(xiàn)；靈活控制實驗結果的LED燈閃爍并能給予解釋。5.實驗要求（1）實驗屬性：驗證性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實驗準備：軟件：IAR開發(fā)軟件；硬件：Bluetooth模塊（2個），PC機，j-Link仿真器。（5）其他要求：必須按照課前講述的正確步驟完成實驗，保證實驗開發(fā)平臺的完好性；完成實驗后需舉手示意教師檢查實驗結果并做提問，以檢查學生的實際掌握情況；離開實驗室前整理好實驗用品，物歸原處，電腦關機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學生學習預期成果可敘述藍牙之間的組網(wǎng)原理，指出重要功能在代碼中是如何實現(xiàn)的，解釋最終實驗結果，并且更換實驗要求依舊能夠得出準確結果。7.支撐課程目標課程目標1.2.3.實驗四ZigBeeCC2530入門（新建工程）（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容通過一個簡單的LED閃燈測試程序工程，熟悉IARfor51實驗開發(fā)環(huán)境，介紹如何使用IAR環(huán)境搭建配套實驗工程。2.重點和難點重點：建立新工程、添加工程文件、配置工程選項、編譯和鏈接、安裝仿真器驅動、調試和運行。難點：工程選項的配置和代碼的調試及調試結果解釋。3.實施方式理論+實驗4.學習要求熟悉IARfor51實驗開發(fā)環(huán)境，掌握CC2530自建項目的流程，能夠編寫代碼并完成調試，得到預期實驗結果并解釋。5.實驗要求（1）實驗屬性：綜合性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組（4）實驗準備：軟件：IAREmbeddedWorkbenchfor80518.10Evaluation；硬件：ZigBee2530開發(fā)套件。（5）其他要求：必須按照課前講述的正確步驟完成實驗，保證實驗開發(fā)平臺的完好性；完成實驗后需舉手示意教師檢查實驗結果并做提問，已檢查學生的實際掌握情況；離開實驗室前整理好實驗用品，物歸原處，電腦關機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學生學習預期成果可解釋調試結果和實驗現(xiàn)象，能夠使用自建的平臺完成之前做過的5個實驗。7.支撐課程目標課程目標1.2.3.課程基本教學內容對課程目標的支撐理論課程課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元物聯(lián)網(wǎng)及體系結構課堂講授、案例分析、隨堂測驗課程目標1、2、441：1第二單元物聯(lián)網(wǎng)感知技術課堂講授、案例分析、小組討論、隨堂測驗課程目標1、2、381：1第三單元物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術課堂講授、案例分析、集體討論課程目標1、2、361：1第四單元物聯(lián)網(wǎng)支撐技術課堂講授、案例分析、隨堂測驗課程目標1、2、341：1第五單元物聯(lián)網(wǎng)應用技術課堂講授、案例分析、小組匯報課程目標1、2、321：1實驗一多類傳感器實驗單人單機實驗、逐個答疑課程目標1、2、32實驗二ZigBee點對點無線通訊實驗單人單機實驗、逐個答疑課程目標1、2、32實驗三Bluetooth組網(wǎng)配置實驗單人單機實驗、逐個答疑課程目標1、2、32實驗四ZigBeeCC2530入門（新建工程）單人單機實驗、逐個答疑課程目標1、2、32合計32五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績50%課后作業(yè)40共計安排4次客觀題作業(yè)，每次客觀題作業(yè)的成績給定均10分滿分記，總計40分。小組討論20共計安排2~3次小組討論，根據(jù)討論結果優(yōu)劣給小組打分，各小組內根據(jù)任務分派組內為每個人打分。最終總成績按比例折算為20分。隨堂測驗30課堂根據(jù)需要隨時安排測驗，每次答題時間控制在5分鐘之內，根據(jù)題目難度，數(shù)量靈活設置分值。最終總成績按比例折算為30分。課堂表現(xiàn)10根據(jù)課堂反饋，討論，發(fā)言等情況打分，次數(shù)不限，每次1~2分，最終總成績按比例折算為10分。實驗成績20%平時表現(xiàn)50共計安排6次實驗，每次實驗完成后檢查運行結果，并分析、解釋結果數(shù)據(jù)（占5分），線下提交實驗報告（占5分）。最終總成績按比例折算為50分。實驗考試50安排1次實驗考試，考試結束后線上提交程序代碼、運行結果、分析數(shù)據(jù)等相關內容（占60分），線下提交實驗報告（占40分）。最終總成績按比例折算為50分。期末考試30%知識401.考核內容：所有教學內容2.考試題型：客觀題（選擇、填空、判斷）；主觀題（簡答、應用）3.評價細則：客觀題共計70分；主觀題共計30分。能力40綜合應用10素質10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元物聯(lián)網(wǎng)及體系結構1-1物聯(lián)網(wǎng)概述1-2互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關系1-3物聯(lián)網(wǎng)的體系結構1-4支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、2、3第二單元物聯(lián)網(wǎng)感知技術2-1無線射頻識別技術概述、基本原理及工作過程2-2RFID的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議2-3相關識別技術2-4無線傳感器網(wǎng)絡的概念、特點與系統(tǒng)結構2-5無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議及其體系結構2-6CC2530芯片的功能結構課堂表現(xiàn)隨堂測驗小組討論課后作業(yè)實驗操作期末考試課程目標1、2、3第三單元物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術3-1互聯(lián)網(wǎng)的結構3-2現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的特點及適用領域課堂表現(xiàn)課后