物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 教學(xué)大綱

PAGEPAGE11《物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)課程編號課程性質(zhì)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(xué)期第7學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32課內(nèi)學(xué)時32理論授課32上機學(xué)時0課內(nèi)實踐0實驗學(xué)時0課外學(xué)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(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)、現(xiàn)代傳感與檢測技術(shù)后續(xù)課程畢業(yè)設(shè)計二、課程簡介《物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)》課程主要以網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為依據(jù)，從感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)四個方面，詳細闡述了物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中所涉及的信息通信技術(shù)，幫助學(xué)生深入淺出地掌握物聯(lián)網(wǎng)中信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用所涉及的核心技術(shù)，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體架構(gòu)形成明確認知，并為以后的學(xué)習(xí)、工作和創(chuàng)新打下扎實的理論和實踐基礎(chǔ)。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(shù)的定義和基本原理及應(yīng)用，并能判斷不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)當中的作用和位置。課程目標2：能力目標能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論和工程運用有機結(jié)合，分析并解釋生活中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；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(zhì)目標了解應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的職業(yè)責(zé)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(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)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(xué)原理并采用科學(xué)方法，針對智能制造工程領(lǐng)域復(fù)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(zhì)與社會責(zé)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(zé)任。8-職業(yè)規(guī)范四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元物聯(lián)網(wǎng)及體系結(jié)構(gòu)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容講授物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義和基本原理，介紹互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一般應(yīng)用及發(fā)展；講授物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的特征，介紹支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。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(jié)構(gòu)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(shù)內(nèi)容，并對部分重要技術(shù)有一定的了解。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)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(jié)構(gòu)中各個層次所包含的技術(shù)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(shù)（學(xué)時數(shù)：8學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容介紹RFID技術(shù)概述，講授RFID技術(shù)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(yīng)用案例，講授條形碼、磁卡與IC卡等相關(guān)識別技術(shù)的原理及應(yīng)用；講授無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、特點與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，講授無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及其體系結(jié)構(gòu)，介紹ZigBee技術(shù)及其協(xié)議，學(xué)習(xí)傳感器的基本知識，講授CC2530芯片的功能結(jié)構(gòu)及主要外部設(shè)備。2.重點和難點重點：RFID技術(shù)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(luò)的概念和體系結(jié)構(gòu)；IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；ZigBee協(xié)議規(guī)范；CC2530芯片的結(jié)構(gòu)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(shù)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；CC2530芯片的使用。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析、小組討論、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠敘述RFID技術(shù)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(yīng)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(shù)（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容講授互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，介紹物聯(lián)網(wǎng)中低速無線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)，介紹傳輸技術(shù)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(jié)構(gòu)；現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的適用領(lǐng)域。難點：現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)特點的掌握。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析、集體討論。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠細數(shù)各類網(wǎng)絡(luò)的特點和適用領(lǐng)域，闡述傳輸技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容講授藍牙技術(shù)的特點和體系結(jié)構(gòu)，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(wù)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(shù)，介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全管理技術(shù)。2.重點和難點重點：掌握藍牙技術(shù)的特點和體系結(jié)構(gòu)；藍牙片上系統(tǒng)的特性；云計算所提供的服務(wù)模式及特點；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息的安全需求和特點。難點：藍牙技術(shù)的八個特點，PaaS和IaaS模式的比較。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析、隨堂測驗。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)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(wù)模式的含義和特點，正確表達物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)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(yīng)用技術(shù)（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容通過講解智能交通、智能物流、智能家居等若干實際應(yīng)用案例，使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用；通過講解電子不停車收費系統(tǒng)的原理，使學(xué)生充分感知理論知識和實際應(yīng)用的結(jié)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(shù)知識的整合。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析、小組匯報。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)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(shù)應(yīng)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(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容通過不同傳感器的程序編譯，能夠?qū)崿F(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(yīng)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(jié)果的記錄。難點：串口的配置和結(jié)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(xué)習(xí)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(jié)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(xué)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(jié)果并做提問，以檢查學(xué)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(guān)機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)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(jié)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(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)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(shè)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(yīng)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(jié)果的記錄。難點：設(shè)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(xué)習(xí)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(xué)會利用代碼完成發(fā)送器、接收器的設(shè)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(diào)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(jié)果并做提問，以檢查學(xué)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(guān)機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果可簡述CC2530芯片的結(jié)構(gòu)，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(shè)置以及解釋最終實驗結(jié)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(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容閱讀Bluetooth硬件部分文檔，熟悉Bluetooth相關(guān)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(shè)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(yīng)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(jié)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(xué)習(xí)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(jié)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(jié)果并做提問，以檢查學(xué)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(guān)機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)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(jié)果，并且更換實驗要求依舊能夠得出準確結(jié)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(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)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(qū)動、調(diào)試和運行。難點：工程選項的配置和代碼的調(diào)試及調(diào)試結(jié)果解釋。3.實施方式理論+實驗4.學(xué)習(xí)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(diào)試，得到預(yù)期實驗結(jié)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(jié)果并做提問，已檢查學(xué)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(guān)機，做好座位前的衛(wèi)生。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果可解釋調(diào)試結(jié)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(xué)內(nèi)容對課程目標的支撐理論課程課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元物聯(lián)網(wǎng)及體系結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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(shù)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(yīng)用技術(shù)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(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)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(jié)果優(yōu)劣給小組打分，各小組內(nèi)根據(jù)任務(wù)分派組內(nèi)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(nèi)，根據(jù)題目難度，數(shù)量靈活設(shè)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(jié)果，并分析、解釋結(jié)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(jié)束后線上提交程序代碼、運行結(jié)果、分析數(shù)據(jù)等相關(guān)內(nèi)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(nèi)容：所有教學(xué)內(nèi)容2.考試題型：客觀題（選擇、填空、判斷）；主觀題（簡答、應(yīng)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(yīng)用10素質(zhì)10（二）課程考核對課程目標的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)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(jié)構(gòu)1-1物聯(lián)網(wǎng)概述1-2互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系1-3物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)1-4支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)2-1無線射頻識別技術(shù)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(guān)識別技術(shù)2-4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、特點與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2-5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及其體系結(jié)構(gòu)2-6CC2530芯片的功能結(jié)構(gòu)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(shù)3-1互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)3-2現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的特點及適用領(lǐng)域課堂表現(xiàn)課后