《无线传感器网技术》课程标准

《无线传感器网技术》课程标准 1.课程说明 《无线传感器网技术》课程标准 课程编码〔36980〕 承担单位〔计算机信息学院〕 制 定〔 〕 制定日期〔2022年11月16日〕 审 核〔专业指导委员会 〕 审核日期〔2022年11月20日〕 批 准〔二级学院（部）院长〕 批准日期〔2022年11月28日〕 （1）课程性质：根据电子信息工程技术专业的职业岗位（群）的任职要求设置了该门课程，该课程是专业必修课程。 （2）课程任务：本课程采用“教、学、做”一体化教学模式，项目为导向、任务驱动等教学方法，旨在培养学生的ZigBee技术应用、蓝牙4.0应用、GPRS应用、WIFI应用、电路分析、测试、制作、调试能力及创新意识，为学生职业能力培养和职业素养养成起主要支撑或明显促进作用，为后续课程和今后的工作奠定了基础。 （3）课程衔接： 前序课程有：《传感器原理与应用》； 后续课程有：《毕业设计》、《主流无线网络项目实施》。 2.学习目标 （一）总目标 本课程开设的主要目的是培养学生的ZigBee技术应用、蓝牙4.0应用、GPRS应用、WIFI应用、电路分析、测试、制作、调试能力及创新意识。 （二）分目标 1、知识和技能目标 1)了解Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等典型短距离无线通信网络技术及其应用领域； 2)了解IAR、SmartRF Flash Programmer等软件的菜单功能； 3)掌握CC2530单片机的GPIO、中断、定时器、串口、ADC等基本组件的原理； 4)掌握Basic RF Layer工作机制、开关量、模拟量、逻辑量三种传感器的工作原理； 5)掌握Z-Stack协议栈结构、BLE协议栈的基本概念； 6)掌握Z-Stack协议栈的网络管理； 7)掌握基于BLE协议栈的串口通信、主从机连接与数据传输等所需的知识； 8)掌握拨打与接听电话、短信的读取与发送、GPRS通信等AT指令； 9)了解WIFI无线通信应用的相关知识。 2、能力目标 1)能正确安装与使用IAR、SmartRF Flash Programmer、Z-Stack等软件； 2)能熟练使用CC2530的基本组件； 3)能实现开关量、模拟量、逻辑量三种传感器的信号采集功能； 4)能实现基于Basic RF的无线采集与网络组建功能； 5)能熟练实现ZigBee无线网络的点对点通信、串口通信、串口透传、绑定等； 6)能获取网络拓扑结构、ZigBee无线网络的传感器数据采集与远程监控； 7)能熟练开发基于BLE协议栈的主从机连接、串口透传、手机与蓝牙通信等项目； 8)能熟练使用AT指令来控制GPRS无线通信模块； 9)能实现WIFI无线通信功能。 3、情感态度目标 1)坚定拥护中国共产党领导和我国社会主义制度，在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下，践行社会主义核心价值观，具有深厚的爱国情感和中华民族自豪感。 2)崇尚宪法、遵法守纪、崇德向善、诚实守信、尊重生命、热爱劳动，履行道德准则和行为规范，具有社会责任感和社会参与意识。 3)具有质量意识、环保意识、安全意识、信息素养、工匠精神、创新思维。 4)勇于奋斗、乐观向上，具有自我管理能力、职业生涯规划的意识，有较强的集体意识和团队合作精神。 5)具有健康的体魄、心理和健全的人格，掌握基本运动知识和一两项运动技能，养成良好的健身与卫生习惯，良好的行为习惯。 6)具有良好的职业道德、规范操作意识、良好的团队合作精神；良好的组织协调能力；求真务实的工作作风。 7)具有开拓创新的学习精神；良好的语言文字表达能力。 3.课程设计 课程以ZigBee技术为主，以蓝牙4.0、GPRS、WIFI等典型的短距离无线通信技术为辅，并结合温湿度传感器、可燃性气体传感器等传感器组成无线传感网络。包括认识无线传感网络、CC2530基本组件应用、Basic RF无线通信应用、zigbee协议栈应用与组网、蓝牙4.0无线通信应用、GPRS无线通信应用、WIFI无线通信应用等7个由简到繁的实训项目。 表1《无线传感器网技术》学习内容与学时分配 序号 名 称 课 时 数 授课环境 1 基本理论 20 实验机房 2 实验与实践 40 实验机房 表2《无线传感器网技术》总体设计 1、基本理论单元（总学时20） 学习单位名称 单元目标 学时 基 本 理 论 认识无线传感网络 20 CC2530基本组件应用 Basic RF无线通信协议 Zigbee协议栈基础知识 蓝牙4.0协议基础知识 GPRS无线通信基础知识 WIFI无线通信基础知识 2、实验与实践单元（总学时40） 学习单位名称 单元目标 学时 实 验 与 实 践 认识无线传感网络 40 CC2530基本组件应用 Basic RF无线通信应用 zigbee协议栈应用与组网 蓝牙4.0无线通信应用 GPRS无线通信应用 WIFI无线通信应用 4.教学设计 按照“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目课程为主体的模块化专业课程体系”的总体设计要求，以工作任务模块为中心构建的工程项目课程体系。彻底打破学科课程的设计思路，紧紧围绕项目任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性，提高学生的就业能力。 学习程度用语主要使用“了解”、“理解”、“能”或“会”等用语来表述。“了解”用于表述事实性知识的学习程度，“理解”用于表述原理性知识的学习程度，“能”或“会”“熟练”用于表述技能的学习程度。 基本理论、实验与实践比率为1：1.5，具体分部如下： 表3《无线传感器网技术》学习情境设计 项目 名称 序号 工作任务 训练或工作项目 教学环境与教学设计 参考学时 项目1认识无线传感网络（2课时） 1 搭建ZigBee开发环境 Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等典型短距离无线通信网络技术及其应用领域； ZigBee无线传感网络通信标准； IAR、SmartRF Flash Programmer等软件的菜单功能； 使用IAR软件新建、配置工程等步骤。 使用PPT，相关视频说明。通过实验操作了解相关软件使用和配置方法。 2 项目2 CC2530基本组件应用（10课时） 2 控制LED交替闪烁 CC2530单片机基本概念、内部结构、外部引脚及功能； 掌握CC2530单片机的GPIO、中断、定时器、串口、ADC等基本组件的原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 3 按键中断控制LED亮灭 CC2530单片机中断的使能、响应与处理、优先级等环节的工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 4 定时器1控制LED闪烁 CC2530单片机定时器的三种定时模式、中断方式的工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 5 串口通信应用 CC2530单片机串口通信引脚配置，发送与接收的工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 6 片内温度测量 CC2530单片机ADC单次转换，理解转换数据的二进制补码结构。 通过实际案例操作展现表单处理效果。学生完成相应案例实现技能内化。 2 项目3 Basic RF无线通信应用（12课时） 7 无线开关LED灯 Basic RF Layer工作机制； 熟悉无线发送和接收函数。 使用相关教学资源讲解并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 8 无线串口通信 理解发送地址和接收地址、PAN_ID、RF_CHANNEL等概念； 了解basic RF、board、common等驱动文件的作用； 串口读写函数。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 9 模拟量传感器采集 掌握ADC、中断等函数； 模拟量传感器的工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 10 开关量传感器采集 开关量传感器的工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 11 逻辑量传感器采集 逻辑量三种传感器的工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 12 基于BasicRF的无线传感网络应用 将各种传感器组成Basic RF无线传感网络。通过点对点的无线通信、传感器采集等任务的实施。 使用PPT讲解并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 项目4 ZigBee协议栈应用与组网（12课时） 13 基于Z-Stack的点对点通信 掌握Z-Stack协议栈的结构、基本概念； 掌握协调器、路由器、终端节点的基本概念； 掌握Z-Stack协议栈实时操作系统，理解OSAL运行机理、任务调试、API函数等。 使用PPT讲解并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 14 基于Z-Stack的串口通信 掌握Z-Stack协议栈的串口、中断等接口函数。 通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 15 基于Z-Stack的串口透传 掌握单播、组播和广播基本原理与基本概念。 使用相关教学资源并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 16 基于绑定的无线开关系统 掌握Z-Stack协议栈的LED和KEY驱动函数的工作原理。 使用PPT讲解并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 17 ZigBee无线传感网络拓扑结构获取 掌握Z-Stack协议栈的绑定工作原理。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 18 ZigBee无线传感器网络监控系统设计 了解Z-Stack协议栈的网络地址分配机制，掌握Z-Stack协议栈的网络管理。 使用PPT讲解并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 项目5蓝牙4.0无线通信应用（8课时） 19 基于BLE协议栈的串口通信 掌握BLE协议栈的结构、基本概念； 理解从机与主机之间建立连接的流程。 通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 20 主从机建立连接与数据传输 掌握Peripheral_ProcessEvent、Central_ProcessEvent事件处理函数； 掌握节点设备和集中器设备启动过程，理解SBP_START_DEVICE_EVT事件。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 21 基于BLE协议栈的无线点灯 理解BLE协议栈中的GAP和GATT两个基本配置文件。 通过实验操作，使学生完成相应案例实现技能内化并了解相关理论知识。 2 22 基于BLE协议栈的串口透传 掌握主机与从机数据传输的流程，理解主从数据发送与接收过程。 使用相关教学资源并通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 项目6 GPRS无线通信应用（2课时） 23 拨打与接听电话 掌握基本AT指令； 掌握拨打与接听电话。 通过实际案例操作展现。学生完成相应案例实现技能内化。 2 项目7 WIFI无线通信应用（14课时） 24 WIFI连接NEWLab服务器 了解WIFI无线控制方式； 理解WIFI无线控制命令数据格式； 了解IP地址的基本知识； 掌握Socket的工作原理。 使用P