無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)與應用 課程標準

《無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)與應用》課程標準一、課程基本信息課程代碼010403007課程類別專業(yè)核心學分4適用專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)總學時64理論學時32實訓／實踐學時32適用類別電子信息考核形式考查執(zhí)筆人審核人謝金龍二、課程定位1.課程在專業(yè)培養(yǎng)中的定位及作用本課程主要面向物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)專業(yè)崗位或崗位群中的設(shè)計崗位,是專業(yè)核心課程。主要培養(yǎng)這些崗位所需的無線組網(wǎng)技能，通過本課程的學習能夠掌握ZigBee無線組網(wǎng)、網(wǎng)絡傳輸?shù)燃寄苤R，為將來從事物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計和實施奠定基礎(chǔ)。2.本課程與其它課程的關(guān)系本課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程，目標是讓學生掌握無線傳感器網(wǎng)絡基本理論知識，具備搭建簡單ZIGBEE無線網(wǎng)絡的能力。以C2530單片機課程的學習為先導，為物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實施后續(xù)課程的學習奠定基礎(chǔ)。三、課程設(shè)計思路本課程是在充分進行市場調(diào)研，深入了解物聯(lián)網(wǎng)行（企）業(yè)的職業(yè)崗位對職業(yè)能力需求的實際情況的基礎(chǔ)上，對職業(yè)崗位所從事的無線組網(wǎng)、網(wǎng)絡傳輸職業(yè)活動和必備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等職業(yè)能力進行全面分析，從而確定本課程主要為物聯(lián)網(wǎng)應用企業(yè)設(shè)計、技術(shù)服務等崗位服務，培養(yǎng)學生的無線組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)嚷殬I(yè)能力，進而打破學科知識體系，根據(jù)職業(yè)活動和能力目標要求構(gòu)建初識無線傳感器網(wǎng)絡、入門無線傳感器網(wǎng)絡、了解無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧、無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧數(shù)據(jù)通信、無線傳感器網(wǎng)絡管理、網(wǎng)關(guān)技術(shù)應用、無線傳感器網(wǎng)絡設(shè)計、無線傳感器網(wǎng)絡測試等課程模塊，采用演示教學模式和實證法等教學方法和能力訓練方法、運用計算機模擬、串口助手仿真通訊手段來組織教學，確保課程教學與職業(yè)需要緊密結(jié)合并切實可行。四、課程目標1.知識目標掌握ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)管理、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的設(shè)計等知識2.技能目標培養(yǎng)學生ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的選型能力、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的設(shè)計能力、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的應用和管理能力3.素質(zhì)目標確立正確的人生觀和價值觀，樹立崇高的理想信念；弘揚偉大的愛國主義精神，培養(yǎng)良好的思想道德素質(zhì)和法律素養(yǎng)；培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。五、教學進程安排表序號項目（模塊）名稱課時1初識無線傳感器網(wǎng)絡42無線傳感器硬件和軟件基礎(chǔ)43basicRf協(xié)議棧124Z-stack協(xié)議棧145Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸166zigbee無線數(shù)據(jù)通信編程6合計56

六、教學內(nèi)容安排表教學項目(任務)1.初識無線傳感器網(wǎng)絡教學目標知識目標Zigbee無線傳感網(wǎng)的定義Zigbee無線傳感網(wǎng)絡構(gòu)架Zigbee無線傳感網(wǎng)通信協(xié)議構(gòu)架Zigbee無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)能力目標掌握Zigbee無線傳感網(wǎng)的特點、能夠使用物理地址燒寫器燒寫HEX文件，掌握Zigbee無線傳感網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，學會使用監(jiān)測軟件進行ZIGBEE組網(wǎng)測試素質(zhì)目標1、培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；2、培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。教學內(nèi)容Zigbee無線傳感網(wǎng)絡構(gòu)架Zigbee無線傳感網(wǎng)通信協(xié)議構(gòu)架Zigbee無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)教學重點Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的組成教學難點利用監(jiān)測軟件實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)自組網(wǎng)實驗課程思政元素及融入方法介紹5G技術(shù)，引入華為5G技術(shù)領(lǐng)先世界，彰顯國家的偉大，弘揚愛國主義精神，培養(yǎng)民族自豪感。教學方法與手段視頻+PPT+實操訓練課時安排理論課時實踐課時2理實一體2

教學項目(任務)2.無線傳感器硬件和軟件基礎(chǔ)教學目標知識目標節(jié)點芯片選型、CC2530單片機介紹、底板硬件資源Zigbee協(xié)議棧選型、IRA集成軟件安裝和使用、協(xié)議棧的基本操作能力目標能夠根據(jù)需求分析完成設(shè)備選型，熟練掌握IAR軟件的使用素質(zhì)目標1、培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；2、培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。教學內(nèi)容節(jié)點芯片選型、CC2530單片機介紹、底板硬件資源Zigbee協(xié)議棧選型、IRA集成軟件安裝和使用、協(xié)議棧的基本操作教學重點協(xié)議棧的分類，協(xié)議棧的基本操作教學難點IAR軟件的使用，以及模塊化編程課程思政元素及融入方法從硬件部分引申到芯片制造，講解國內(nèi)缺“芯”現(xiàn)狀，分析原因，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神。教學方法與手段視頻+PPT+實操訓練課時安排理論課時實踐課時2理實一體2

教學項目(任務)3.basicRf協(xié)議棧教學目標知識目標BasicRF協(xié)議棧介紹BasicRF協(xié)議棧中的重要函數(shù)BasicRF協(xié)議棧的工作過程能力目標熟練掌握基于IEEE802.15.4協(xié)議的BasicRF網(wǎng)絡部署，實現(xiàn)點對點傳輸功能素質(zhì)目標1、培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；2、培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。教學內(nèi)容BasicRF協(xié)議棧介紹BasicRF協(xié)議棧中的重要函數(shù)BasicRF協(xié)議棧的工作過程教學重點BasicRF協(xié)議棧中的重要函數(shù)教學難點掌握BasicRF協(xié)議棧的使用，實現(xiàn)無線點燈課程思政元素及融入方法“科學的思路、程序、規(guī)則、技巧和模式”，要求學生不畏難，不懼苦，運用科學方法解決實際問題。教學方法與手段視頻+PPT+實操訓練課時安排理論課時實踐課時4理實一體8

教學項目(任務)4.Z-stack協(xié)議棧教學目標知識目標Z-stack協(xié)議棧介紹OSAL操作系統(tǒng)介紹，OSAL運行機制OSAL應用編程接口OSAL應用編程能力目標熟練掌握Z-stack協(xié)議棧工作原理，能對協(xié)議棧進行修改素質(zhì)目標1、培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；2、培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。教學內(nèi)容Z-stack協(xié)議棧介紹OSAL操作系統(tǒng)介紹，OSAL運行機制OSAL應用編程接口OSAL應用編程教學重點OSAL任務啟動和初始化OSAL任務的執(zhí)行OSAL事件傳遞機制OSAL事件捕獲教學難點掌握OSAL操作系統(tǒng)運行機制，添加新任務，修改協(xié)議棧，實現(xiàn)組網(wǎng)點燈課程思政元素及融入方法從系統(tǒng)的工作邏輯，引入邏輯思維，培養(yǎng)學生遇到問題，分析問題，解決問題的能力教學方法與手段視頻+PPT+實操訓練課時安排理論課時實踐課時8理實一體6

教學項目(任務)5.Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸教學目標知識目標掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的信道、網(wǎng)絡號、設(shè)備類型、地址分配等知識掌握Z-stack協(xié)議棧數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)協(xié)議棧中的串口操作；非易失性存儲器操作能力目標掌握使用Z-stack協(xié)議棧完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收掌握使用Z-stack協(xié)議棧完成串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收素質(zhì)目標1、培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；2、培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。教學內(nèi)容掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的信道、網(wǎng)絡號、設(shè)備類型、地址分配等知識掌握Z-stack協(xié)議棧數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)協(xié)議棧中的串口操作；非易失性存儲器操作教學重點掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的信道、網(wǎng)絡號、設(shè)備類型、地址分配等知識掌握Z-stack協(xié)議棧數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)掌握使用Z-stack協(xié)議棧完成串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收掌握NV基本操作，完成NV基礎(chǔ)實驗教學難點掌握Z-stack協(xié)議棧數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)掌握使用Z-stack協(xié)議棧完成串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收掌握NV基本操作，完成NV基礎(chǔ)實驗課程思政元素及融入方法通過多次實訓任務樹立工匠精神與精益意識，培養(yǎng)學生“重復出技能、精益出成效”的實踐精神。教學方法與手段視頻+PPT+實操訓練課時安排理論課時實踐課時8理實一體8

教學項目(任務)6.zigbee無線數(shù)據(jù)通信編程教學目標知識目標掌握三種通信方式廣播，組播，點播的原理能力目標編程實現(xiàn)協(xié)議棧廣播，組播，點播素質(zhì)目標1、培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神；2、培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風。教學內(nèi)容掌握三種通信方式廣播，組播，點播的原理教學重點編程實現(xiàn)協(xié)議棧廣播，組播，點播教學難點編程實現(xiàn)協(xié)議棧廣播，組播，點播課程思政元素及融入方法組織學生分組完成實訓，培養(yǎng)學生團隊意識教學方法與手段視頻+PPT+實操訓練課時安排理論課時實踐課時2理實一體4七、實訓內(nèi)容與課時安排實訓內(nèi)容（項目）1.觀測無線傳感網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，BasicRF協(xié)議?？己艘c燒寫下發(fā)的HEX文件，通過zigbeeSensorMonitor檢測軟件觀測無線傳感網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)考核方式實踐操作課時安排4

實訓內(nèi)容（項目）2.無線點燈實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，BasicRF協(xié)議?？己艘c使用BasicRF協(xié)議棧，編程實現(xiàn)節(jié)點1按鍵控制節(jié)點2LED燈亮滅考核方式實踐操作課時安排4實訓內(nèi)容（項目）3.無線串口通信實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，BasicRF協(xié)議?？己艘c使用BasicRF協(xié)議棧，編程實現(xiàn)節(jié)點1發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點2，節(jié)點2接收數(shù)據(jù)后通過串口發(fā)送給PC機考核方式實踐操作課時安排4實訓內(nèi)容（項目）4.添加新任務實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，Z-Stack協(xié)議?？己艘c使用Z-Stack協(xié)議棧，用戶自定義一個新的系統(tǒng)任務，實現(xiàn)跑馬燈考核方式實踐操作課時安排4

實訓內(nèi)容（項目）5.無線數(shù)據(jù)發(fā)送實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，Z-Stack協(xié)議?？己艘c使用Z-Stack協(xié)議棧，編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的周期性發(fā)送和接收考核方式實踐操作課時安排4實訓內(nèi)容（項目）6.無線數(shù)據(jù)串口通信實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，Z-Stack協(xié)議?？己艘c使用Z-Stack協(xié)議棧，編程實現(xiàn)終端節(jié)點周期發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給PC機考核方式實踐操作課時安排4實訓內(nèi)容（項目）7.NV基礎(chǔ)實驗實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，Z-Stack協(xié)議棧考核要點使用Z-Stack協(xié)議棧，編程實現(xiàn)NV讀寫操作考核方式實踐操作課時安排4

實訓內(nèi)容（項目）8.點播、組播、廣播實訓場地綜合實訓室實訓設(shè)備設(shè)施ZigbeeDebugger仿真器，CC2530節(jié)點，RS232串口線，zigbeeSensorMonitor檢測軟件，Z-Stack協(xié)議?？己艘c使用Z-Stack協(xié)議棧，編程實現(xiàn)點播、組播、廣播考核方式實踐操作課時安排4八、課程實施條件1.教師基本要求具有一定的教學工作經(jīng)驗，能夠進行教學組織與實施；有兩年以上的協(xié)議棧應用開發(fā)的工作經(jīng)驗；具有較強的學習能力，能夠跟進無線通信技術(shù)的快速發(fā)展2.校內(nèi)外實踐教學條件要求課程教學實施條件包括校內(nèi)外教學硬件條件。校內(nèi)實訓場地、實訓設(shè)備和器材、校外現(xiàn)場實習場地等。3.教學資源教材：無線傳感器網(wǎng)絡參考資料：[1]謝金龍，鄧子云等.物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實施[M].大連：東軟電子出版社，2012.[2]謝金龍，鄧人銘等.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡設(shè)計與實現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2016.[3]熊茂華，熊昕，甄鵬等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用實踐（項目式）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2014.[4]徐平平，劉昊，褚宏云等.無線傳感器網(wǎng)絡[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.[5]ZigBeeSpecification2007[OL]./stadndards/Downloads.aspx.[6]TexasInstruments.CC2530Datasheet[EB/OL].2009[2010-05-03]./Product/cn/cc253