智能产品开发与应用专业教学资源库                     《物联网应用开发》
《物联网应用开发》课程标准
一、课程性质与任务
《物联网应用开发》是智能产品开发与应用和物联网应用技术专业开设的一门专业核心课程，其前导课程主要是《数字电子技术》、《传感器技术及应用》、《计算机辅助电子线路设计》、《单片机技术及应用》、《模拟电子技术》等课程，也是后续顶岗实习、毕业设计等基本技能养成课程，在课程体系中起支撑作用。
本课程旨在全面系统地阐述当前各种主流的传感网络技术的基本原理，结合多种传感网络开发平台，深入浅出地讲解传感网络的基本技术。在讲授内容上，力求反映国内外技术的最新进展，在讲述方法上，注重理论与实际、原理与应用相结合，采用“教、学、做、评、考”一体化教学模式，采用以项目为导向、任务驱动等教学方法，旨在培养学生的ZigBee协议栈应用与组网、CC2530基本组件应用、Basic RF无线通信应用、蓝牙4.0无线通信应用、WIFI无线通信应用、NB-IoT联网通信技术、LoRa通信应用开发、CAN总线通信、RS485总线通信、STM32微控制器、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作用。本课程立足于智能终端工程师、物联网系统工程师，在取得智能终端、物联网职业资格证书中起到重要支撑作用。
二、课程教学目标
1、知识目标
（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）了解WIFI无线通信应用的相关知识；
（9）掌握NB-IoT联网通信技术的相关知识；
（10）掌握LoRa通信应用开发的相关知识。
（11）掌握CAN总线通信应用开发的相关知识。
（12）掌握RS485总线通信应用开发的相关知识。
（13）掌握STM32微控制器应用开发的相关知识。
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）能实现WIFI无线通信功能；
（9）能实现NB-IoT应用程序开发；
（10）能实现LoRa通信应用开发。
（11）能实现CAN总线通信应用开发。
（12）能实现RS485总线通信应用开发。
（13）能实现STM32微控制器应用开发。
3、素质目标
（1）具有良好的职业道德、规范操作意识；
（2）具备良好的团队合作精神；
（3）具备良好的组织协调能力；
（4）具有求真务实的工作作风；
（5）具有开拓创新的学习精神；
（6）具有良好的语言文字表达能力。
三、参考学时
64学时。 
四、课程学分
4个学分。
五、课程内容和要求
表5.1  《物联网应用开发》教学内容及学时分配表
序号
教学项目
教学内容与教学要求
活动设计建议
参考课时
  1
认识无线传感网络
教学内容：
1.无线传感网络概念、特点、体系结构及关键技术；
2.IEEE802.15.4标准概述、拓扑结构和网络协议栈；
3. ZigBee标准概述、体系结构、CC2530射频模块、调试器接口、ZigBee开发板；
4. 嵌入式集成开发环境IAR简介、IAR工程环境安装与设置。
教学要求：
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ZigBee无线传感网络通信标准；
3.了解IAR、SmartRF Flash Programmer等软件的菜单功能；
4.掌握使用IAR软件新建、配置工程等步骤。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导。
4
  2
CC2530基本组件应用
教学内容：
1.CC2530单片机基本概念、内部结构、外部引脚及功能；
2.中断的使能、响应与处理、优先级等环节的工作原理；
3.定时器的三种定时模式、中断方式的工作原理；
4.串口通信引脚配置，发送与接收的工作原理；
5.ADC单次转换，理解转换数据的二进制补码结构。
教学要求：
1.掌握基本概念、内部结构、外部引脚及功能；
2.掌握机I/O的外设、GIPO、输入、输出等功能配置；
3.掌握中断的使能、响应与处理、优先级等环节的工作原理；
4.掌握定时器的三种定时模式、中断方式的工作原理；
5.掌握串口通信引脚配置，发送与接收的工作原理；
6.掌握ADC单次转换，理解转换数据的二进制补码结构。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
6
 3
Basic RF无线通信应用
教学内容：
1.Basic RF Layer工作机制；
2.无线发送和接收函数；发送地址和接收地址、PAN_ID、RF_CHANNEL等概念；
3.basic RF、board、common等驱动文件的作用；
4.串口读写函数；ADC、中断等函数；
5.开关量、模拟量、逻辑量三种传感器的工作原理。
教学要求：
1.了解Basic RF Layer工作机制；
2.熟悉无线发送和接收函数；
3.理解发送地址和接收地址、PAN_ID、RF_CHANNEL等概念；
4.了解basic RF、board、common等驱动文件的作用；
5.理解串口读写函数；
6.掌握ADC、中断等函数；
7.掌握开关量、模拟量、逻辑量三种传感器的工作原理。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
6
  4
zigbee协议栈应用与组网
教学内容：
1.Z-Stack协议栈的结构、基本概念；协调器、路由器、终端节点的基本概念；
2.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；
3.Z-Stack协议栈的串口、中断等接口函数；
4.单播、组播和广播基本原理与基本概念；
5.Z-Stack协议栈的LED和KEY驱动函数的工作原理；6.Z-Stack协议栈的绑定工作原理；
7.Z-Stack协议栈的网络地址分配机制；
8.Z-Stack协议栈的网络管理。
教学要求：
1.掌握Z-Stack协议栈的结构、基本概念；
2.掌握协调器、路由器、终端节点的基本概念；
3.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；
4.掌握Z-Stack协议栈的串口、中断等接口函数；
5.掌握单播、组播和广播基本原理与基本概念；
6.掌握Z-Stack协议栈的LED和KEY驱动函数的工作原理；
7.掌握Z-Stack协议栈的绑定工作原理；
8.了解Z-Stack协议栈的网络地址分配机制；
9.掌握Z-Stack协议栈的网络管理。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
6
5
蓝牙4.0无线通信应用
教学内容：
1.BLE协议栈的结构、基本概念；从机与主机之间建立连接的流程；
2.事件处理函数；节点设备和集中器设备启动过程；
3.BLE协议栈中的GAP和GATT两个基本配置文件；
4.主机与从机数据传输的流程，特征值、句柄、UUID、GATT服务等概念和作用；
5.特征值属性、通知机制、特征值的相关函数与初始化。
教学要求：
1.掌握BLE协议栈的结构、基本概念；
2.理解从机与主机之间建立连接的流程；
3.掌握事件处理函数；
3.掌握节点设备和集中器设备启动过程，理解事件；
4.理解BLE协议栈中的GAP和GATT两个基本配置文件；
5.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；
6.掌握特征值、句柄、UUID、GATT服务等概念和作用。
7.理解特征值属性、通知机制，以及掌握特征值的相关函数与初始化。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
8
 6
WIFI无线通信应用
教学内容：
1.WIFI无线控制方式；WIFI无线控制命令数据格式；
2.IP地址的基本知识；Socket的工作原理。
教学要求：
1.了解WIFI无线控制方式；
2.理解WIFI无线控制命令数据格式；
3.了解IP地址的基本知识；
4.掌握Socket的工作原理。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
 
6
  7
NB-IoT联网通信技术
教学内容：
1.NB-IoT的特点及发展史；
2.NB-IoT通信协议；
3.NB-IoT应用程序开发流程。
教学要求：
1.了解NB-IoT的特点及发展史；
2.理解NB-IoT通信协议；
3.掌握NB-IoT应用程序开发流程。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
6
8
LoRa通信应用开发
教学内容：
1.LoRa温湿度传感器节点应用程序开发流程；
2.LoRa光照传感器节点数据采集的工作原理；
3.LoRa网关节点汇聚传感器数据的相关知识。
教学要求：
1.掌握LoRa温湿度传感器节点应用程序开发流程；
2.理解LoRa光照传感器节点数据采集的工作原理；
3.理解LoRa网关节点汇聚传感器数据的相关知识。
1、教学活动在教学做一体化教室进行；
2、教师利用多媒体课件讲解演示，使学生对知识加深印象；
3、以学生的自主学习为主体教师的引领为主导；
4、学生边学边实验。
6
9
STM32微控制器
教学内容
1.STM32微控制器简介,STM32系列微控制器的特点与家族多样性。
2.开发环境搭建,安装和配置3.GPIO（通用输入输出端口）应用开发。
4.定时器（Timer）应用开发,
定时器使能与时钟配置。
5.串行通信应用开发,串口通信配置与使用。
6.ADC（模数转换器）应用开发
ADC配置与使用，包括通道选择、采样时间设置、分辨率设置等。
教学要求
1.理论知识掌握
学生应掌握STM32微控制器的基本架构和外设工作原理。
学生应了解STM32开发环境的搭建和配置方法。
2.实践技能培养
学生应能够独立完成GPIO、定时器、串行通信、ADC等外设的配置和使用。学生应能够编写和调试简单的STM32应用程序。
 
1.课堂讲解与演示
教师通过PPT、视频等多媒体手段，讲解STM32微控制器的基本架构和外设工作原理。
2.实验室实践
学生分组进行实验室实践，按照教师提供的实验指导，学生自主设计实验，实现特定的功能需求。
3.项目实战
教师布置综合应用项目，要求学生将所学外设知识综合应用，实现复杂的功能需求。学生分组进行项目设计、开发和调试，教师提供必要的指导和帮助。项目完成后，学生进行项目展示和答辩，分享项目设计思路、开发过程和遇到的问题及解决方法。
4
10
CAN总线应用开发
教学内容：
1.CAN总线基础知识：介绍CAN总线的起源、定义、主要特性（如高数据传输速率、长距离通信、多主方式、错误处理机制等）。
2.CAN总线技术原理：详细解析CAN总线的报文格式、帧类型、仲裁机制、数据链路层和物理层规范。
3.CAN总线应用开发：讲解CAN总线在物联网应用开发中的实际应用，如工业自动化、智能交通系统、智能建筑、医疗设备管理等领域的案例。
教学要求：
1.学生需掌握CAN总线的基本原理和特性。
2.学生需了解CAN总线在物联网应用开发中的常见应用场景。
3.学生需通过实践项目，掌握CAN总线应用开发的基本技能。
1.案例分析：分析CAN总线在工业自动化、智能交通等领域的成功案例，帮助学生理解其应用场景。
2.实践项目：设计基于CAN总线的物联网应用开发实践项目，如设计一个基于CAN总线的多机通信系统，实现不同设备间的数据通信和状态监测。
3.小组讨论：分组讨论CAN总线在不同领域的应用前景和挑战，培养学生的团队协作能力和批判性思维能力。
6
11
RS485总线应用开发
教学内容：
1.RS485总线基础：介绍RS485总线的起源、特点（差分信号传输、长距离通信、多节点连接）、硬件接口及标准（如TIA/EIA-485-A）。
2.RS485通信原理：解析RS485的通信协议、数据格式、传输速度、传输距离、节点数量限制及总线仲裁机制。
3.RS485应用开发：探讨RS485在物联网中的应用场景（如环境监测、智能家居、工业自动化），以及如何通过RS485实现设备间的数据通信和远程监控。
教学要求：
1.学生需掌握RS485总线的基本原理和通信协议。
2.学生需了解RS485在物联网应用开发中的常见应用场景。
3.学生需通过实践项目，掌握RS485总线应用开发的基本技能。
1.案例分析：分析RS485在环境监测、智能家居等领域的成功应用案例，帮助学生理解其应用场景。
2.实验实训：设计基于RS485的物联网应用开发实验，如构建一个基于RS485的多传感器数据采集系统，实现数据的远程传输和监控。
3.小组讨论：分组讨论RS485在物联网应用中的优势和挑战，以及如何优化RS485总线的性能和稳定性。
6
六、教学建议
1、教学方法
（1）项目教学法
以项目为主线、教师为引导、学生为主体，在过程中学习掌握教学计划内的教学内容。主要流程如下：
项目导读：收集信息，明确要求，制定计划。
项目实施：分任务完成项目。
项目总结：学生自查，教师检查与评价。
学生部分独立组织、安排学习行为，解决在处理项目中遇到的困难，教师进行适当讲解、并进行引导、监督、评估。
讨论法
    学生在教师的指导下为解决某个问题而进行探讨、辨明是非真伪以获取知识方法，能更好的发挥学生的主动性、积极性，有利于培养学生独立思维能力、口头表达能力，促进学生灵活地运用知识。主要流程如下：
 观点交流：小组内各人对这个问题有什么看法，分别说出来。
 观点改进：小组成员表示对其他人观点是否接受，提出改进、完善彼此观点的看法。
观点总结：总结小组观点并向全班学生表述本组观点。
在整个讨论的过程中，教师的巡回指导、参与讨论、鼓励表扬也很重要。
（3）小组合作学习法
学生自由组合，每组4-5人，在组建小组时，教师可视情况进行协调，给予帮助。小组成员不仅要努力争取个人目标的实现，更要帮助小组同伴实现目标，通过相互合作，小组成员共同达到学习的预期目标。
学生个体间的学习竞争关系改变为"组内合作"、"组际竞争"的关系，将传统教学与师生之间单向或双向交流改变为师生、生生之间的多向交流，也促进了学生间良好的人际合作关系，促进了学生心理品质发展和社会技能的进步。结合专业学生特点，基于行动导向，根据每个任务的内容特点，以真实案例进行引导,综合运用基于工作过程的任务驱动法、案例分析法、分组讨论法、角色扮演法等多种教学方法开展教学。整个课程以任务实训为主线，以技能培养为核心来组织教学。
（4）企业参观、实习
利用第二课堂，带领学生到相关企业参观，了解无线传感网络组建流程、应用环境、企业文化，拓展学生知识面。
2、评价方法
针对本课程的培养目标，在重视技能培养的同时，更好的培养学生的职业素质和团队精神，实施学习过程评价和终结考核相结合的考核方案，围绕课程核心内容，进行包括专业能力、学习能力、创新能力、职业能力的综合考核。
过程评价包含平时表现评价和实训考核两部分，占总成绩的40%。平时表现评价包括出勤评价、作业评价、学习态度及与他人的合作情况。实训考核是在每个任务学习完毕后，每个学生填写教师设计的“评价单”、“教学反馈单”，详细填写自己学习情况后，由“小组自评成绩” + “小组互评成绩” + “教师评价成绩”综合得到该任务的成绩，所有任务的平均成绩得到课程的实训考核成绩；重点考察实际操作能力。
终结考核采用笔试理论和综合实践结合方式，占总成绩的60%。综合实践考核是在学期末，通过让学生以小组为单位完成综合实训项目，达到考察知识技能和操作技能的目的，提高学生对知识的综合利用能力。《无线传感网络技术》考核评价指标如表6.1所示。
表6.1  《物联网应用开发》考核评价指标
考核模块
内容
主要考核指标
评价
主体
成绩
评定
过程
考核
40%
 
平时成绩评价
30%
出勤评价10%
出勤情况、组织性、纪律性
不迟到早退、出勤率、上课纪律、听课质量、有事配假条
学生自评
小组评价
教师评价
 
作业评价10%
作业与实训报告提交完成情况
作业书写规范、实训报告规范、作业与实训的独立性、及时性和正确性
学生自评
小组评价教师评价
 
学习态度10%
学习的主动性、参与讨论的积极性
师生互动的积极性、团队的合作情况
学生自评
小组评价教师评价
 
实训项目考核评价
70%
 
学生自评25%
各项目中的实训任务
安全意识、项目设计方案、工作过程实施、操作规范、团队精神、职业态度、学习总结、学习汇报、职业技能等
学生自评
小组评价教师评价
 
小组互评25%
教师评价50%
终结考核
60%
笔试理论
50%
围绕课程核心内容，考查学生对理论知识的掌握
专业理论知识、文字表达能力
教师评价
 
综合实践
50%
学生以小组为单位完成综合项目
考察知识技能和操作技能，学生对知识的综合利用能力
学生自评
小组评价教师评价
 
合计
100%
 
3、教学条件
（1）充分利用我校实训中心的优势，在真实的工作情境中突出工学结合，选择典型的工作为实训任务，实现实训与生产相结合；
（2）校外实训基地
校外实训基地要求是具有一定规模的、拥有智能化信息平台架构的IT公司，从事智能终端技术服务的最佳。
完善立体的多媒体教学资源库。
教学资源库资源丰富，学生可以随时上网查看视频和课件等学习资料，提供学生和老师同学进行讨论交流的平台，有利于学生技能的提升。
（4）实践能力强、教学水平高的“双师”结构合理的专兼结合教学团队。
努力打造具有建立团队合作的机制，加强青年教师培养，积极开展教学研讨和教学经验交流，提升教学团队的执教能力；鼓励教师跟踪行业新技术发展，学习新技能，不断提高课程教学团队的技术服务与社会服务能力。
教师的能力要求：实施本课程教学的教师应具备项目实战经验，对传感器网络技术发展的前沿知识有深入的了解。熟悉无线传感网络建设的工作流程及调试方法。具有课堂组织、讲解、演示、合理选择教学方法的能力，具备课程教学设计与组织能力。能实施理论教学和实践教学，同时应具有强烈的工作责任心和认真负责的工作态度，建议选用具有丰富工程实践经历的“双师”素质教师担任教学，企业兼职教师担任实训教学。 
4、教材编选
1．教材编写
（1）必须依据本课程标准选用教材，教材应充分体现任务引领、实践导向课程的设计思想。
（2）教材应将本专业职业活动，分解成若干典型的工作项目，按完成工作项目的需要和工作项目要求，结合职业技能证书考证组织教材内容。引入必须的理论知识，增加实践实操内容，内容要具体，并具有可操作性。强调理论在实践过程中的应用。
（3）教材应图文并茂，提高学生的学习兴趣。教材表达必须精炼、准确、科学。
（4）教材内容应体现先进性、通用性、实用性，要将本专业新技术、新工艺、新设备及时地纳入教材，使教材更贴近本专业的发展和实际需要。
2．教材选用
书名：《无线传感网络技术与应用项目化教程》《传感网应用开发》
主编：杨琳芳     
出版社：机械工业出版社
出版日期：2019年12月。
参考教材
(1)唐宏.无线传感器网络原理及应用.人民邮电出版社,2010
(2)李晓维.无线传感器网络技术.北京理工大学出版社,2007
(3)彭力.无线传感器网络技术.冶金工业出版社,2010
(4)无线龙.ZigBee无线网络原理. 冶金工业出版社,2011
(5)杨黎.基于C语言的单片机应用技术与Proteus仿真.中南大学出版社，2012
(6)欧阳骏等.蓝牙4.0BLE开发完全手册.化学工业出版社，2014年
(7)姜仲等. ZigBee技术与实训教程—基于CC2530的无线传感网技术.清华大学，2014年.