《物联网技术与应用》《物联网导论》课程教案.docx

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《物联网技术与应用》《物联网导论》课程教案

教案

2018～2019学年第1学期

、

课程名称

物联网技术与应用（导论）

系（部）

物联网工程

教研室（实验室）

授课班级

—

主讲教师

职称

使用教材

物联网技术与应用

（

XXXXXX学院教务处制

二○一八年八月

教案（首页）

课程

名称

'

物联网技术与应用（导论）

总计：

学时

课程

类别

专业课

学分/学时

讲课：

学时

、

实验（践）：

学时

上机：

学时

任课

教师

职称

讲师

.

授课对象

专业班级：

基要本参教考材资和料主

教材：

《物联网技术与应用》，机械工业出版社

课

程

目

、

标

本课程是物联网工程专业的一门专业基础课，是通过理论和实践教学，主要让学生掌握物联网概论、物联网感知层技术、物联网网络层技术、物联网应用层技术、物联网信息安全技术以及物联网在各个领域的典型应用。

该课程帮助学生理解物联网的概念，开阔学术视野，启发学习兴趣。

教

学

重

点

及

难

}

点

1.物联网的基本组成，理解感知层、网络层、应用层的功能，了解物联网所需环境及面临的挑战；

2.感知层的概念、作用，理解常见传感器的类型、特征，了解传感器的语音，掌握不同类型传感器的工作原理，掌握传感器选择的一般原则。

3.无线传感器网络的特点、核心技术及协议，了解无线传感器网络应用。

4.物联网应用层的基本概念。

了解云计算与大数据在物联网中的应用。

注：

课程类别：

公共必修课、专业基础课、专业必修课、专业选修课、集中实践环节、实验课、公共选修课

物联网技术与应用课程教案

课次

1

课时

2

课型

（请打√）

理论课（√）讨论课（）

实验课（）习题课（）

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

@

第1章物联网概论（,）

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

了解物联网发展的社会背景与技术背景

掌握物联网定义与技术特征

理解物联网结构特点

理解物联网与互联网的区别与联系

教学重点及难点：

物联网定义与技术特征

《

教学基本内容

方法及手段

1.自我介绍。

2.介绍本门课程的学习目标，参考书籍。

3.介绍课程的考核方式

4.教学过程：

一、导入

1.从古至今，人们传递信息的方式有哪些这些传递信息方式都有哪些特点（突出现代工具为人们传递信息带来的方便与快捷等优点）

；

2.刚才我们了解了人与人之间的信息传递，那么，物体与物体之间又是如何传递信息的呢

3.播放视频，了解基本的物联网应用，及其物联网的发展情况。

学生思考、讨论、交流。

二、新授课程：

学习物联网。

1.介绍物联网概念

①教师提出任务：

学生自己总结概念。

②介绍物联网的三大特征。

感知物体、信息传输、智能应用。

③看图，提出问题：

通过图画你看懂了什么

]

想想现实中物联网有怎样的应用

经验交流：

把自己获得的物联网知识与大家分享。

2.了解物联网应用。

①初步了解物联网在各方面的实际运用。

②深入介绍，加深学生印象，使学生对物联网的应用有更加深入的了解。

教师适当讲解物联网在智能家电、智能交通、智能物流、智能电网、智能环保、智能医疗、智能工业、智能农业、智能安防方面的应用。

选取一个实际的例子重点进行介绍。

3.讨论：

物联网技术在社会生产和生活中得到了广泛的应用，举例说明物联网技术给你的生活带来了怎样的体验和变化

、

三、课堂小结

教师：

这节课同学们学习了物联网技术，了解了物联网技术的概念以及其在实际生活中的应用。

课后希望大家通过自己的观察、调查等相关的途径，更加客观清楚的认识物联网,了解物联网的技术应用，在生活实践中体验到物联网带给我们的方便和巨大作用。

案例讲解、

、

讨论及总结

作业布置

·

1.课下上网了解物联网的相关知识，预习下堂课的内容。

2通过实地观察、调查或网络搜索等途径，了解周边物联网技术的应用。

教学后记：

通过本次课的学习，学生对物联网有一个直观的了解，能够知道物联网的概念和应用领域。

课次

2

课时

￥

2

课型

（请打√）

理论课（√）讨论课（）

实验课（）习题课（）

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

第1章物联网概论（~）

，

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

了解物联网发展的社会背景与技术背景

掌握物联网定义与技术特征

理解物联网结构特点

理解物联网与互联网的区别与联系

教学重点及难点：

物联网定义与技术特征，物联网的体系结构

教学基本内容

~

方法及手段

一、复习上节课内容，导入新课（设疑法、提问法）

可采用提问的方式复习上节课内容，然后接着讲述本节课的教学内容

二、新课教学（讲解法、提问法、示范法）

1.物联网的概念：

简单的理解让物与物之间会感应会说话；“在互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。

（具体概念省略）

2.物联网的发展：

1995年，BillGates在《未来之路》中提及物联网概念；

至今，中间具体内容省略。

）

物联网在国内的发展：

互联网、物联网与泛在网的之间的关系

给学生5分钟时间讨论

3.物联网体系架构

分为三层：

即感知层、网络层和应用层。

分为四层：

即感知层、传输层、服务管理层（也称智能层）和应用层。

本质上讲这两种分法都是一样的。

4.关键技术

￥

（1）感知与识别技术

（2）通信与网络技术

（3）云计算技术

（4）中间件技术

7.物联网的应用

三、课堂小结

作业布置：

]

上网了解物联网框架结构的相关知识。

预习下堂课的内容

通过本次课的学习，学生对物联网有一个直观的了解，能够知道物联网的框架结构。

课次

3~4

课时

4

课型

）

（请打√）

理论课（）讨论课（）

实验课（√）习题课（）

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

物联网基础实验

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握CC2530的IO口寄存器设置，掌握LED自动闪烁编程方法。

￥

教学重点及难点：

CC2530的IO口寄存器设置

教学基本内容

方法及手段

课程概述

CC2530 单片机具有 21 个数字输入/输出引脚，可以配置为通用数字 I/O 或外设 I/O信号，可配置为连接到 ADC、定时器、SPI 或串口外设。

这些 I/O 口的用途，可以通过用户软件配置一系列寄存器实现。

本实验用到 P0 口和 P2 口，两个口的设置类似。

以下以 P0 口为例，寄存器主要有P0（数据）、P0SEL（功能选择）、P0DIR（方向选择）和 P0INP（输入模式选择）；每个寄存器都可以位寻址，下面表格列出了各个寄存器的定义和复位值。

P0 （P0 口寄存器）

复位后 P0=0xFF，对 P0 口进行操作前，一般要先设置好 P0SEL、P0DIR 和 P0INP

'

寄存器。

P0SEL （P0功能选择寄存器）

复位后 P0SEL=0x00，即 P0 口为普通 IO 口。

如果要为外设功能，把相应位设为 1即可。

外设功能主要包括：

ADC 转换，串口，SPI 口，定时器，DEBUG 调试口等。

 P0DIR （P0方向选择寄存器）

复位后 P0DIR=0x00，即 P0 口为输入。

如果要为输出，把相应位设为 1 即可。

复位后 P0INP=0x00，即 P0 口为上拉/下拉，具体由 P2INP 寄存器的位 PDUP0 指定：

PDUP0=0 为上拉；PDUP0=1 为下拉。

如果要为三态，把相应位设为 1 即可。

2、相关电路图

板上有 1 个电源灯（D4），两个状态灯（D2 和 D3），电路如下图所示：

CC2530 接口电路发光二极管驱动电路

;

当  输出低电平时，发光二极管 LED1 点亮； 输出高电平时，发光二极管LED1 熄灭。

当  输出低电平时，发光二极管 LED2 点亮； 输出高电平时，发光二极管LED2 熄灭。

案例讲解、

多媒体讲解

…

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

书中练习

教学反思：

学生的应根据自己的兴趣多思考用物联网能够解决哪些问题。

（

课次

5

课时

2

课型

（请打√）

理论课（√）讨论课（）

实验课（）习题课（）

-

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

第2章物联网感知层技术（,）

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

了解射频识别系统技术概念发展，掌握其工作原理，掌握其特点和应用领域

教学重点及难点：

射频识别系统技术的工作原理和应用领域

教学基本内容

`

方法及手段

一、复习上节课内容，导入新课（设疑法、提问法）

可采用提问的方式复习上节课内容，然后接着讲述本节课的教学内容

二、新课教学（讲解法、提问法、示范法）

1.相关概念：

RFID是射频识别技术的英文（RadioFrequencyIdentification，RFID）的缩写，即射频识别。

常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。

2.介绍RFID系统组成的各个部分

（1）标签

`

（2）天线

（3）读写器

（4）主机

的分类与原理RFID的工作原理：

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当RFID进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量被激活，将自身编码等信息通过内置发送天线发送出去，系统接收天线接收到标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。

的典型应用：

RFID技术广泛应用在社会生产生活各领域。

日常生活中我们经常要使用各式各样的数位识别卡，如信用卡、电话卡、金融IC卡等。

大部分的识别卡，都是与读卡机作接触式的连接来读取数位资料，常见方法有磁条刷卡或IC晶片定点接触。

射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100ms。

证件管理、RFID电子门票、高速公路自动收费及交通管理、门禁保安、生产线自动化、防伪

-

三、课堂小结

案例讲解、

多媒体讲解

]

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

总结日常生活中所见到的RFID技术，说明其类别。

教学反思：

通过本次课的学习，学生对RFID中所用的识别技术有了解，能够在日常生活中掌握条形码、磁条卡、IC卡的优缺点和应用领域。

课次

6

课时

2

课型

（请打√）

理论课（√）讨论课（）

实验课（）习题课（）

'

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

第2章物联网感知层技术（,）

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

熟悉各种传感器及其应用领域,2.了解湿度传感器。

教学重点及难点：

传感器及其应用领域

教学基本内容

；

方法及手段

1.回顾上节课内容，介绍本节课的学习任务

2.新课教学（讲解法、提问法、示范法）

一．传感器相关概念

传感技术是物联网的基础技术之一，是自动检测和自动转换技术的总称，处于物联网构架的感知层。

传感器是一种能把特定的被测信号，按一定规律转换成某种“可用信号”输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

所以，传感器又经常称为变换器、转换器、检测器、敏感元件、换能器等。

顾名思义，传感器的功能包括感和传，即感受被测信息，并传送出去。

根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即：

敏感元件、转换元件、转换电路.

二、温度传感器 

大家一起看看书上的介绍。

能够探测物体温度及其变化并转换成电信号的电子器件叫作温度传感器。

}

大家思考一下，温度传感器的作用很明显和红外线相同是用来探测温度的，那么它能用在什么方面呢 

三、湿度传感器 

在天气预报中，经常会出现温度和湿度的预报，这是因为对种植业来说，湿度和温度同样重要。

湿度指的是什么有同学知道吗 

原来我们的空气，是有一定的水汽，水汽的多和少对环境还是很有影响的，这也是很多铁制品，在放置一段时间后，会生锈的原因，那么怎么样的湿度是适宜的呢，我们一起来看看书上的介绍。

温度不控制，对生活的影响大家很容易感受到，那么湿度如果不控制，对我们的生活是否有影响呢

四、红外传感器

1.大家知道或者了解红外线么 

2.什么东西可以发出红外线呢，人体可以么 

（

学生思考、讨论、交流。

3.认识红外线传感器 

①阅读课本，初步认识红外线传感器。

②指名学生说出红外线传感器的操作特点。

③深入介绍，加深学生印象，使学生对物联网的应用有更加深入的了解。

案例讲解、

】

多媒体讲解

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

《

通过书本和网络总结常见的传感器，并说明其作用

教学反思：

通过本次课的学习，学生能够掌握传感器的慨念，并能知晓日常生活中常见传感器的作用。

课次

7，8

课时

4

【

课型

（请打√）

理论课（）讨论课（）

实验课（√）习题课（）

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

传感器采集实验

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

"

掌握人体感应传感器的操作方法；

掌握人体感应传感器采集程序的编程方法

教学重点及难点：

编写人体感应传感器采集程序

教学基本内容

方法及手段

1.人体感应传感器介绍

采用基于人体热释传感原理的人体感应传感器模块。

开关信号输出，当有人靠近时，输出高电平，无人靠近时输出低电平。

》

2.人体感应传感器的接口电路

人体感应传感器的接口电路如下图所示。

通过CC2530的IO口，采集人体感应传感器的开关输出状态，从而感知是否有人靠近。

人体感应传感器接口电路

R12和R15组成分压电路，将人体感应传感器输出的5V高电平信号分压到CC2530可接受的电平标准。

【实验步骤】

连接好仿真器，及带传感器1扩展板的通用调试母板；

]

参照IAR安装及使用说明中的步骤“如何新建一个工程->添加配置->添加文件->编译链接->下载调试运行”的过程，新建一个工程ManSensor，添加相应的文件，并修改ManSensor的工程设置；

创建并加入到工程ManSensor中；

编写程序,并进行编译，成功后，下载并运行.

人靠近或离开人体感应传感器，观察通用调试底板上的D2、D3发光二极管的亮灭变化。

实验小结

!

案例讲解、

多媒体讲解

:

@

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

书中练习

教学反思：

学生的应根据自己的兴趣多思考用物联网能够解决哪些问题。

课次

<

9

课时

2

课型

（请打√）

理论课（√）讨论课（）

实验课（）习题课（）

其他（）

·

授课题目（教学章、节或主题）：

第3章　物联网网络层技术（）

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

了解物联网网络层的基本概念

了解计算机网络技术的发展与应用

了解移动通信网技术发展

5G与NB-IoT技术发展对物联网的影响

教学重点及难点：

'

物联网网络层的基本概念

教学基本内容

方法及手段

1.回顾上节课内容，介绍本节课的学习任务

2.新课教学（讲解法、提问法、示范法）

从基于RFID技术的智能物流系统网络结构中分析物联网网络层的基本功能

物联网网络层的功能主要是：

连接感知层与应用层，正确传输感知层的数据与应用层的控制指令，保证数据传输的安全性

要实现在任何时候、任何地点与任何一个物体之间的通信，物联网的通信与网络技术必须从传统的有线、固定节点通信方式为主，向移动、无线通信为主的方向扩展

网络层为物联网与云计算、大数据、智能技术的交叉融合，物联网与工业、农业、交通、医疗、物流、环保、电力等不同行业的跨界融合提供了通信环境和信息交互的平台

计算机网络技术的应用与发展

1互联网的研究与发展

分组交换技术三个重要的概念

2.互联网的发展

3.TCP/IP协议与物联网的发展

TCP/IP协议是互联网的核心协议；网络层IP协议有两个版本：

IPv4与IPv6

IPv4的地址长度为32位，目前IPv4地址全部分配完毕

#

IPv6的地址长度定为128位，因此IPv6可以提供多达超过2128（×1038）个地址

案例讲解、

多媒体讲解

.

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

书中练习

教学反思：

学生的应根据自己的兴趣多思考用物联网能够解决哪些问题。

课次

[

10

课时

2

课型

（请打√）

理论课（√）讨论课（）

实验课（）习题课（）

其他（）

—

授课题目（教学章、节或主题）：

第3章　物联网网络层技术（,）

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

了解物联网网络层的基本概念

了解计算机网络技术的发展与应用

了解移动通信网技术发展

5G与NB-IoT技术发展对物联网的影响

教学重点及难点：

{

了解移动通信网技术发展

教学基本内容

方法及手段

1.回顾上节课内容，介绍本节课的学习任务

2.新课教学（讲解法、提问法、示范法）

计算机网络的分类与特点

1.计算机网络的分类方法

按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为5种基本的类型

2.广域网（WideAreaNetwork，WAN）

;

3.城域网

4.局域网（LocalAreaNetwork，LAN）

5.个人区域网（PersonalAreaNetwork，PAN）

6.人体区域网（BodyAreaNetwork，BAN）

无线个人区域网结构

移动通信网技术的研究与发展

蜂窝系统的基本概念

1.大区制通信的局限性

2.小区制的基本概念

、

大区制与蜂窝结构的区别

小区制的特点

3.无线信道与空中接口

4.M2M技术及其在物联网中的应用

移动通信网M2M应用发展

移动通信技术与标准的发展

5G与物联网

1.5G的需求与推动力

@

2.5G的技术指标

5G与物联网

NB-IoT与物联网

NB-IoT应用示例

案例讲解、

%

多媒体讲解

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

书中练习

&

教学反思：

学生的应根据自己的兴趣多思考用物联网能够解决哪些问题。

课次

11

课时

2

;

课型

（请打√）

理论课（）讨论课（）

实验课（√）习题课（）

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

无线传输基础实验

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

：

1.学习ZStack协议栈OSAL层的概念及代码运行流程。

2．学习如何修改Z-Stack协议栈程序以实现无线数据收发。

教学重点及难点：

ZStack协议栈OSAL层的概念

教学基本内容

方法及手段

网络信道及PANID

Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其硬件基于CC2530单片机的RF无线收发器。

Zigbee协议根据IEEE通信规范工作于频段在，并且向上分了16个频段（channel）作为通信时的通道。

<

PANID：

私有网络ID号，这个为了区别同一通道下工作的不同私有网络。

这两个选项在ZStack协议栈中定义，在我们编译协议栈时确定，然后Zigbee设备启动后建立网络时会安装我们编译时确定的这两个选项组建一个私用网络。

设备类型：

协调器：

负责网络组建、维护、控制终端节点的加入等。

路由器：

负责数据包的路由选择。

中的配置文件决定，在相应的配置文件中有不同的宏定义，这些宏定义控制着ZStack协议栈程序实现不同的功能。

设备地址

ZigBee设备有两种类型的地址。

一种是64位IEEE地址，即MAC地址，另一种是

16位网络地址。

16位网络地址是当设备加入网络后分配的。

它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据。

其中，协调器的网络地址为0x0000：

\

通信方式广播、单播、组播

在Zigbee网络中的设备发送数据时，除了网络地址外，还要指定地址模式参数。

地址模式参数在ZStack协议栈中定义如下：

一般我们使用较多的是单播和广播模式：

Unicast（单播）是标准寻址模式，它将数据包发送给一个已经知道网络地址的网络设备。

将afAddrMode设置为Addr16Bit并且在数据包中携带目标设备地址。

当需要将数据包发送给网络的每一个设备时，使用广播（broadcast）模式，地址模式设置为AddrBroadcast，广播特殊地址为：

NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVALL（0xFFFF）或0XFFFD0XFFFC。

案例讲解、

》

多媒体讲解

.

讨论及总结

作业、讨论题、思考题：

书中练习

教学反思：

学生的应根据自己的兴趣多思考用物联网能够解决哪些问题。

：

课次

12

课时

2

课型

（请打√）

理论课（）讨论课（）

|

实验课（√）习题课（）

其他（）

授课题目（教学章、节或主题）：

传感器无线传输应用实验

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.学习如何读取传感器数据并将其通过无线发送到网关。

2．学习如何修改Z-Stack协议栈程序以实现传感器数据读取及发送功能。

教学重点及难点：

:

读取传感器数据并将其通过无线发送到网关

教学基本内容

方法及手段

1、基本原理

Zigbee是基于标准的低功耗个域网协议。

根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率、低成本。

主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

对于Zgibee的应用其关键技术就是通过zigbee无线通信技术，实现上位机程序与zigbee节点上的传感器之间的数据通信。

我们简化其通信模式如下：

2、程序功能介绍

'

本实验基本流程：

协调器建立Zigbee无线网络，终端节点自动加入该网络中，然后终端节点周期性地采集温度数据并将其发送给协调器，协调器收到温度数据后，通过串口将其输出到用户PC机。

无线温度实验流程图如图：

3、工程代码分析

本章Sensor