物联网感知层模块实践教学研究.docVIP

物联网感知层模块实践教学研究 　　摘要摘要：感知层是物联网的基础和核心，知识面广、课程难度大。为了提高感知层实践教学效果，提出了以系统设计能力为主线的实践教学系统，给出了核心课程的实践教学内容、要求和特色。经过多年的教学实践表明，该实践教学体系科学合理，有助于提高学生动手能力和创新能力。 　　关键词关键词：物联网；感知层；实践教学体系；课程群 　　DOIDOI：10.11907/rjdk.162176 　　中图分类号：G436文献标识码：A文章编号文章编号2017）001019703 　　引言 　　物联网可分为感知层、网络层、数据处理层和应用层。感知层位于系统的最底层，完成对现实世界信息的采集与汇聚，是物联网系统的核心[1]。目前，大部分高校针对感知层模块开设的课程多、时间跨度大，学生在学习这些课程时，困难多、兴趣低、动手能力和设计能力差。为了改变这种教学现状，对物联网工程专业实践教学体系进行模块化分解，将实践教学体系分为：认知实践教学模块、程序设计与算法分析实践教学模块、感知层实践教学模块、网络层实践教学模块、数据处理层实践教学模块和应用层实践教学模块。根据各模块的教学目的，有针对性地开展实践教学，强化学生的知识综合运用能力、动手能力和设计能力。本文主要介绍感知层实践教学模块。 　　1感知层主要技术 　　感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分。感知层首先通过传感器、RFID等设备采集外部世界的数据，然后通过ZigBee、WIFI、现场总线等技术将数据传输给网关设备。感知层主要技术包括：传感器技术、RFID技术、嵌入式技术、ZigBee技术等[2]。传感器是一种检测装置，通过敏感元件将检测的信息按照一定规律变换成电信号输出。RFID是一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息识别物体。嵌入式技术是让物体具有“智慧”的一种关键技术，是将计算机直接嵌入到应用系统中，融合了计算机硬件技术、软件技术、微电子技术和通信技术等。ZigBee是一种短距离无线通信技术，具有功耗低、网络容量大、网络自组织能力强等特点[3]，在物联网中发挥着重要作用。 　　2感知层实践教学目的及内容 　　感知层实践教学的目的是能够根据实际需要，设计出科学合理的数据采集系统。一个完整的数据采集系统一般分为数据采集节点和嵌入式网关。数据采集节点负责数据采集，一般由传感器、单片机和无线通信接口组成。嵌入式网关是数据采集网络与外部网络的桥梁，负责数据的汇聚、处理和远程通信。从学生学习角度来看，主要掌握硬件开发技术和数据采集技术。信阳师范学院针对感知层开设的课程有：电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、微机原理与接口、嵌入式系统、信号系统、传感器技术、无线传感网络、数据采集技术、 射频识别技术、ZigBee技术等课程。依据课程间的相互关系和实践教学目的，该模块实践教学可以细分为硬件课程群和数据采集课程群。 　　3硬件课程群实践教学实施方案 　　该课程群包括电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、微机原理与接口和嵌入式系统5门课程，主要使学生掌握计算机硬件系统的结构和工作原理，使学生具有计算机系统硬件开发能力和针对具体硬件进行软件开发的能力。从知识体系结构上来看，电子线路和数字逻辑是基础知识层，让学生系统学习各类半导体器件、门电路、组合逻辑电路、集成元器件的基本原理和使用方法，使学生具备设计基本的放大电路、脉冲数字电路和运用现代电子技术设计数字电路的能力。计算机组成原理和微机原理与接口是基本原理层，主要让学生掌握计算机的组成原理、体系架构、指令系统、编程方法和接口技术，其中计算机组成原理侧重各个部件工作原理，微机原理与接口侧重于各个部件的应用。嵌入式系统是应用层，主要让学生掌握C51单片机、ARM微控制器的工作原理及使用，能够根据实际需要，设计出硬件电路，并针对硬件进行软件开发[4]。在以往的教学中，教师只注重本门课程知识的讲解，忽视了各门课程间的相互联系，以致于学生在学习基础知识课程时，不知道该门课程到底有何用处，在学习基本原理课程时，觉得上课内容枯燥乏味，以致学生基础不扎实，等到上应用课程时，又觉困难重重，教师不得不复习以前的基础知识和基本原理，导致课堂效率低、教学质量不高。为了改变这种现状，将这些课程作为一个系统并划分知识点，重新修改各门课程的教学大纲和实验大纲，对相互联系、交叉、重迭的教学内容进行优化整理，实现了课程间的无缝衔接，形成了一套前后衔接合理、重点突出、层次分明的课程体系。实践教学即要体现本门课程的教学重点，又要体现出该门课程在硬件课程群中的作用。为了培养学生的创新能力，每门课还增加了设计型和综合型实验。硬件课程群实践教学如表1所示。 　　VGA接口??验通过采用CPL