物联网感知层综合实训教学平台搭建及教学过程设计

杨欣

【摘要】本文设计了一个物联网感知层综合实训的教学案例，文章内容包括：物联网感知层构成和工作原理;综合实训教学设计思路;物联网感知层实训项目教学过程设计;旨在提高学生综合应用知识和动手的能力的学习拓展部分。

【关键词】物联网;感知层;综合实训;教学设计

1概述

1.1物联网感知层概述

物联网架构由感知层、网络层和应用层组成。感知层通过各类传感器、射频识别（RFID）、二维码扫描和智能装置等感知设备获得现场各类信息，这些信息由网络层的相应传输网传送给远端应用层的对应应用处理系统进行信息分析和处理，得到处理结果在应用端显示，若应用系统分析收到的信息得出需要进行某种操作的结果，则发出操作指令，通过网络层相应传输网把操作命令送达感知层的对应执行器，执行器依据命令驱动对应设备做指定操作。例如，温度传感器把现场温度数据传给应用系统，应用系统分析温度数据得出温度高于设定值，需要启动降温操作的结论，即根据预定降温策略，发送指令给对应的执行器，执行器依据命令启动对应设备降温。当收到温度传感器不断传来的新数据，发现温度值已进入预设的正常区间，即发送停止命令，对应设备停止降温操作。

可见，物联网感知层由采集数据的各类传感器、驱动完成某种操作的执行器和实现本区域各设备互连的通信设备组成。物联网感知层就像人的眼耳鼻和手。

1.2设计概述

物联网的迅猛发展和广泛应用，势必对物联网技术人才有极大的需求，为此很多学校开设了物联网专业。从我们职业技术学院的层次和培养目标来看，我们的学生将来从事物联网方面工作的工作场景通常是在物联网感知层。所以学生们熟练的掌握各类传感器、数据采集器、执行器和物联网感知层通信设备的安装调试及故障分析判断排除的技能非常重要。通过全面且有效的练习是实现这个目标的主要途径。为此，希望通过这个设计实现以下目的：

（1）设计并搭建物联网感知层综合实训教学平台

根据教学需求设计使用哪些传感器、数据采集器、执行器和物联网感知层通信设备，设计各器件的安装布局，以搭建物联网感知层综合实训教学平台。

（2）教学实施过程设计

根据本实训课程的目的、要求和内容，确定实训项目。

（3）制作课件

制作各类设备的原理结构、安装调试及故障分析排除的教学视频、PPT等教学课件，这样，每个实训项目有恰当的教学实施过程设计和相应教学课件，利于学生得到更好的训练。

（4）建立教学资源库

建立教学资源库，库里包含：实训项目计划（在清单中指明每项实训用到的资料名称和代码）;用资料名称和代码命名的课件。這样，教师可方便的利用教学资源库进行教学，学生可借助教学资源库自学、复习和实操，从而缓解因为实训学生和实训项目较多，指导教师难以充分指导的困难，同时促进学生自主学习并提高实训效益。

2.感知层设备和实训布局

感知层设备和实训布局如图1所示，通过这个图，可知道实训操作需要哪些器件，有哪些操作项目，同时按照这个图来进行安装调试，可保证实训项目不会漏和重。

图1 设备布局图

3.物联网感知层实训项目教学过程设计

我曾经负责过物联网感知层实训课程的教学，观察到因实训项目较多，用到的知识和资料多而繁杂，学生时常会碰到已练过的操作记不起来如何操作了，又不知道该看哪个资料来复习，或者进入新项目却不知道该看哪个资料来学习。学生多、项目多，老师难以做到给予碰到问题的学生及时指导。鉴于这种情况，经过对前面经验的总结、反思和分析，在此提出用实训课程计划表和和教学资源库相配合的方法来教学。

3.1实训项目教学过程设计

本课程拟按64个课时计做计划，实训课程计划见表1，在表中列出本课程需要完成的实训项目及每个实训项目的教学内容、所用学时、涉及的资料编号和学习时间。每个项目都指示出其所用到的在“教学资源库”里的资料代码，学习该项目时，按照课程计划表给出的资料代码即可找到本项目的学习资料。这样，教师可方便的利用教学资源库进行教学，学生可借助教学资源库自学、复习和实操，从而缓解因为实训工位和实训项目较多，指导教师难以充分指导的困难，同时促进学生自主学习并提高实训效益。

3.2建立教学资源库

依据实训项目所要完成的内容，对每个项目收集、制作和整理该项目操作所用到的知识，形成对应的文档、视频和PPT等教学课件。我已完成了教学计划中所有项目的课件，但在此无法提交课件。这里给出我制作的教学资源库目录，和其中02部分的子目录，供读者参考。教学资源库目录见图2，02部分的子目录见图3。

4、学习拓展

可通过完成一个大作业的形式来拓展学生的学习，并把这个作业作为本课程考核的一个部分，以期提高学生综合应用知识和动手的能力。下面是我设计的一个大作业和评分标准的例子。

大作业题目及评分标准：（共完成4个项目，总分100分。）

1、简述物联网架构。（10分）

2、分别选取本课程介绍的传感器、执行器和通信设备各一件说明其安装调试方法或过程（共15分）

传感器---------5分执行器-----------5分通信设备--------------5分

3、说明使用串口工具来验证底层连接是否正确的原理和方法（共10分）

验证底层连接是否正确的原理-------------5分验证底层连接是否正确的方法----------------5分

4、应用本课程介绍的传感器、执行器和通信设备，设计一个综合应用，给出系统框图和连线图并说明系统功能和实现原理（提示：例如设想一个智能家居的应用：温湿度控制、光照控制、煤气泄露报警、空气质量监测报警、防盗报警等;本题应有以下部分：应用场景、系统功能描述、系统实现框图、连线图、器件选用、功能实现原理说明、系统功能实现总述）。（共65分）

应用场景合适-------------------5分系统功能描述准确完整-------5分系统实现框图合理---------10分

连线图正确合理可行--------10分器件选用恰当-------------------20分功能实现原理说明---------10分

系统功能实现总述------------5分

参考文献：

[1]林若波.传感器技术与应用[M].北京：清华大学出版社.

[2]许毅.RFID原理及应用[M].北京：清华大学出版社.

[3]北京新大陆时代教育科技有限公司.智慧社区工程应用实训教程.

[4]熊保松，李雪峰，魏彪.物联网NB-IOT开发与实践.北京：人民邮电出版社.