第二章 物联网知识体系

物联网是一个综合性学科,融合了微电子、电子信息、计算机、软件、通信等各个学科的知识点,同时还具有众多本学科的专有知识点,我们以物联网的技术体系结构为线索,对物联网的教学知识点进行了梳理。对于物联网专业而言,需要尽量完成以下知识点的大部分内容的普及教学。学生则可根据自己的兴趣、职业规划,选择其中的一两个知识体系进行深入学习掌握,对其它的知识点需要有较为详细的了解,如此一来,在以后的就业中就不存在问题。

物联网从技术上划分,包含感知层、网络层、平台层和应用层,具体知识体系如下:

技术层面 知识体系 知识点
应用层 物联网应用 智能家居应用开发 智慧城市应用开发 智慧农业应用开发 智能交通应用开发 智慧工厂应用开发 智慧医疗应用开发 智慧社区应用开发 智慧养老应用开发 智能制造应用开发 智能产品应用开发
物联网系统维护 物联网应用系统基本知识 物联网常用设备及部件使用 物联网系统故障定位
移动互联网技术 移动设备硬件开发 Android 嵌入式编程 移动互联网 APP 开发 Web应用开发 HTML5 JavaScript Web App
平台层 物联网云服务 物联网中间件 数据中心技术 虚拟化技术 物联网大数据技术
MQTT 服务器技术 物联网云计算应用开发
数据库技术 大数据技术 数据库编程 数据库安全 物联网数据服务 MQTT 物联网数据协议
物联网信息安全 无线传感网通信加密技术 网关加密及验证技术 数据库信息安全
网络层 智能网关 Linux 操作系统 Linux 网络 M2M MQTT TCP/UDP 网关服务
网络技术 局域网技术 工业以太网技术 网络服务器 网络编程
ZigBee 技术 ZigBee2007 协议栈 ZigBee SOC 开发 CC2530 应用开发 基于 ZigBee的无线传感网设计
蓝牙 BLE 技术 蓝牙 4.0 BLE 协议栈 蓝牙节点设计蓝牙组网设计 蓝牙 SOC 编程开发
Wi-Fi 技术 Wi-Fi 协议栈 Wi-Fi 节点设计 Wi-Fi嵌入式编程 Wi-Fi 通信协议设计 Wi-Fi 组网设计
NB-IOT 技术 NB-IOT 协议 NB-IOT 节点设计 Contiki 系统应用开发 AT 指令 NBIOT 应用设计
感知层 微处理器技术 51 处理器开发 STM32 处理器开发 单片机及接口技术 传感器微操作系统 电源管理技术
感知执行 常用传感器原理 传感器数据采集及处理 电机驱动控制 开关类设备驱动控制 常见控制器技术
RFID技术 RFID 原理 RFID 频段及 ISO 指令集 RFID 标签技术 一维码技术 二维码技术

第三章 人才培养

物联网是一个新的巨型产业,物联网专业属于信息类工学学科,是一个新的复合型的专业方向。根据大学生人才素质的分析,学生能力成纺锤型布局,中等能力的人才占据多数,这恰恰也是物联网企业人才需求的分布。在整个物联网的人才培养的方案设计上,应该根据人才的需求做好课程体系设计,并根据人才分布选择专业方向。
根据企业用人需求,对人才的要求分布如下:

岗位分类 就业比例 岗位要求 就业规划
信 息 学 科 基本素质培养 5% 学习通识课程、工科基础、大学生素质培养课程,掌握信息类基本技能、文档写作、表达能力、团队协作、纪律修养 信息学科类市场、销售、文案、招投标、助理等初级工作
物 联 网 初 级工程师培养 25% 学习物联网核心课程,具备初级的开发能力。 掌握嵌入式、传感、网络等技能,对物联网整体知识架构有全局的认知和理解 物联网行业方向的项目实施、系统集成、项目运维、需求分析、售前售后、技术营销、物联网初级开发等专业型工作
物 联 网 嵌 入式/智能产品开发 25% 学习嵌入式 / 感控 / 网络专业课程,具备系统嵌入式软硬件开发,智能产品开发,物联网网络开发,系统集成及设备选型,运维和调试能力 物联网/嵌入式行业方向的嵌入式软件开发、智能产品开发、智能传感器、嵌入式硬件设计、项目主管、技术支持等专业型工作
物 联 网 软 件开发 / UI 设计 / 测试 30% 学习物联网应用开发/软件测试专业课程,具备程序编程能力和软件开发能力。掌握 android、 html5、 ui 等应 物联网/移动互联网行业方向的UI 设计、 android 应用开发、webhtml5 前端应用开发、软件测试
物 联 网 高 级开发工程师 10% 具备物联网软硬件核心技能,掌握整理系统架构。具备数据库,网络,后台设计等开发能力 物联网高级开发、架构师……

第四章 岗位分析

唯众在全国范围以物联网企业作为样本,进行调研分析,充分认识物联网企业对人才的真正需求,提出了一套物联网岗位人才需求模型。高校进行物联网培养方案设计的时候,要充分的考虑物联网产业对人才的需求构成。物联网专业学生必须在学习过程中培养出企业所需要的能力模型,能够顺利开展工作,才能具有良好的就业竞争力。

根据人才培养定位和物联网产业链分析,物联网专业的学生就业可以概况为五大类,具体如下:信息类学科市场、销售、文案、助理的初级工作,物联网行业方向的项目实施、系统集成、项目运维、需求分析、售前售后、技术营销、物联网初级开发等专业型工作,物联网/嵌入式行业方向的嵌入式软件开发、智能产品开发、智能传感器、嵌入式硬件设计、项目主管、技术支持等专业型工作,物联网/移动互联网行业方向的 UI 设计、android 应用开发、 web html5 前端应用开发、软件测试等专业型开发测试类工作,物联网高级开发、架构师……

相关人才岗位要求和工作职责如下:

第五章 专业方向

物联网工程是近十年信息产业发展而生的新兴工科专业, 专业代码: 080905,本专业是一个多学科交叉、高度集成的专业,涉及计算机科学与技术、电子信息技术、通信工程、控制科学与工程等多个学科。

培养目标:

本专业旨在培养德智体全面发展,具有良好的科学素养和文化修养,系统地掌握本专业的基础理论、基本方法和基本技能,受过科学研究与实际应用的初步训练,具有基本的计算思维能力、物品智慧化设计能力、物联网规划设计与实施能力、系统能力及一定的创新能力,能够在物联网领域从事科学研究、工程设计、应用开发、运营管理等方面的复合型专门人才。

专业特色:

本专业显著特点是多学科交叉、关联领域广、知识更新快。

本专业主要从事信息感知、异构网络互联、融合与数据传输、计算机智能控制、物联网软件设计、物联网应用技术等方面的研究,并学习和探讨这些领域的开发、应用的关键技术。

培养要求:

  • 毕业生应具有良好的科学素质,系统掌握本专业基本理论、 基本知识和基本技能;
  • 受到良好的科学思维和科学实验的基本训练;
  • 对物联网及相关学科的新发展及应用前景有所了解;
  • 对物联网的相关技术具有应用能力和初步设计能力;
  • 熟练应用各种感知与识别设备、物联网建网技术及数据处理技术;
  • 具有在相关领域跟踪、发展新理论、新知识、新技术,具有较强适应社会的能力;
  • 能熟练掌握一门外国语,能阅读本专业的外文资料;
  • 毕业生具有一定的研究、应用、开发、管理及分析、解决一般实际问题的能力。

专业方向:

物联网软件与服务方向: Java程序设计、数据结构、数据库、算法设计与分析、软件工程、移动应用开发、Web 技术、可视化编程、物联网中间件、物联网与信息服务、物联网工程应用、人工智能、数据挖掘、图形与图像、语音识别。

物联网感控与网络方向:数字电路与逻辑设计、单片机原理与应用、嵌入式接口技术、传感器技术、射频识别技术与应用、现代无线传感器网络、网络安全技术、物联网工程与组网技术、嵌入式微操作系统、物联网工程规划与设计。

第六章 实训室建设目标

物联网工程专业的培养目标是培养掌握基础理论知识、掌握物联网核心技术、精通物联网系统及部件应用、物联网知识面宽、动手能力强、适应各种岗位工作的应用型及研发型人才,从事物联网核心部件开发、技术应用、系统搭建、系统维护升级、解决方案设计等工作。

由于物联网知识体系的庞杂性、应用性、实践性等特点,实验室和实训基地在教学过程中起的作用远比其他学科来的重要。在进行基本理论知识教学之后,实验室能够提供给学生动手实践的平台,将理论知识转为实际操作;为学生提供一个真实拟真的物联网环境,掌握各种物联网设备、部件、系统的原理、技术和运用唯众结合企业人才需求,从基础、实训、创新、应用、科研“五维”角度为专业学科建设提供软硬件平台及教学实验环境的支撑。

基础实验:满足物联网专业知识点的基础实验学习,覆盖感知层、网络层、网关层、平台层、应用层的教学实验,主要通过实验箱、开发板等常规设备实现。

工程实训:满足物联网专业知识点到知识面的综合实训练习,每一个实训实验都能够基本覆盖物联网的全部知识点,能够横向掌握物联网工程系统的完整开发流程。主要通过实训台、实训工位、实训套件及各种物联网应用场景的项目实训台等设备实现。

创新创客:满足物联网专业对人才创新能力的培养,结合行业的各种实际应用需求,深度掌握核心技术,从纵向对应用难点的创新和突破。创新实验设备提供更加开放的提供设计性功能,设备形态更加接近实际工程应用产品,同时能够满足其他不同学科的交叉性知识内容。

行业应用:通过实际的物联网工程案例及样板模型,让学生能够更好的认知和体验物联网场景,比如智能家居体验厅、智慧农业沙盘、智慧交通沙盘、智慧医疗工作站等。同时可以结合地方发展特色,引入更加本地化的工程应用场景。

科研中心:依托物联网专业建设,形成以老师团队为带头,企业技术协助,学生创业团队为辅的产学研究中心。通过构建区域化的物联网接入云平台和大数据接入平台,为周边企业和单位提供项目支撑。

第七章 实训室总体规划

物联网教学实训主要用于对物联网核心课程的知识点学习,能够服务于相关课程的实验和实训需求。

核心课程主要针对学科基础技术的培养,掌握物联网概论,传感器和RFID 等感知设备认知和开发,ZigBee/Wi-Fi/蓝牙等无线网络的配置、维护和开发,物联网互联接入及存储,物联网应用层软件开发,物联网产品整合等基本知识。

核心课程采用全模块化的实验箱教学产品进行实验,具备优良的教学实验特性:全模块化的设计、开放式的硬件接口、开源的实验代码、完整的教学资源、贴心的售后服务。

基础实验室须满足以下核心课程的实验、实训内容:

类别 课程 内容
感知实验室 《单片机与嵌入式》
《传感器应用技术》
《物联网识别技术》
《传感器微操作系统》
满足单片机、嵌入式、传感器、射频识别等物联网感知层技术的知识点教学
网络实验室 《物联网无线通信技术》
《无线传感网协议》
满足ZigBee、BLE、Wi-Fi、NB-IOT、LTE等物联网传感网技术的知识点教学
《Linux 操作系统》
《物联网智能网关》
满足嵌入式Linux、智能网关、 M2M技术等物联网网关层技术的知识点教学
应用实验室 《Android 应用技术》《Web 应用技术》 满足Android应用开发、Web应用开发等物联网应用层技术的知识点教学
综合实验室 《物联网中间件》
《物联网综合实训》
满足物联网中间件、综合设计、课设、实训等知识点的教学

第八章 物联网实验设备

唯众物联网基础实训平台是唯众公司开发的一款信息类学科的综合型实验设备,是基于物联网等新工科技术改革而设计的实验平台。 物联网基础实训平台打破了传统以硬件平台来定义实验的困局,创新性的从专业学科建设角度来重新定义产品,让课程来定义实验,让实验来定义设备,能够配合专业教材完成全部的专业核心课程实验。

物联网基础实训平台与唯众开发的专业教材配套,可以满足物联网工程专业全部的专业核心课程及专业方向课程的教学、实验和实训需求,包括:《单片机与嵌入式》、《传感器应用技术》、《物联网识别技术》、《物联网无线通信技术》、《Linux 操作系统》、《Android 应用技术(物联网方向)》、《Web 应用技术(物联网方向)》、《物联网中间件》、《物联网智能网关》、《无线传感网协议》、《物联网综合实训》等。

物联网基础实训装置

物联网实训装置
物联网实训装置

物联网实训装置主要特性:

  • 物联网实训装置对物联网基础实验设备做了全新定义,更多的考虑实验的易安装、易使用和维护、易扩展。
  • 易安装:为了达到易安装的目的,专门设计了桌面式操作台和节点底板,首先将各个网络节点和各种传感器或执行器通过连接器直接插接在节点底板上,然后将各节点底板按顺序固定到桌面式操作台上,通上电就完成了安装。
  • 易使用和维护:所有的实验都提供实训教程、原理图和PCB、程序源码等资料,采用的是模块化设计,各模块在出现故障时都能快速更换。
  • 易扩展:将单片机的常用的外设接口都设计在排座上,方便作进一步扩展开发。

无线传感网络实验箱WZ-IOT-WSN20

唯众无线传感器网络实验箱由1.PC机部分、2.网关部分、3.路由节点部分、4.传感器节点部分四部分组成,用户可以很方便的实现传感器网络无线化,网络化,规模化的演示,教学,观测和再次开发。

整体开发概念示意图如图所示

无线传感网实验箱
无线传感网实验箱
  • 1.PC网络:完成接收网关数据和发送指令,实现可视化,形象化人机界面,方便用户操作,观察;
  • 2.网关:完成通过计算机发送的指令发送或接收路由节点或者传感器节点数据,并将接收到的数据发送给计算机;
  • 3.路由节点: 在网关不能和所有的传感器节点通信时,路由节点作为一种中介使网关和传感器节点通信,实现路由通信功能;
  • 4. 传感器节点:完成对设备的控制和数据的采集,包括灯的控制温度、光照度、加速度数据等等。

RFID实验箱WZ-IOT-RFID20

唯众RFID实验箱是一款RFID功能演示、学习的开发套件。该套件不仅适合于13.56Mhz高频RFID协议的研究和开发,同时也可以满足物联网的实际应用需求。读卡器支持13.56 MHz频段内ISO/IEC 14443、I-CODE1以及ISO/IEC 15693标准,实际使用中,可以很好的识别公交卡、身份证等rfid卡片。该开发套件资料齐全,技术支持完善。

RFID实验箱
RFID实验箱

1.硬件参数简介: IOT-RFID-HF读卡器(STC89C54RD+与CL RC632) 增强型51单片机STC89C54RD+,16KB片内FLASH、1280字节片内RAM、LQFP44封装 工作电压:5V 工作频率:13.56MHz 读卡距离:6~10cm(不同卡片存在差异); 供电方式:外接电源供电 接口:网口,RS232接口 支持UART下载程序

2.典型应用: 组建物联网或传感网实验室 13.56Mhz高频RFID协议教学及应用研发 家庭和商业建筑等智能控制 个人体域网和游戏周边设备 工业现场系统安全可靠监控 环境监测、自动记录传输等

物联网综合实验箱WZ-IOT-S20

技术指标:实验箱整体结构分为应用网关系统、CC2530物联网终端、nRF24L01物联网终端。唯众M4应用网关,基于高性能Cortex核心芯片STM32F407,板载资源十分丰富,充分发挥了STM32F407内部资源,同时结合唯众物联网综合实验箱、物联网RFID实验箱、无线传感网实验箱以及实训台、智能家居项目所需的硬件资源,且可以替代唯众A9网关的功能。

作为Cortex市场的最大占有者,ST公司在2011年又推出基于 Cortex 内核的STM32F4 系列产品,相对与 STM32F1/F2 等 Cortex M3 产品,STM32F4 最大的优势,就是新增了硬件 FPU 单元以及 DSP 指令,同时,STM32F4 的主频也提高了很多,达到 168Mhz(可获得 210DMIPS 的处理能力),这使得STM32F4尤其适用于需要浮点运算或DSP处理的应用,也被称之为:DSC,具有非常广泛的应用前景。

物联网综合实验箱
物联网综合实验箱

1、产品概要

唯众嵌入式(Cortex)四核处理器,可以学习基于嵌入式软件系统的最新安卓技术。随着近年来移动互联的井喷式发展,对于嵌入式的程师的需求供不应求。此设备可用于嵌入式设备功能开发、嵌入式教学培训(Android/Linux)。此设备涉及到嵌入式内核、底层驱动、应用程序、与物联网其他设备通讯、融合等众多领域。

2、产品特征

  • Cortex提供嵌入式系统软件的理解及手机APP的开发过程。
  • 为教育机构提供最优化的实验系统,给开发者提供最好的测试平台
  • 除APP开发外,更增加硬件驱动、与无线传感器网络融合等多种练习
  •  基于ARM Cortex-高性能四核应用处理器
  • 多样化的安卓应用课题
  • NFC模块的NFC应用练习(选配)
  • 智能机器人控制(选配)
  • 智能家居控制(选配)
  • 医疗保健控制终端(选配)

物联网工程应用综合实训台WZ-IOT-ATP

物联网综合实训台
物联网综合实训台

第九章 物联网教学课程资源包

  • Zigbee实训资源包WZ-ZRP-V1.0
  • STC15单片机实训资源包WZ-51RP-V1.0
  • STM32嵌入式实训资源包WZ-32RP-V1.0
  • Andorid实训资源包WZ-ARP-V1.0
  • C#实训资源包WZ-NRP-V1.0
  • PCB制板实训资源包WZ-PRP-V1.0

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