无线传感器网络实验课程改革浅析

戴庆天 张旭

无线传感器网络是高校物联网工程专业的一门专业必修课。这门课程复合性强，融合了电路原理、单片机技术、传感器技术、计算机网络等先修专业课程，具有较深的专业难度和较广的专业维度。因此，相对应的实验课程，就要求实验教师能够在实验课上，使学生对所学的理论知识具有更进一步的直观了解。本文选取具有无线传感网络节点模块的CC2530作为研究对象，通过一定数量工程的练习，使学生更好地掌握无线传感器网络课程较为抽象的理论内容。

一、引言

无线传感器网络是物联网工程专业的必修课，是集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理平台。无线传感器网络具有广泛的应用前景，是信息领域最活跃的研究热点之一。

无线传感器网络是一门综合性较高的专业课程，融合了计算机技术、通信技术和一定的网络应用技术。通过这门课程，主要是使得学生掌握无线传感器网络的体系结构、通信协议和网络管理流程，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术，为在基于无线传感器网络的系统开发和应用中，深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下良好的基础。

二、实验内容简析

无线传感器网络总共有48个学时，其中理论课时40学时，实验课程8学时，是一门总课时和实验课时较多的专业课程。这门课程融合度高，抽象的概念较多，因此具有一定的理解难度。很多学生在理论课学习中，并没有一个对于所学知识的系统化认识，不清楚所学的内容如何在实践中去应用。因此，本课程的配套实验课程，主要目的是要学生对所学内容具有直观认识，了解每个章节的内容是如何应用于实际中的无线传感器网络系统中。通过8个课时的实验课程，使学生能够初步综合应用所学的相关理论知识，搭建无线传感器网络应用的系统。

本实验课程总共8学时，实验内容的设计采用难度和综合度渐进的方式，分为四个主要部分，依次为接口控制实验、中断和内部模块应用、通信和网络应用和综合应用实验。这种设计方式的目的，是为了逐步提升学生应用所学理论知识和解决实际问题的能力。这四个部分均为综合性的课程。使学生既能通过验证性实验，进一步理解所学相关理论知识内容，又能通过设计性试验，搭建无线传感器网络应用的简单系统。实验教师根据学生课上的实际教学情况，动态地调整实验进度，更好地使学生了解整个无线传感器网络的知识系统。

三、实验平台与实验内容设计

结合无线传感器网络这门课程的相关特点，其配套实验课程采用的是硬件平台和软件平台交互的方式。实验课程的硬件平台是采用北京奥尔斯公司开发的物联网创新实验系统IOV-T-2530。这个硬件实验平台提供了网络模块、通信模块、基本的传感器及控制器模块和嵌入式网关等模块，这些模块相对独立，易于组装和拆卸。软件模块采用的是IAR Embedded Workbench嵌入式开发软件。IAR的编译器优化较好，兼容性强，操作简便，适用于学生进行系统的二次开发。

由IOV-T-2530实验系统和IAR开发软件组成的软硬件交互实验系统，能够使学生在掌握相关理论的同时，利用计算机编程的方法结合实际的硬件模块解决实际问题，便于学生熟悉和掌握物联网的构成及实際应用，掌握物联网开发要领，为物联网工程应用打下坚实的基础。通过不同传感器的特性，不同网络的组成形式，学生可以在二次开发出更多实用性强的物联网应用模式。

本课程所使用的物联网创新实验系统IOV-T-2530，其核心芯片是CC2530。所有的传感器及控制器模块在2530模块的控制下统一运行，拥有相同的控制接口。根据所学理论课程的内容与实验室所提供的实验系统模块，无线传感器网络实验课程的主要内容有LCD接口实验、CC2530中断实验、CC2530模式实验、串口通信以及温湿度采集实验。每个实验都有具体的操作步骤和一个参考范例，学生可以根据实验步骤搭建起来实验的平台，然后根据参考范例写出相应的程序，编译下载运行调试之后，就会得出相应的结果。

本实验课程中，每个参考范例只是一个将所学理论内容与实际操作结合的一个简单实例。学生可以通过此实验验证所学的理论，然后以此为基础，进行自主开发。比如在LCD显示实验中，例程只是一个显示了三角形和正方形的简单程序。学生在掌握了接口实验的实验步骤后，可以自主实现显示的内容和循环延时的设置，也可以对其它接口内容部分的理论进行验证。做到灵活运用。最后一个实验，是综合性较强的温湿度测试。这个实验，综合了之前所做的典型的几个实验内容，包括通信、能耗、中断、基本接口等内容。对于这样综合性强的实验，可以将它进行拆解，分为多个实验模块。然后进行有机组合，最终设计出综合的实验系统，完成相关的实验内容。

四、结语

无线传感器网络综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，是当今国内外前沿热点研究领域。无线传感器网络课程理论性较强，因此需要通过实验课程使学生直观地了解所学的相关理论知识。通过实验课程相关反馈，学生普遍能够对所学内容有立体认识，实验课程初步取得了良好的效果。

（作者单位：东北大学秦皇岛分校）