王勇軍，蔡 沂

（華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院，廣東 廣州 510083）

ZigBee通信協(xié)議與應(yīng)用課程階段教學(xué)探索

王勇軍，蔡 沂

（華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院，廣東 廣州 510083）

文章從當(dāng)前ZigBee通信協(xié)議與應(yīng)用課程的現(xiàn)狀出發(fā)，發(fā)掘授課過程中存在的問題，并從理論課和實(shí)驗(yàn)課兩大塊著手，探討分階段教學(xué)方式。將方案應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，可為培育物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)工程師和ZigBee軟件工程師打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

ZigBee；無線通信課程；改革；實(shí)踐

隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，無線通信技術(shù)已經(jīng)滲透到汽車、電子、銀行等各個(gè)領(lǐng)域的智能設(shè)備中。ZigBee通信協(xié)議與應(yīng)用課程是大專院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門必修課。課程結(jié)合了模擬電子、數(shù)字電子、電路設(shè)計(jì)、信號處理、傳感器原理與檢測、單片機(jī)技術(shù)、ZigBee通信、嵌入式技術(shù)等相關(guān)知識，具有相當(dāng)?shù)木C合性和難度。

目前，在珠三角的高職高校中，廣州大學(xué)、華南理工大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、廣東白云學(xué)院、廣東工業(yè)大學(xué)、汕頭大學(xué)、五邑大學(xué)等都相繼開設(shè)了ZigBee通信協(xié)議與應(yīng)用相關(guān)的課程，并組建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室。但從歷年教學(xué)評價(jià)分析來看，該課程存在的問題有：無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，課程內(nèi)容不實(shí)用或陳舊，實(shí)習(xí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)不夠，課堂上讓學(xué)生參與度不高，課程考核方式不合理等。筆者所在的華南理工大學(xué)廣州學(xué)院于2011年開始開設(shè)類似課程。為解決這些學(xué)生反響強(qiáng)烈的問題，經(jīng)過幾年教學(xué)的摸索，本文提出一種按階段教學(xué)的方式。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)分為4個(gè)階段：基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)習(xí)和深入原理學(xué)習(xí)階段、應(yīng)用實(shí)訓(xùn)能力培養(yǎng)階段、項(xiàng)目操作能力培養(yǎng)階段、增強(qiáng)學(xué)生興趣和感知能力階段。

1　基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)習(xí)和深入原理學(xué)習(xí)階段

ZigBee系統(tǒng)一般由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)、紅外家電節(jié)點(diǎn)、雨滴傳感器節(jié)點(diǎn)、人體紅外傳感器節(jié)點(diǎn)、煙霧傳感器節(jié)點(diǎn)組成，主要通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)ZigBee系統(tǒng)的核心。嵌入式網(wǎng)關(guān)通過串口與協(xié)調(diào)器通信可以控制執(zhí)行節(jié)點(diǎn)、紅外家電節(jié)點(diǎn)，并且可以讀取其他傳感器節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，顯示在網(wǎng)關(guān)液晶屏上。

在課程教學(xué)中，主要圍繞硬件和軟件兩個(gè)模塊展開。硬件一般選用集成或支持ZigBee協(xié)議棧的芯片，如CC2530，需要講解CC2530的硬件結(jié)構(gòu)、硬件模塊、工作原理和簡單的編程方法。特別是串口通信模塊。ZigBee通信數(shù)據(jù)一般可以通過串口的方式傳遞到網(wǎng)關(guān)。這一部分需要花1/5的課時(shí)。軟件部分主要是ZigBee 2007協(xié)議棧，核心是講清楚SDK開發(fā)包里面的組件（見表1），讓學(xué)生熟悉ZigBee 2007協(xié)議，掌握在協(xié)議棧中開發(fā)應(yīng)用程序的方法以及組建各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法。這一部分是難點(diǎn)，代碼量大，綜合了C語言、匯編語言。在實(shí)際講授過程中，學(xué)生感覺思路清晰，能夠有目的地去學(xué)習(xí)代碼，調(diào)動了學(xué)生鉆研的積極性。

表1　ZigBee軟件SDK講解目錄

2　應(yīng)用實(shí)訓(xùn)能力培養(yǎng)階段

學(xué)生通過基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)習(xí)階段和深入原理學(xué)習(xí)階段后，對實(shí)際動手操作產(chǎn)生興趣。在筆者教學(xué)過程中，已有學(xué)生在理論第一階段自己購買開發(fā)板進(jìn)行主動練習(xí)的例子。提供一些符合能力要求、循序漸進(jìn)的實(shí)訓(xùn)小題目至關(guān)重要。

本階段提供的實(shí)訓(xùn)題目有4個(gè)，如表2所示。

表2　實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目列表

通過四大塊實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，基本能夠讓學(xué)生深層次地理解了ZigBee通信協(xié)議與應(yīng)用的具體實(shí)現(xiàn)，不再停留在抽象層面，每個(gè)小項(xiàng)目都有一個(gè)實(shí)際的成果輸出，以試驗(yàn)報(bào)告的形式提交。學(xué)生通過實(shí)際的調(diào)試運(yùn)行，通過實(shí)驗(yàn)效果能夠提高對ZigBee通信協(xié)議與應(yīng)用實(shí)用性的認(rèn)識。

3　項(xiàng)目操作能力培養(yǎng)階段

本著把設(shè)備用起來，讓同學(xué)動起來，請老師走出來的思路，項(xiàng)目操作能力培養(yǎng)階段不再是小功能模塊式的練習(xí)，而是讓學(xué)生進(jìn)入到實(shí)際的綜合項(xiàng)目中來。有一部分是學(xué)生自主性項(xiàng)目。每個(gè)學(xué)生都有各種各樣的想法，老師積極引導(dǎo)。帶著前階段的問題，加上自己的想法，然后實(shí)現(xiàn)。如布置一些大作業(yè)，給學(xué)生幾周的時(shí)間，完成如智能溫室實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、分布式垃圾回收系統(tǒng)的項(xiàng)目操作。

此階段，筆者借鑒軟件工程的理論，遵循軟件開發(fā)流程的要求，幫學(xué)生把握需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試4個(gè)階段，嚴(yán)格檢查各階段的文檔和成果。所編寫的代碼也需要按照一定的編碼規(guī)范來實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)際的訓(xùn)練，學(xué)生普遍反映在就業(yè)后能快速適應(yīng)企業(yè)的開發(fā)模式和工作氛圍。學(xué)生的實(shí)際項(xiàng)目操作能力的提高得到了驗(yàn)證。

4 增強(qiáng)學(xué)生興趣和感知能力

學(xué)生的興趣和感知能力很大程度上來源于實(shí)際產(chǎn)品的應(yīng)用。學(xué)院根據(jù)這種思路，積極聯(lián)系校企合作企業(yè)，定期組織學(xué)生參觀如智能家居體驗(yàn)展示中心、海關(guān)無線通關(guān)系統(tǒng)等等?；蛘哂蓪W(xué)院提供場地組建電子產(chǎn)品創(chuàng)新工坊，跨學(xué)科交叉創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)意設(shè)計(jì)工作室等。

搭建以創(chuàng)新為主題的舞臺，提供創(chuàng)新的主體空間，讓學(xué)生們在早期階段的工程實(shí)踐中所萌發(fā)的創(chuàng)意和累積的技術(shù)在這個(gè)舞臺上得到充分的施展，同時(shí)與其他學(xué)科如機(jī)械電子的交流中獲得嶄新的體驗(yàn)與認(rèn)知。同時(shí)鼓勵學(xué)生參與校內(nèi)外各種物聯(lián)網(wǎng)競賽，參與校內(nèi)SRP項(xiàng)目。歷屆學(xué)生在各類比賽中都有一定的獲獎成果。

5　結(jié)語

本文從ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信的課程內(nèi)容出發(fā)，結(jié)合實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出分階段教學(xué)的授課方式。減少了課程講授的單調(diào)性，增強(qiáng)了學(xué)生的興趣和實(shí)際動手能力，在企業(yè)和用人單位中得到了肯定。筆者所在的單位也在加大投入和探索的力度，希望進(jìn)一步優(yōu)化分階段教學(xué)的成果。

［1］鄧春暉，余小華，蔡沂，等.網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向課程設(shè)置研究［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013（10）：87-89.

［2］余小華，鄧春暉，李慧芬.虛實(shí)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013（6）：86-89.

［3］胡靜，熊鵬，王小剛.應(yīng)用型本科網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系改革［J］.學(xué)園，2013（27）：5-7.

Exploration of ZigBee Communication
Protocol and Application in Curriculum State Teaching

Wang Yongjun， Cai Yi
（Guangzhou College of South China University of Technology， Guangzhou 510083， China）

Based on the current situation of the ZigBee Wireless Communication course， the article found out the problem embedded in process of education， and shed light on the education reform by the theory course and the experiment course. In the end， the author put the reform scheme into practice and implemented it into internship， which made a solid basis for the cultivation of IoT system engineer and ZigBee software engineer.

ZigBee； wireless communication course； reform； practice

王勇軍（1982— ），男，廣東廣州。