创新物联网的嵌入式教学体系(2)

3.1  层次化实验设计

理论教学为实验实践环节提供了必要的知识基础，而实验和实践环节则在巩固理论基础的同时，进一步提高了动手能力，开发了创造潜能。笔者选用周立功公司的MagicARM2210S嵌入式实验开发平台，除包含主流的各种串行接口和GPIO口外，还包含以太网接口、GPS（全球定位系统）模块接口、CAN总线接口等。针对这些接口和物联网的应用背景，笔者设计了3个层次的实验，以满足不同阶段的实验和实践需求，如表1所列。实验层次由浅入深，不同的实验层次对应不同的实验项目，而且组织形式也不同。基础性实验主要目的在于熟悉方法。而综合性实验和创新性实验则多是以物联网的应用为基础的，在于提高能力。3个层次的实验循序渐进，逐步提高，为进一步的实践开发和毕业设计打下了良好的基础。

1  面向物联网的嵌入式实验层次化设计

3.2  物联网项目实践环节

通过项目实践来锻炼和提高动手能力的重要性是毋庸置疑的。2009年，我校启动“物联网在森林环境监测和保护中的应用”项目，笔者负责物联网中间层的嵌入式网关设计，主要功能模块如图2所示。GPS模块接口主要采集终端的经度纬度信息，而无线数据收发模块主要收集各终端传感器发送的温度、土壤湿度、日照等环境信息。这些终端信息通过ARM处理器打包成UDP数据包，通过以太网网络接口传送给基站服务器。

笔者通过第二课堂，组织学有余力的同学成立兴趣小组，将物联网网关分割成若干子题目，交由各兴趣小组，模拟项目的形式实践开发。比如，“GPS数据采集与处理”子课题，首先需要移植μC/OS操作系统，然后移植LwIP网络协议栈，最后再以多任务的形式从GPS模块接口读取数据并打包成UDP数据包，发送到网络。这其中，需要兴趣小组的成员合理分工，在实践中学习合作。经过笔者和兴趣小组近一年的共同努力，嵌入式物联网网关成功地将布置在紫金山的终端传感器数据传送到基站网络服务器。物联网一个终端的环境监测信息如图3所示。

通过物联网项目实践的模式，拓展了学习内容，并学以致用，进一步提高了学习兴趣培养了合作精神，还起到了“以点带面”的效应，切实拓展了知识面和动手能力。

此外，在毕业设计环节中，笔者每年都设计了3~4个面向物联网的嵌入式系统设计课题。经过两届的实践证明，选择该类课题的毕业生知识面更广，就业面更宽。

4 结语

在ARM嵌入式系统课程的教学和实验实践过程中，基于物联网的飞速发展背景，精简理论教学内容，并拓宽知识面，重点讲解与实际工程项目--特别是物联网--密切相关的设计内容。实验进行层次化设计，内容紧随时代的发展，并在实践环节，让学生直接参与到前沿的课题和项目中去。