ZigBee通信協議與應用課程階段教學探索

王勇軍，蔡 沂

（華南理工大學 廣州學院，廣東 廣州 510083）

ZigBee通信協議與應用課程階段教學探索

王勇軍，蔡 沂

（華南理工大學 廣州學院，廣東 廣州 510083）

文章從當前ZigBee通信協議與應用課程的現狀出發，發掘授課過程中存在的問題，并從理論課和實驗課兩大塊著手，探討分階段教學方式。將方案應用于實際教學中，可為培育物聯網應用開發工程師和ZigBee軟件工程師打下堅實基礎。

ZigBee；無線通信課程；改革；實踐

隨著物聯網的普及，無線通信技術已經滲透到汽車、電子、銀行等各個領域的智能設備中。ZigBee通信協議與應用課程是大專院校物聯網專業的一門必修課。課程結合了模擬電子、數字電子、電路設計、信號處理、傳感器原理與檢測、單片機技術、ZigBee通信、嵌入式技術等相關知識，具有相當的綜合性和難度。

目前，在珠三角的高職高校中，廣州大學、華南理工大學、華南農業大學、廣東白云學院、廣東工業大學、汕頭大學、五邑大學等都相繼開設了ZigBee通信協議與應用相關的課程，并組建了相應的實驗室。但從歷年教學評價分析來看，該課程存在的問題有：無法調動學生學習興趣，課程內容不實用或陳舊，實習和實踐環節不夠，課堂上讓學生參與度不高，課程考核方式不合理等。筆者所在的華南理工大學廣州學院于2011年開始開設類似課程。為解決這些學生反響強烈的問題，經過幾年教學的摸索，本文提出一種按階段教學的方式。整個教學環節分為4個階段：基礎專業學習和深入原理學習階段、應用實訓能力培養階段、項目操作能力培養階段、增強學生興趣和感知能力階段。

1　基礎專業學習和深入原理學習階段

ZigBee系統一般由協調器節點、執行器節點、紅外家電節點、雨滴傳感器節點、人體紅外傳感器節點、煙霧傳感器節點組成，主要通過ZigBee網絡完成數據傳輸，協調器節點是整個ZigBee系統的核心。嵌入式網關通過串口與協調器通信可以控制執行節點、紅外家電節點，并且可以讀取其他傳感器節點的當前狀態，顯示在網關液晶屏上。

在課程教學中，主要圍繞硬件和軟件兩個模塊展開。硬件一般選用集成或支持ZigBee協議棧的芯片，如CC2530，需要講解CC2530的硬件結構、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通信數據一般可以通過串口的方式傳遞到網關。這一部分需要花1/5的課時。軟件部分主要是ZigBee 2007協議棧，核心是講清楚SDK開發包里面的組件（見表1），讓學生熟悉ZigBee 2007協議，掌握在協議棧中開發應用程序的方法以及組建各種網絡拓撲結構的方法。這一部分是難點，代碼量大，綜合了C語言、匯編語言。在實際講授過程中，學生感覺思路清晰，能夠有目的地去學習代碼，調動了學生鉆研的積極性。

表1　ZigBee軟件SDK講解目錄

2　應用實訓能力培養階段

學生通過基礎專業學習階段和深入原理學習階段后，對實際動手操作產生興趣。在筆者教學過程中，已有學生在理論第一階段自己購買開發板進行主動練習的例子。提供一些符合能力要求、循序漸進的實訓小題目至關重要。

本階段提供的實訓題目有4個，如表2所示。

表2　實訓項目列表

通過四大塊實訓項目，基本能夠讓學生深層次地理解了ZigBee通信協議與應用的具體實現，不再停留在抽象層面，每個小項目都有一個實際的成果輸出，以試驗報告的形式提交。學生通過實際的調試運行，通過實驗效果能夠提高對ZigBee通信協議與應用實用性的認識。

3　項目操作能力培養階段

本著把設備用起來，讓同學動起來，請老師走出來的思路，項目操作能力培養階段不再是小功能模塊式的練習，而是讓學生進入到實際的綜合項目中來。有一部分是學生自主性項目。每個學生都有各種各樣的想法，老師積極引導。帶著前階段的問題，加上自己的想法，然后實現。如布置一些大作業，給學生幾周的時間，完成如智能溫室實訓系統、分布式垃圾回收系統的項目操作。

此階段，筆者借鑒軟件工程的理論，遵循軟件開發流程的要求，幫學生把握需求分析、系統設計、系統開發、系統測試4個階段，嚴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范來實現。通過實際的訓練，學生普遍反映在就業后能快速適應企業的開發模式和工作氛圍。學生的實際項目操作能力的提高得到了驗證。

4 增強學生興趣和感知能力

學生的興趣和感知能力很大程度上來源于實際產品的應用。學院根據這種思路，積極聯系校企合作企業，定期組織學生參觀如智能家居體驗展示中心、海關無線通關系統等等。或者由學院提供場地組建電子產品創新工坊，跨學科交叉創新實驗室，創意設計工作室等。

搭建以創新為主題的舞臺，提供創新的主體空間，讓學生們在早期階段的工程實踐中所萌發的創意和累積的技術在這個舞臺上得到充分的施展，同時與其他學科如機械電子的交流中獲得嶄新的體驗與認知。同時鼓勵學生參與校內外各種物聯網競賽，參與校內SRP項目。歷屆學生在各類比賽中都有一定的獲獎成果。

5　結語

本文從ZigBee無線網絡通信的課程內容出發，結合實際的教學經驗，提出分階段教學的授課方式。減少了課程講授的單調性，增強了學生的興趣和實際動手能力，在企業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，希望進一步優化分階段教學的成果。

［1］鄧春暉，余小華，蔡沂，等.網絡工程專業下物聯網技術及應用方向課程設置研究［J］.物聯網技術，2013（10）：87-89.

［2］余小華，鄧春暉，李慧芬.虛實結合的網絡實驗教學探索與實踐［J］.實驗科學與技術，2013（6）：86-89.

［3］胡靜，熊鵬，王小剛.應用型本科網絡工程專業的實踐教學體系改革［J］.學園，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。