課程目標(biāo)(Objectives)

　　提供物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的總體概述，包括電路、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、通信與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理及安全等內(nèi)容;

　　通過使用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件的實驗練習(xí)，介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本實踐概念，包括感知、執(zhí)行與通信。

　　課程內(nèi)容概要

　　1.物聯(lián)網(wǎng)簡介(Introduction to the Internet of Things, IoT)

　　什么是物聯(lián)網(wǎng)?為什么物聯(lián)網(wǎng)重要?

　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳感器與執(zhí)行器、連接與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析與存儲

　　物聯(lián)網(wǎng)如何實現(xiàn)創(chuàng)新型產(chǎn)品與服務(wù)

　　物聯(lián)網(wǎng)安全概述

　　2.典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(Cool IoT Applications)

　　智慧城市與智慧家居

　　智慧制造與智慧工廠

　　車聯(lián)網(wǎng)(Internet of Vehicles)

　　醫(yī)療健康領(lǐng)域：嬰兒監(jiān)測、老年人監(jiān)測、情緒調(diào)節(jié)、疾病治療、用藥依從性提升及相關(guān)挑戰(zhàn)

　　3.物聯(lián)網(wǎng)電子學(xué)基礎(chǔ)(Electronics for IoT)

　　電子電路與信號概述

　　電池與無電池物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

　　能源管理

　　模擬與數(shù)字信號;模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換(ADC/DAC)

　　嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)

　　4.物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器與執(zhí)行器(Sensors and Actuators for IoT)

　　傳感器與執(zhí)行器的分類與規(guī)格

　　各類傳感器與執(zhí)行器的功能

　　將常見傳感器與執(zhí)行器接口連接至物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件

　　5.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(Gateway for IoT)

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能

　　設(shè)備間通信(Inter-Device Communications)

　　微控制器：外設(shè)、總線及直接存儲訪問(DMA)

　　通用輸入/輸出(GPIO)與脈寬調(diào)制(PWM)

　　操作系統(tǒng)與多程序設(shè)計

　　6.物聯(lián)網(wǎng)的軟件與數(shù)據(jù)分析(Software and Data Analytics for IoT)

　　開發(fā)套件庫與示例(如 Arduino)

　　針對不同物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)選擇開發(fā)編程語言

　　云計算(Cloud Computing)

　　利用人工智能與機器學(xué)習(xí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

　　7.物聯(lián)網(wǎng)的連接與網(wǎng)絡(luò)(Connectivity and Networking for IoT)

　　無線系統(tǒng)的歷史演變

　　各類無線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

　　無線信道容量

　　低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)

　　MQTT協(xié)議

　　課程學(xué)習(xí)重點(Study Focus)

　　EIE2113課程的核心在于理論與實踐并重，不僅要求學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的概念框架，還要能夠?qū)⒅R應(yīng)用到真實的實驗操作中。以下是本課程的主要學(xué)習(xí)重點：

　　1.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體架構(gòu)

　　掌握從“感知層–網(wǎng)絡(luò)層–應(yīng)用層”三個層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是理解IoT運作的關(guān)鍵。學(xué)生需要熟悉傳感器、網(wǎng)關(guān)、云平臺以及數(shù)據(jù)處理模塊之間的關(guān)系，以及如何在系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與反饋控制。

　　2.嵌入式系統(tǒng)與微控制器應(yīng)用

　　本課程大量涉及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，尤其是Arduino或類似開發(fā)板的使用。理解GPIO、PWM、DMA等底層操作概念，以及如何與傳感器/執(zhí)行器通信，是實驗部分的重點。

　　3.通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　學(xué)習(xí)常見的無線通信技術(shù)(如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、LoRa、NB-IoT等)及其適用場景，重點掌握MQTT協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)中實現(xiàn)設(shè)備間消息傳遞的機制。

　　4.數(shù)據(jù)處理與分析

　　學(xué)生應(yīng)理解物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如何在云端進(jìn)行處理與分析，尤其是利用AI與機器學(xué)習(xí)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用。例如，預(yù)測性維護(hù)、健康監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、能耗優(yōu)化等。

　　5.物聯(lián)網(wǎng)安全與隱私保護(hù)

　　課程將強調(diào)安全通信、數(shù)據(jù)加密與身份認(rèn)證等議題，幫助學(xué)生認(rèn)識IoT安全漏洞的風(fēng)險與防護(hù)措施。

　　6.能源效率與可持續(xù)性設(shè)計

　　如何設(shè)計低功耗IoT系統(tǒng)、使用能源采集技術(shù)(Energy Harvesting)以及優(yōu)化電源管理，是實現(xiàn)智能設(shè)備長期運行的重要考點。

　　課程難點分析(Difficulties & Tips)

　　1.跨學(xué)科知識要求高

　　EIE2113融合了電子工程、計算機科學(xué)與數(shù)據(jù)分析等多學(xué)科內(nèi)容，初學(xué)者容易感到知識點雜亂。建議同學(xué)在學(xué)習(xí)前復(fù)習(xí)基礎(chǔ)電路原理與C/C++編程邏輯，為實驗環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。

　　2.實驗部分要求動手能力強

　　課程實驗不僅是對理論的驗證，更是評估學(xué)生理解深度的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生需要掌握傳感器的連接、電路調(diào)試以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾鞒?，建議通過Arduino或ESP32等設(shè)備提前練習(xí)。

　　3.理解通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)概念

　　許多同學(xué)在學(xué)習(xí)無線通信部分時會卡在信號傳輸、協(xié)議棧及帶寬計算等概念?？赏ㄟ^閱讀官方文檔與模擬實驗，理解各協(xié)議的適用場景與性能差異。

　　高分攻略(High Distinction Tips)

　　理論+實踐結(jié)合：課堂筆記務(wù)必與實驗報告相互印證，形成完整的知識鏈。

　　善用開發(fā)板與云平臺：如Arduino Cloud、Blynk或AWS IoT Core，提升項目實操深度。

　　關(guān)注報告細(xì)節(jié)：實驗報告需清晰呈現(xiàn)數(shù)據(jù)來源、分析方法與結(jié)論邏輯，尤其注意圖表與代碼注釋的規(guī)范性。

　　組隊協(xié)作與創(chuàng)新設(shè)計：課程通常包含小組項目，選擇有創(chuàng)新性的主題(如智慧家居節(jié)能系統(tǒng))更容易獲得高分。

　　提前預(yù)習(xí)實驗材料：實驗手冊內(nèi)容較多，提前熟悉硬件接口與軟件環(huán)境可避免臨場出錯。

　　結(jié)語

　　EIE2113課程不僅僅是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的入門課，更是培養(yǎng)系統(tǒng)性思維與創(chuàng)新能力的關(guān)鍵一步。對于希望未來進(jìn)入智能設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)或數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的學(xué)生而言，扎實掌握本課程內(nèi)容，將為后續(xù)研究與職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。