課程目標(Objectives)

　　提供物聯(lián)網(IoT)的總體概述，包括電路、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、通信與網絡、數(shù)據處理及安全等內容;

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

　　課程內容概要

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

　　什么是物聯(lián)網?為什么物聯(lián)網重要?

　　物聯(lián)網系統(tǒng)結構：傳感器與執(zhí)行器、連接與網絡、數(shù)據分析與存儲

　　物聯(lián)網如何實現(xiàn)創(chuàng)新型產品與服務

　　物聯(lián)網安全概述

　　2.典型的物聯(lián)網應用(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(Internet of Vehicles)

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

　　3.物聯(lián)網電子學基礎(Electronics for IoT)

　　電子電路與信號概述

　　電池與無電池物聯(lián)網設備

　　能源管理

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

　　嵌入式系統(tǒng)基礎

　　4.物聯(lián)網中的傳感器與執(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)網開發(fā)套件

　　5.物聯(lián)網網關(Gateway for IoT)

　　物聯(lián)網網關的功能

　　設備間通信(Inter-Device Communications)

　　微控制器：外設、總線及直接存儲訪問(DMA)

　　通用輸入/輸出(GPIO)與脈寬調制(PWM)

　　操作系統(tǒng)與多程序設計

　　6.物聯(lián)網的軟件與數(shù)據分析(Software and Data Analytics for IoT)

　　開發(fā)套件庫與示例(如 Arduino)

　　針對不同物聯(lián)網服務選擇開發(fā)編程語言

　　云計算(Cloud Computing)

　　利用人工智能與機器學習進行數(shù)據分析

　　7.物聯(lián)網的連接與網絡(Connectivity and Networking for IoT)

　　無線系統(tǒng)的歷史演變

　　各類無線物聯(lián)網系統(tǒng)

　　無線信道容量

　　低功耗廣域網(LPWAN)

　　MQTT協(xié)議

　　課程學習重點(Study Focus)

　　EIE2113課程的核心在于理論與實踐并重，不僅要求學生理解物聯(lián)網系統(tǒng)的概念框架，還要能夠將知識應用到真實的實驗操作中。以下是本課程的主要學習重點：

　　1.物聯(lián)網系統(tǒng)的整體架構

　　掌握從“感知層–網絡層–應用層”三個層次的系統(tǒng)結構，是理解IoT運作的關鍵。學生需要熟悉傳感器、網關、云平臺以及數(shù)據處理模塊之間的關系，以及如何在系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據采集與反饋控制。

　　2.嵌入式系統(tǒng)與微控制器應用

　　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)議與網絡技術

　　學習常見的無線通信技術(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)網中實現(xiàn)設備間消息傳遞的機制。

　　4.數(shù)據處理與分析

　　學生應理解物聯(lián)網產生的數(shù)據如何在云端進行處理與分析，尤其是利用AI與機器學習實現(xiàn)數(shù)據的智能化應用。例如，預測性維護、健康監(jiān)測數(shù)據分析、能耗優(yōu)化等。

　　5.物聯(lián)網安全與隱私保護

　　課程將強調安全通信、數(shù)據加密與身份認證等議題，幫助學生認識IoT安全漏洞的風險與防護措施。

　　6.能源效率與可持續(xù)性設計

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

　　課程難點分析(Difficulties & Tips)

　　1.跨學科知識要求高

　　EIE2113融合了電子工程、計算機科學與數(shù)據分析等多學科內容，初學者容易感到知識點雜亂。建議同學在學習前復習基礎電路原理與C/C++編程邏輯，為實驗環(huán)節(jié)做好準備。

　　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，更是評估學生理解深度的重要環(huán)節(jié)。學生需要掌握傳感器的連接、電路調試以及數(shù)據傳輸?shù)耐暾鞒?，建議通過Arduino或ESP32等設備提前練習。

　　3.理解通信協(xié)議與網絡概念

　　許多同學在學習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。可通過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+實踐結合：課堂筆記務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。

　　關注報告細節(jié)：實驗報告需清晰呈現(xiàn)數(shù)據來源、分析方法與結論邏輯，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。

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

　　結語

　　EIE2113課程不僅僅是學習物聯(lián)網的入門課，更是培養(yǎng)系統(tǒng)性思維與創(chuàng)新能力的關鍵一步。對于希望未來進入智能設備、嵌入式系統(tǒng)或數(shù)據分析領域的學生而言，扎實掌握本課程內容，將為后續(xù)研究與職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎。