资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第四单元 物联网与“互联网+”
项目九 感受智能化生活
——认识物联网
第二课时 走近智能家居系统
教材分析
本节的主要内容是走近智能家居系统。
物联网是信息产业的又一次革命性发展在日常生活中有很多应用场景例如智能家居中的扫地机器人智能抽油烟机等它们提高了人们的生活质量。在工业上物联网中的技术也发挥着重要的作用，例如射频识别技术在物流行业中的应用。
本项目活动的主题是认识物联网目标是让学生了解物联网的概念及发展,知道常见的智能系统和智能设备的功能认识物联网的架构和使用到的技术，体会防范物联网安全风险的重要性。
本堂课的主要内容是走进智能家居系统，通过活动9.2在于让学生上网查找传感器和摄像头的工作原理，为传感器和智能摄像头设计关联动作深人了解传感器。
教学目标
1.了解与物联网相关的设备及其功能理解其工作原理。
教学重点
1.了解与物联网相关的设备及其功能。
2.理解物联网设备工作原理。
教学难点
1.理解物联网设备的工作原理
教学方法
体验法、讲授法、讨论法、示例法
教学准备
计算机教室，信息技术应用实例素材,如智能家居系统结构图、人体传感器、温湿度传感器、门窗传感器、无线智能摄像头、智能眼镜、智能手环等。
教学过程
一、新课导入
展示智能家居系统相关图片和视频，引出智能家居系统的概念。
二、智能设备
1.核心概念
智能设备是传统设备智能化、网络化发展的产物，它通过常具有传感装置，能够随时随地进行数据采集和分析处理。
2.设备特点
智能设备应用平台的智能性就体现在异构的设备构成的系统具有情境感知，任务迁移，智能协作和多通道交互的特点。
情境感知应用可捕获、分析多个对象之间的关系并作出响应。设备协作是指通过协调不同设备提供的服务，整合已有的可用服务的功能，构造功能更为丰富的新的组合服务。多通道交互是指使用多种通道与计算机通信的一种人机交互方式，其中“通道”指用户表达意图，执行动作或感知反馈信息的通信方法。
3.设备产品
①电子纹身
由美国德克萨斯一家软件设计公司研发，是一个可以像贴纸一样贴在皮肤上的电子设备，内置了电路板、芯片和传感器。纹(实际上是贴)在皮肤上可以监测运动时的健康状况。它很轻薄，不一定要贴在手臂上，可以贴到身体的其他部位 。
②无人机产品
DJI大疆推出了新款无人机产品--Phantom 4，该产品具备强大的避障能力，并依靠计算机视觉来实现自主飞行。由于大疆在此前就展示过这种技术，所以外界普遍猜测Phantom 4上的硬件要么是国产的，要么就是Intel这种巨头所友情提供的 。
③智能家居
目前智能家居才刚刚兴起，物联网1.0时代的核心将会是"技术"，国内绝大部分传统厂商比较缺乏的是软硬结合的开发实力。因此在这一阶段，氦氪想做的是先用一整套高效快速的解决方案帮助厂商们打好地基。而在智能家居市场的地基初步打好后，物联网2.0时代的核心会转移到"服务"上。
三、短距离无线通信
短距离无线通信是一种在较短范围内通过无线电波传输信息的技术，该技术具有低成本、通信对等和低功耗的特征。目前，发展较为成熟的短距离无线通信技术主要包括 WiFi、蓝牙、NFC和ZigBee等，主要应用于无线上网、智能家居、移动支付、远程控制等领域。
1.Wi-Fi
Wi-Fi是一种让电子设备连接到一个无线局域网的技术。几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持WF上网它是当今使用最广泛的一种无线网络传输技术。
2.蓝牙
蓝牙(bluetooth)是一种实现短距离无线通信的技术规范。蓝牙技术已经为越来越多的设备(包括手机耳机、计算机、鼠标、键盘、音响等)赋子了安全、简便的连接手段。是物联网中物物互联的主要无线通信技术之一。蓝牙的波段为2400~2483.5MHz。目前的版为蓝牙50规范，它具有高速、低功耗、低延迟等特性传输速率上限可达24Mbps。
3.NFC
NFC（Near Field Communication)即近场通信，这是一种短距离的高频无线通信技术该技术由非接触式射频识别及互联互通技术整合演变而来，能在短距离内让兼容设备进互相识别和数据交换。NFC工作在13.56MHz频率作用于10cm距离内。其传输速度106kbps、212kbps或424kbps三种。
4.ZigBee
ZigBee技术是一种短距离低功耗的无线通信技术，其发明灵感来源于蜜蜂。蜜蜂过飞翔和抖动翅膀将花粉所在方位的信息传递给同伴依靠这样的方式构成群体中的通网络。ZigBee技术就是依照这一原理发明的，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低耗、低数据速率，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
5. LiFi
LiFi(Light Fidelity)即白光通信,这是一种利用可见光波谱进行数据传输的新型无线传输技术。LiFi目前多采用白光LED作为光源，通过调节LED 光输出的数据进行编码，利用快速光脉冲以无线方式传输信息。LiFi技术是照明与通信的深度耦合。
四、走近智能家居系统
智能家居系统是利用先进的计算机技术、网络通讯技术 ( https: / / baike. / item / %E7%BD%91%E7%BB%9C%E9%80%9A%E8%AE%AF%E6%8A%80%E6%9C%AF / 10508079" \t "https: / / baike. / item / %E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85%E7%B3%BB%E7%BB%9F / _blank )、智能云端控制、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学 ( https: / / baike. / item / %E4%BA%BA%E4%BD%93%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%AD%A6 / 3463" \t "https: / / baike. / item / %E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85%E7%B3%BB%E7%BB%9F / _blank )原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制 ( https: / / baike. / item / %E7%81%AF%E5%85%89%E6%8E%A7%E5%88%B6 / 4060233" \t "https: / / baike. / item / %E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85%E7%B3%BB%E7%BB%9F / _blank )、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖 ( https: / / baike. / item / %E5%9C%B0%E6%9D%BF%E9%87%87%E6%9A%96 / 417054" \t "https: / / baike. / item / %E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85%E7%B3%BB%E7%BB%9F / _blank )、健康保健、卫生防疫、安防保安等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验 ( https: / / baike. / item / %E7%94%9F%E6%B4%BB%E4%BD%93%E9%AA%8C" \t "https: / / baike. / item / %E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85%E7%B3%BB%E7%BB%9F / _blank )。
近年来，随着移动终端、传感技术、网络技术的飞速发展，物联网逐渐走人了我们的生活。
在融合家庭场景功能、挖掘增值服务的指导思想下，人们的生活变得越来越智能化。依赖物联网技术，采用主流的互联网通信渠道、配合丰富的智能家居终端,我们正迎来一一种全新的生活方式。
智能家居系统一般由多功能控制网关和多种智能设备构成，其中多功能控制网关是智能设备的控制中心(图4-2)
要建立智能家居系统，一般首先要完成多功能控制网关的安装。所有其他的智能家居设备都是可选的，它们一般通过短距离无线通信技术与多功能控制网关建立连接。只要智能家居系统中有使用蓝牙、ZigBee等短距离无线通信技术的设备，多功能控制网关就必不可少，它完成了短距离无线通信协议与互联网通信协议之间的转换，并能提供诸多控制指令。手机终端可以通过网络对智能家居设备进行控制、智能家居设备采集的信息也可以通过网络传送到手机终端供查看。
将多功能控制网关接上电源，连接至无线路由器后，进入手机App即可查看多功能控制网关，并体验它的自带功能(图4-3)。在多功能控制网关上可以设置多个场景，比如离家、回家、起床、睡觉等。当触发某个场景时，相关设备就会自动启动。
图4-3在手机App上查看多功能控制网关
思考与讨论
1.多功能控制网关能不能控制非智能设备 为什么
不能控制，因为非智能设备不具备数据采集和处理能力，无法和多功能控制网关建立连接。
2.除了手机外，能不能用笔记本电脑或其他设备来操作多功能控制网关
能，只要笔记本电脑或其他设备能够通过互联网访问多功能控制网关即可。
人体传感器与多功能控制网关建立连接后，当有人移动时，人体传感器就可以检测到，并触发关联动作，比如报警、开启夜灯等(图4-4)
温湿度传感器能读取当前的室内温度和湿度(图4-5)把它与多功能控制网关建立连接后，可以设置相应的关联动作。比如当温度高于30摄氏度时，启动空调进行降温;当海度低于某值时，启动空气加湿器。
图4-4设置人体传感器关联动作 图4-5 在手机App上查看温度和湿度
门窗传感器与多功能控制网关建立连接后，当门窗被打开时，门窗传感器就可以检测到，并触发相应的关联动作。
无线智能摄像头与多功能控制网关建立连接后，主人在离开家时，也可以通过互联网看到家里发生的情况。
当家居设备连上网络后，一切变得非常方便。你可以随时获取信息，了解室内环境的健康级别，即使出门在外也能知道居所的空气状况。你可以通过手机终端发送控制信息:在回家之前开启电饭煲，回到家便能享受温热松软的米饭;让空气加湿器、空调提前工作，营造舒适的环境;还可以实现智能浇花、智能窗帘控制、智能扫地……
智能家居系统是一种物联网系统，需要用到感知层、网络层、应用层的相关技术，感知层用到的传感器有人体传感器、温湿度传感器、门窗传感器、无线智能摄像头等。如人体传感器利用的是红外线反射原理。当人体的某一部分出现在人体传感器的发射红外线区域内时，人体传感器就感应到人的存在，传感器采集到数据后，将数据通过蓝牙等短距离无线通信技术传送到多功能控制网关。对于那些不具备感应特性的物品，也可以通过给它们贴上射频识别标签、二维码、条形码等，使它们可以被识别。
网络层将感知层采集到的信息通过网络传递到相连的手机、服务器等终端设备再对相关数据进行处理分析。
应用层包括各种具体应用，是物联网技术与实际需求的结合。在智能家居系统中、智能电饭煲、智能灯泡、智能电水壶、智能空气净化器等设备都可以在手机的控制下完成所要求的操作。
思考与讨论
1.多功能控制网关属于物联网体系架构的哪一层 为什么
感知层，因为多功能控制网关和智能设备一起对物品进行基础信息采集，同时接收上层网络关来的控制信息，执行相应动作。
2.“人”在智能家居系统中起什么作用
略
五、课堂活动
2.深入了解传感器
(1)请上网查找温湿度传感器、门窗传感器和无线智能摄像头的工作原理。
(2)请分别设计人体传感器、门窗传感器和无线智能摄像头的关联动作。
智能家居设备 关联动作
人体传感器 在am2:00~am6:00之间探测到有人移动时，开启夜灯
门窗传感器 在am2:00~am6:00之间探测到门窗被打开时，启动声光报警
无线智能摄像头 在离开家的时间段，当检测到有移动物体时，提醒查看家中情况
参考答案
(1)
①温湿度传感器测量到温湿度后，按一定的规则转换成电信号或其他所需形式的信息输出。
②常见的门窗传感器通过主体与磁铁间相互感应，判断门窗的开关状态。
③无线智能摄像头通过内置无线发射器将拍到的音视频传送出来，并进行人脸识别等。
(2)略。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共38张PPT)
第二课时 走近智能家居系统
信息技术沪教版 选择性必修2
第四单元 物联网与“互联网+”
项目九 感受智能化生活
——认识物联网
一、新课导入
二、智能设备
三、短距离无线通信
四、走近智能家居系统
五、课堂活动
一、新课导入
二、智能设备
1.核心概念
智能设备是传统设备智能化、网络化发展的产物，它通过常具有传感装置，能够随时随地进行数据采集和分析处理。
二、智能设备
2.设备特点
智能设备应用平台的智能性就体现在异构的设备构成的系统具有情境感知，任务迁移，智能协作和多通道交互的特点。
情境感知应用可捕获、分析多个对象之间的关系并作出响应。设备协作是指通过协调不同设备提供的服务，整合已有的可用服务的功能，构造功能更为丰富的新的组合服务。多通道交互是指使用多种通道与计算机通信的一种人机交互方式，其中“通道”指用户表达意图，执行动作或感知反馈信息的通信方法。
二、智能设备
3.设备产品
由美国德克萨斯一家软件设计公司研发，是一个可以像贴纸一样贴在皮肤上的电子设备，内置了电路板、芯片和传感器。纹(实际上是贴)在皮肤上可以监测运动时的健康状况。它很轻薄，不一定要贴在手臂上，可以贴到身体的其他部位 。
①电子纹身
二、智能设备
3.设备产品
DJI大疆推出了新款无人机产品--Phantom 4，该产品具备强大的避障能力，并依靠计算机视觉来实现自主飞行。由于大疆在此前就展示过这种技术，所以外界普遍猜测Phantom 4上的硬件要么是国产的，要么就是Intel这种巨头所友情提供的 。
②无人机产品
二、智能设备
3.设备产品
目前智能家居才刚刚兴起，物联网1.0时代的核心将会是"技术"，国内绝大部分传统厂商比较缺乏的是软硬结合的开发实力。因此在这一阶段，氦氪想做的是先用一整套高效快速的解决方案帮助厂商们打好地基。而在智能家居市场的地基初步打好后，物联网2.0时代的核心会转移到"服务"上。
③智能家居
二、智能设备
3.设备产品
③智能家居
三、短距离无线通信
短距离无线通信是一种在较短范围内通过无线电波传输信息的技术，该技术具有低成本、通信对等和低功耗的特征。目前，发展较为成熟的短距离无线通信技术主要包括 WiFi、蓝牙、NFC和ZigBee等，主要应用于无线上网、智能家居、移动支付、远程控制等领域。
三、短距离无线通信
Wi-Fi是一种让电子设备连接到一个无线局域网的技术。几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持WF上网它是当今使用最广泛的一种无线网络传输技术。
1.Wi-Fi
三、短距离无线通信
蓝牙(bluetooth)是一种实现短距离无线通信的技术规范。蓝牙技术已经为越来越多的设备(包括手机耳机、计算机、鼠标、键盘、音响等)赋子了安全、简便的连接手段。是物联网中物物互联的主要无线通信技术之一。蓝牙的波段为2400~2483.5MHz。目前的版为蓝牙50规范，它具有高速、低功耗、低延迟等特性传输速率上限可达24Mbps。
2.蓝牙
三、短距离无线通信
NFC（Near Field Communication)即近场通信，这是一种短距离的高频无线通信技术该技术由非接触式射频识别及互联互通技术整合演变而来，能在短距离内让兼容设备进互相识别和数据交换。NFC工作在13.56MHz频率作用于10cm距离内。其传输速度106kbps、212kbps或424kbps三种。
3.NFC
三、短距离无线通信
ZigBee技术是一种短距离低功耗的无线通信技术，其发明灵感来源于蜜蜂。蜜蜂过飞翔和抖动翅膀将花粉所在方位的信息传递给同伴依靠这样的方式构成群体中的通网络。ZigBee技术就是依照这一原理发明的，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低耗、低数据速率，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
4.ZigBee
三、短距离无线通信
LiFi(Light Fidelity)即白光通信,这是一种利用可见光波谱进行数据传输的新型无线传输技术。LiFi目前多采用白光LED作为光源，通过调节LED 光输出的数据进行编码，利用快速光脉冲以无线方式传输信息。LiFi技术是照明与通信的深度耦合。
5. LiFi
四、走近智能家居系统
智能家居系统是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、智能云端控制、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖、健康保健、卫生防疫、安防保安等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。
四、走近智能家居系统
近年来，随着移动终端、传感技术、网络技术的飞速发展，物联网逐渐走人了我们的生活。
在融合家庭场景功能、挖掘增值服务的指导思想下，人们的生活变得越来越智能化。依赖物联网技术，采用主流的互联网通信渠道、配合丰富的智能家居终端,我们正迎来一一种全新的生活方式。
四、走近智能家居系统
智能家居系统一般由多功能控制网关和多种智能设备构成，其中多功能控制网关是智能设备的控制中心(图4-2)
四、走近智能家居系统
要建立智能家居系统，一般首先要完成多功能控制网关的安装。所有其他的智能家居设备都是可选的，它们一般通过短距离无线通信技术与多功能控制网关建立连接。只要智能家居系统中有使用蓝牙、ZigBee等短距离无线通信技术的设备，多功能控制网关就必不可少，它完成了短距离无线通信协议与互联网通信协议之间的转换，并能提供诸多控制指令。手机终端可以通过网络对智能家居设备进行控制、智能家居设备采集的信息也可以通过网络传送到手机终端供查看。
四、走近智能家居系统
将多功能控制网关接上电源，连接至无线路由器后，进入手机App即可查看多功能控制网关，并体验它的自带功能(图4-3)。在多功能控制网关上可以设置多个场景，比如离家、回家、起床、睡觉等。当触发某个场景时，相关设备就会自动启动。
四、走近智能家居系统
思考与讨论
1.多功能控制网关能不能控制非智能设备 为什么
四、走近智能家居系统
思考与讨论
不能控制，因为非智能设备不具备数据采集和处理能力，无法和多功能控制网关建立连接。
四、走近智能家居系统
思考与讨论
2.除了手机外，能不能用笔记本电脑或其他设备来操作多功能控制网关
四、走近智能家居系统
思考与讨论
能，只要笔记本电脑或其他设备能够通过互联网访问多功能控制网关即可。
四、走近智能家居系统
人体传感器与多功能控制网关建立连接后，当有人移动时，人体传感器就可以检测到，并触发关联动作，比如报警、开启夜灯等(图4-4)
四、走近智能家居系统
温湿度传感器能读取当前的室内温度和湿度(图4-5)把它与多功能控制网关建立连接后，可以设置相应的关联动作。比如当温度高于30摄氏度时，启动空调进行降温;当海度低于某值时，启动空气加湿器。
四、走近智能家居系统
门窗传感器与多功能控制网关建立连接后，当门窗被打开时，门窗传感器就可以检测到，并触发相应的关联动作。
无线智能摄像头与多功能控制网关建立连接后，主人在离开家时，也可以通过互联网看到家里发生的情况。
四、走近智能家居系统
当家居设备连上网络后，一切变得非常方便。你可以随时获取信息，了解室内环境的健康级别，即使出门在外也能知道居所的空气状况。你可以通过手机终端发送控制信息:在回家之前开启电饭煲，回到家便能享受温热松软的米饭;让空气加湿器、空调提前工作，营造舒适的环境;还可以实现智能浇花、智能窗帘控制、智能扫地……
四、走近智能家居系统
智能家居系统是一种物联网系统，需要用到感知层、网络层、应用层的相关技术，感知层用到的传感器有人体传感器、温湿度传感器、门窗传感器、无线智能摄像头等。如人体传感器利用的是红外线反射原理。当人体的某一部分出现在人体传感器的发射红外线区域内时，人体传感器就感应到人的存在，传感器采集到数据后，将数据通过蓝牙等短距离无线通信技术传送到多功能控制网关。对于那些不具备感应特性的物品，也可以通过给它们贴上射频识别标签、二维码、条形码等，使它们可以被识别。
四、走近智能家居系统
网络层将感知层采集到的信息通过网络传递到相连的手机、服务器等终端设备再对相关数据进行处理分析。
应用层包括各种具体应用，是物联网技术与实际需求的结合。在智能家居系统中、智能电饭煲、智能灯泡、智能电水壶、智能空气净化器等设备都可以在手机的控制下完成所要求的操作。
四、走近智能家居系统
思考与讨论
1.多功能控制网关属于物联网体系架构的哪一层 为什么
四、走近智能家居系统
思考与讨论
感知层，因为多功能控制网关和智能设备一起对物品进行基础信息采集，同时接收上层网络关来的控制信息，执行相应动作。
四、走近智能家居系统
思考与讨论
2.“人”在智能家居系统中起什么作用
五、课堂活动
2.深入了解传感器
(1)请上网查找温湿度传感器、门窗传感器和无线智能摄像头的工作原理。
(2)请分别设计人体传感器、门窗传感器和无线智能摄像头的关联动作。
五、课堂活动
智能家居设备 关联动作
人体传感器 在am2:00~am6:00之间探测到有人移动时，开启夜灯
门窗传感器 在am2:00~am6:00之间探测到门窗被打开时，启动声光报警
无线智能摄像头 在离开家的时间段，当检测到有移动物体时，提醒查看家中情况
五、课堂活动
参考答案
(1)
①温湿度传感器测量到温湿度后，按一定的规则转换成电信号或其他所需形式的信息输出。
②常见的门窗传感器通过主体与磁铁间相互感应，判断门窗的开关状态。
③无线智能摄像头通过内置无线发射器将拍到的音视频传送出来，并进行人脸识别等。
谢谢
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