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信息技术必修二

第三单元 信息系统的网络

项目七 探究智能花卉养护系统
———了解物流网
项目分析许多家庭都喜欢在家里种植一些花卉，以美化家庭环境、净化空气。但养好花卉却不是件容易的事。不同的花卉对于光照、温度和土壤的水分、酸碱度、肥力的要求不同，大多数人一般不能做到专业的养护，常导致种植过程中出现花卉焦叶、烂根、干枯及生虫等问题。有时主人需要外出一段时间，花卉会因长时间无人照料而枯萎。如果有一套智能花卉养护系统，实时监测每盆花卉生长所处的环境，并及时提示需要的养护操作或自动对花卉进行养护，则上述问题会迎刃而解。智能花卉养护教学目标知识目标：物流网定义，架构，传感器定义，物联网通信技术。能力目标：探究物流网开发。情感目标：创建物流网，理论联系实际应用。教学重点:物流网定义，架构，传感器定义，物联网通信技术。教学难点物流网定义，架构，传感器定义，物联网通信技术。教学方法：实践法，演示法、分组探究法。项目引入新课我们将一起体验通过物联网技术组建智能花卉养护系统，从中了解信息系统与外部世界的连接方式，探索常见的传感与控制机制，并了解物流网的工作原理。智能花卉养护新课.知识链接1.物流网指物和物相连的互联网络。根据国际电信联盟的定义，物联网主要解决物品与物品，人与物品，人与人之间的互联。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，目前，物联网的应用越来越广泛，常见的有：智能交通、智能小区、数字博物馆、数字家庭、现代物流管理、食品安全监控、数字医疗等。２.物联网的组成架构物联网通常可以分为四层架构：感知层，传输层、数据处理层、应用服务层。感知层实现对现实世界的智能感知识别,主要包括各种类型的传感器、基础硬件以及各类技术规范等。传输层主要实现信息的传输，包括各种通信介质、设备和技术标准等。其中应用最为广泛的通信技术应是蜂窝移动网络（2G、3 G、4G、5G），Wi-Fi、蓝牙等。为了使不同场景中的应用更具有针对性，许多针对物联网使用的通信技术逐渐发展起来，如RFID、ZigBee、Z-Wave、NB-IoT、LoRa、PL等。数据处理层实现对数据的处理，包括各种服务器、存储器、云计算平台、数据挖掘和分析技术等。应用服务层主要实现物联网的各种应用。针对不同的应用环境，各种智能硬件和服务软件等不断被开发出来。一．知识链接３.传感器传感器定义：是一种检测装置，能感知被测量物体或环境的信息，并能将感知到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。物联网除了传输数据与信号的网络外，还包括各种传感器、控制执行装置，以及网络控制平台等。传感器分类：由敏感元件和转换元件组成。转换元件可将敏感元件感应到的物理量（如温度，湿度，照度等）或化学量（如酸碱度，浓度）等转变成电信号（模拟信号）。传感器输出信号通常为弱信号，需要放大电路将它放大，然后经过滤波电路过滤干扰信号等一系列信号调整后形成精度较高，噪音比（信号与噪声的比例）较大的电信号，再通过采样和数模转换，调理后的模拟信号被转换成数字信号以方便计算机等设备的处理，最后经过量程计算，数据通过显示设备或其他设备输出。传感器若按用途分为位置传感器、接近和运动传感器、惯性传感器、压力敏和力敏传感器、光敏传感器、介质传感器、温度传感器等。传感器输出信号的转换过程（模拟 数字）
4.物联网通信技术
（1）蓝牙：是一种无线技术标准，可实现两个设备之间的无线短距离数据交换。随着信息技术的发展，各种依托蓝牙与计算机进行短距离无线通信的设备应运而生，如蓝牙鼠标，蓝牙音响等。使用蓝牙时需要对互联的设备进行配对设置，这样才能在两个设备间建立持续的无线连接。
（2）ZigBee：是基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离，低功耗的无线通信技术。可以嵌入各种设备中，用于实现自动控制和远程控制。如可以实现无线遥控开关灯。
（3）Z-Wave：是一种基于射频的、低成本，低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术，可将独立的设备转换为智能网络设备，实现控制和无线监测，主要应用于智能家居领域，其用于实现家电控制。
（4）射频识别（RFID）：是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。如物流管理，门禁控制、食品溯源等。
（5）近场通信（NFC）：是一种短距离的高频无线通信技术。他由RFID演变而来，在单一芯片上结合了感应式读卡器，感应式卡片，可实现电子设备之间的非接触式点对点数据传输。目前主要用于交通一卡通、支付卡、门禁卡等。
蓝牙音箱
ZiBee技术的运用
Z-Wave无线监控
RFID在物流中的应用
使用手机NFC功能乘坐地铁
一．知识链接信息系统通过输入设备，如传感器等与外部现实世界连接。如，陀螺仪、摄像仪、指纹识别器。传感器对于信息系统的作用，如同人类的感觉器官对于大脑的作用，通过感知外部现实世界获取信息。信息系统还通过输出和控制与外部现实世界进行连接，实现一系列操作功能，如操控机器人手臂完成工业制造等。5.信息系统与外部现实世界的连接方式一．知识链接
物流网系统与外部现实世界的连接方式
项目学习指引
1.探索智能花卉养护系统的工作过程
智能花卉养护系统工作过程
智能花卉养护系统大多通过监测花卉的种植环境数据，依托物流网，将数据传至互联网的云端进行数据比对分析，再通过智能手机中的相应App将花卉种植养护提示推送给用户。
项目学习指引
2.采集花卉种植环境数据
监测花卉所处的实际环境，包括光照、温度和土壤水分、肥力等。对环境数据的采集，可以依赖传感器。如光敏传感器，温度传感器，介质传感器。
物流网技术的智能传感器，他们通常汇集多种传感器与一身，集成了存储、处理、通信等模块，将检测到的数据进行预处理后传输给其他设备（物流网设备网关、智能手机、服务器）。
智能花草环境传感器
3.了解种植环境数据的处理与反馈
不同的花卉需要的水分、肥力、光照和温度不尽相同。用户还需要一定的花卉养护专业知识，才能有效地利用传感器监测到的环境数据。
非花卉养护专业用户可以在App中设置传感器所感知的花卉种类，通过智能手机所连接的家庭局域网或移动通信网络将花卉种类和环境数据传送到互联网中的云端。将传感器感知的环境数据与云端存储的该种类花卉生长所需要的理想环境数据进行比对，并将比对结果和养护提示反馈给App。
反馈养护提示
4.了解智能花盆的自动控制
智能花卉养护系统在传感器的支持下可以实时监测并反馈植物生长状态，使花卉养护更便捷。但养护过程中仍需要人工干预，比如人工浇水，施肥等。要实现自动控制功能，除了使用各类开源硬件套材设计控制系统外，还可以直接采用集成了传感器和自动灌溉控制系统的智能花盆。智能花盆的外层是一个储水箱，水箱底部有个水泵，可自动泵水到花盆边缘的喷水口为花卉浇水。根据传感器检测的环境数据和设定的花卉种类，当土壤湿度达到适宜该生植物生长的水平后，水泵会自动关闭，当土壤湿度过低时，水泵自动开启进行浇灌。
智能花盆
1.物流网：指物和物相连的互联网络。根据国际电信联盟的定义，物联网主要解决物品与物品，人与物品，人与人之间的互联。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，目前，物联网的应用越来越广泛，常见的有：智能交通、智能小区、数字博物馆、数字家庭、现代物流管理、食品安全监控、数字医疗等。
2.物联网通常可以分为四层架构：感知层，传输层、数据处理层、应用服务层。
3.感知层实现对现实世界的智能感知识别,主要包括各种类型的传感器、基础硬件以及各类技术规范等。
4.传输层主要实现信息的传输，包括各种通信介质、设备和技术标准等。其中应用最为广泛的通信技术应是蜂窝移动网络（2G、3 G、4G、5G），Wi-Fi、蓝牙等。
5.为了使不同场景中的应用更具有针对性，许多针对物联网使用的通信技术逐渐发展起来，如RFID 、ZigBee、Z-Wave、 NB-IoT、LoRa、PL等。
6.数据处理层实现对数据的处理，包括各种服务器、存储器、云计算平台、数据挖掘和分析技术等。
7.应用服务层主要实现物联网的各种应用。针对不同的应用环境，各种智能硬件和服务软件等不断被开发出来。
【课堂小结】（同学们重点记住）
8.传感器定义：是一种检测装置，能感知被测量物体或环境的信息，并能将感知到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。物联网除了传输数据与信号的网络外，还包括各种传感器、控制执行装置，以及网络控制平台等。
9.传感器分类：由敏感元件和转换元件组成。
10.转换元件可将敏感元件感应到的物理量（如温度，湿度，照度等）或化学量（如酸碱度，浓度）等转变成电信号（模拟信号）。
11.传感器输出信号通常为弱信号，需要放大电路将它放大，然后经过滤波电路过滤干扰信号等一系列信号调整后形成精度较高，噪音比（信号与噪声的比例）较大的电信号，再通过采样和数模转换，调理后的模拟信号被转换成数字信号以方便计算机等设备的处理，最后经过量程计算，数据通过显示设备或其他设备输出。
12.传感器若按用途分为位置传感器、接近和运动传感器、惯性传感器、压力敏和力敏传感器、光敏传感器、介质传感器、温度传感器等。
【课堂小结】（同学们重点记住）
【课堂小结】（同学们重点记住）
13.蓝牙是一种无线技术标准，可实现两个设备之间的无线短距离数据交换。随着信息技术的发展，各种依托蓝牙与计算机进行短距离无线通信的设备应运而生，如蓝牙鼠标，蓝牙音响等。使用蓝牙时需要对互联的设备进行配对设置，这样才能在两个设备间建立持续的无线连接。
14.ZigBee：是基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离，低功耗的无线通信技术。可以嵌入各种设备中，用于实现自动控制和远程控制。如可以实现无线遥控开关灯。
15.Z-Wave：是一种基于射频的、低成本，低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术，可将独立的设备转换为智能网络设备，实现控制和无线监测，主要应用于智能家居领域，其用于实现家电控制。
16.射频识别（RFID）：是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。如物流管理，门禁控制、食品溯源等。
17.近场通信（NFC）：是一种短距离的高频无线通信技术。他由RFID演变而来，在单一芯片上结合了感应式读卡器，感应式卡片，可实现电子设备之间的非接触式点对点数据传输。目前主要用于交通一卡通、支付卡、门禁卡等。
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