资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
信息技术 3.4智能控制技术
课题 身边的物联网应用 单元 第三单元 学科 信息技术 年级 八年级
教材分析 信息技术是一门知识性、技能性与创新性相结合的学科。现阶段，信息技术教育的理念已发生了质的飞跃，从单纯的技能训练上升为全面的信息素养的培养。教材以提高全体学生信息素养、养成学生自主学习意识和能力、培养学生数字化创新精神，从生活中发现问题、明确任务、确立目标、分析任务。在探究过程中逐步找到解决问题的方法。实用的小技巧，适时点拨关键操作。旨在帮助学生掌握信息时代生存与发展必需的基础知识和基础技能，养成信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的核心素养。
教学目标 1、信息意识：在面对海量信息时，能够识别、获取、处理、分析和利用信息的能力。2、计算思维：运用逻辑思维、抽象思维、算法设计等能力，以便更好地利用智能技术解决问题。3、数字化学习与创新：利用数字技术和智能系统推动创新活动的过程，如人工智能、大数据、物联网等技术在创新中的应用。4、信息社会责任：学习和运用在使用信息资源、开发信息技术以及传播信息时，应遵循的道德、法律和社会责任。
重点 一、认识自动控制技术二、认识远程控制技术三、模拟智能手环的远程提醒应用
难点 掌握远程控制技术在生活中的实际应用
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 马宁发现在物联网的应用中，实现与机器、设备的交互还需要控制技术。例如，远程控制的门禁、远程感应的灯、实现家庭防护的报警器、矿场中远程控制的机器等，物联网应用中将数据经过分析、处理后，可以根据信息按照既定的程序进行操作例如，开门、亮灯、发出警报、控制机器动作等，这就是智能控制技术。在本节，我们通过让智能手环实现智能控制，学习物联网应用层的关键技术之一智能控制技术。 观看视频了解智能控制技术 帮助学生理解智能控制技术的含义，引入课堂主题
讲授新课 一、认识自动控制技术1.自动控制的定义：自动控制是指对采集到的数据进行分析和处理,并按规定的控制规则实施控制行为。如火车站人脸识别进站系统，当旅客在进站口的闸机上刷身份证后，该系统自动识别身份证信息，同时进行人脸识别 对比，并在数据库中查找这一身份信息，判断该旅客是否购买了本站有关车次的车票，然后做出是否打开闸机的决定。练一练：请同学们说一说生活中常见的自动控制装置及其功能。2.控制技术中的执行器：执行器是指接收控制信号并对受控对象进行控制的设备。常见的执行器有灯光设备、显示设备、声音设备和电机类设备。灯光设备是一种输出光信号的执行器。如 LED 灯、光环板等: 显示设备是实现人机对话的主要形式，如数码管、OLED 显示屏、LCD 液晶屏等:声音设备是一种输出声音信号的执行器，如蜂鸣器、喇叭等; 电机类设备是一种控制物体运转的执行器，如可以调节速度的马达，能够控制转动角度的舵机等。知识拓展：1、自动控制系统有各种各样的具体形式，但是按基本控制方式来分可以分为开环控制方式和闭环控制方式，和复合控制。开环控制系统是指系统的输出量对控制作用不产生影响的系统。最典型的例子就是洗衣机，洗衣机只负责洗，但不保证能否把衣物洗干净。闭环控制也叫做反馈控制或偏差控制。闭环控制系统是把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与输入量进行比较，并利用比较后的偏差信号，经过控制器对控制对象进行控制，以抑制内部或外部扰动对输出量的影响，减少输出量的误差。复合控制系统同时包含按偏差的闭环控制和按扰动或输入的开环控制的控制系统。但带有负反馈的闭环控制起主要的调节作用。可以把复合控制系统理解为前馈加反馈，前馈的前提是干扰已知。二、认识远程控制技术1、远程控制的定义：手动控制是由人直接或间接操作完成的控制。远程控制是常见的手动控制，它是指人使用计算机、手机等智能终端中的软件发送指令，通过物联网对远程设备实现控制。例如，某智能远程控制App(界面如图 3.4.3的左图所示)，通过网络连接到在线设备，实现设备的开关、定时、模式调整等操作。练一练：同学们查阅资料，了解物联网中还有哪些应用涉及远程控制技术，它们使用的控制平台分别是什么 完成表 3.4.1。3.常见的远程控制平台：（1）OneNET平台：它是由中国移动打造的 PaaS 物联网开放平台，该平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。（2）Blynk 平台：它是为物联网而设计的，它可以远程控制硬件，可以显示传感器数据,可以存储数据并对其进行视觉化。该平台有三个主要组件:BlynkApp、Blynk 服务器和Blynk 库。（3）MQTT 平台：它是一个基于客户-服务器的消息发布/订阅传输协议，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。（4）终端小程序平台：它可以连接物联网设备。用户可以自行设置控制界面的组件，如开关、按钮、图表等，也可以设置组件的摆放位置，更灵活地控制物联网设备还可以直观地看到设备上传感器获取的数据变化情况。知识拓展：1、物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、激光扫描器等，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。三、模拟智能手环的远程提醒应用1、智能手环的应用： 使用智能手环可以实现远程提醒的功能，例如，远程提醒老年人吃药，只要在 App 上发送消息或者点击按钮，就能把信息传送到智能手环中，从而触发智能手环中的执行器，让设备发出声音、亮灯或显示信息等，实现提醒。具体步骤如下。（1）使设备与终端建立连接。启动编程软件，编写程序，使用蓝牙通信方式将智能终端与智能开发板连接起来，以实现数据传输。一般情况下由智能终端主动建立蓝牙连接，所以，可以设置智能开发板为蓝牙从机，将其命名为“远程提醒应用”。（2）让智能开发板接收指令。蓝牙可以实现主机和从机相互发送和接收数据(指令)，在本例的模拟智能手环的远程提醒应用中，我们只将智能开发板作为接收数据并根据数据做出反馈的一端。（3）让智能开发板判断指令并进行提醒。要实现在智能终端发送相关数据(指令)后，控制智能开发板做出提醒的功能，需要让智能开发板判断发送的数据(指令)是否符合条件，如果是，则播放音乐进行提醒。（4）智能终端发送数据(指令)与结果测试。将编写好的蓝牙从机相关程序刷入智能开发板中，在智能终端下载相关的蓝牙App打开并连接名为“远程提醒应用”的蓝牙设备，等待一段时间后显示连接成功，这时就可以在智能终端输入命令“该吃药了”,让智能开发板发出声音提醒。请同学们将上述“模拟智能手环的远程提醒应用”的程序刷入智能开发板，并在智能终端发送“该吃药了”命令，如图 3.4.8 所示，查看智能开发板是否响起提示音乐。2.蓝牙 APP的下载下载并安装资源网站中的蓝牙 App。3.蓝牙模块的使用在 mPython 软件中，执行“扩展-添加”项中的“通信”子项，在界面的右侧找到“蓝牙”模块并加载，从“串口透传”的模块指令中可以找到上述程序要使用的相关指令。项目实施：马宁的爷爷耳朵听不清楚声音，当马宁的爸爸远程提醒他吃药时，他偶尔会听不清楚智能手环的提示音。根据本节课学习的物联网控制技术，请同学们使用智能终端，结合智能开发板板载的执行器:RGB 灯、OLED 显示屏、蜂鸣器，为马宁的爷爷模拟一款能够亮起灯光、显示信息和循环播放音乐的智能手环，实现远程吃药1.请根据本节课学习的内容，完成表 3.4.2。根据设计的模拟智能手环的功能，试着用本节学到的知识实现它们。知识拓展：1、远程控制是在网络上由一台电脑(主控端Remote/客户端)远距离去控制另一台电脑(被控端Host/服务器端)的技术，主要通过远程控制软件实现。远程控制软件分两个部分:一部分是客户端程序(Client) ，另一部分是服 务器端程序(Server) 2、远程访问、控制可以分为点对点访问控制和点对多的访问控制两大类:点对点的访问控制指的是一个远程客户端的程序在同一时间内只能连接、控制一台远程计算机。点对点的访问控制的程序设计主要是以客户端控制服务器端方式，即客户/5服务器模式。3、点对多的访问控制可以在同一时间内对一台或多台远程计算机进行控制，但点对多的访问控制是不会比点对点的访问控制功能具体和强大。巩固练习：1、物联网智能控制技术可以分为: 答：本地化智能控制技术、云端智能控制技术2、本节课制作的远程吃药提醒器只能提醒爷爷一次，万一爷爷没有注意到，就又忘记了，试一试修改程序，保证爷爷能够持续看到或听到提醒吃药的信号，以及看到信号后自己手动关闭智能开发板(如按下 A 键关闭信号)。3、智能控制技术在日常生活中的应用广泛。如果有一天你忘记带钥匙了，别担心，用智能终端App 就可以一键开门。请同学们为智能开发板外接舵机执行器(旋转角度0~180°),图3.4.10供参考然后编写相关的程序，模拟实现智能终端远程开门的应用。 学生通过物联网，了解智能控制技术。学习拓展延伸。学生上网查找资料，分析智能控制技术的应用学习拓展延伸。学习了解智能控制技术在生活中的应用。学生通过教师讲解自己去网上查找资料，进一步理解智能控制技术现实中的运用。进行项目实践。学习拓展延伸。学生根据巩固练习完成题目，加深对知识的理解 增进对物联网智能控制技术的认知。帮助学生更多地了解智能控制技术培养学生信息化处理的能力。拓宽学生知识面。引导学生将所学内容和生活实际相结合。让学生理解智能控制技术在生活中的进一步运用，提高学生学习兴趣。引导学生将理论知识和生活实际相结合，提高动手实践能力。增进对远程控制的理解。巩固所学。
布置作业 智能控制技术一般在什么情况下被大众需要？使用环境是什么？ 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力
课堂小结 智能控制是指驱动智能机器自主地实现其目标的过程,即是一类无需人的直接干预就能独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。智能控制技术的理论基础是人工智能、控制论、运筹学和信息论等学科的交叉。智能控制是近二十年才发展起来的一门新兴学科。所以说，智能控制技术就是利用智能控制的功能来解决问题的过程。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 一、认识自动控制技术二、认识远程控制技术三、模拟智能手环的远程提醒应用 学习、记忆及勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
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第9课 智能技术控制
电子工业出版社第三册
教学目标
1、信息意识：在面对海量信息时，能够识别、获取、处理、分析和利用信息的能力。
2、计算思维：运用逻辑思维、抽象思维、算法设计等能力，以便更好地利用智能技术解决问题。
3、数字化学习与创新：利用数字技术和智能系统推动创新活动的过程，如人工智能、大数据、物联网等技术在创新中的应用。
4、信息社会责任：学习和运用在使用信息资源、开发信息技术以及传播信息时，应遵循的道德、法律和社会责任。
情境描述
马宁发现在物联网的应用中，实现与机器、设备的交互还需要控制技术。例如，远程控制的门禁、远程感应的灯、实现家庭防护的报警器、矿场中远程控制的机器等，物联网应用中将数据经过分析、处理后，可以根据信息按照既定的程序进行操作例如，开门、亮灯、发出警报、控制机器动作等，这就是智能控制技术。在本节，我们通过让智能手环实现智能控制，学习物联网应用层的关键技术之一智能控制技术。
新知导入
3.1 认识自动控制技术
新知讲解
1.自动控制的定义：自动控制是指对采集到的数据进行分析和处理,并按规定的控制规则实施控制行为。如火车站人脸识别进站系统，当旅客在进站口的闸机上刷身份证后，该系统自动识别身份证信息，同时进行人脸识别 对比，并在数据库中查找这一身份信息，判断该旅客是否购买了本站有关车次的车票，然后做出是否打开闸机的决定。
练一练
1、请同学们说一说生活中常见的自动控制装置及其功能。
（1）声控灯：
声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，部分设有手动开关，使其应用更加方便。
练一练
2、电冰箱：
风冷冰箱有自动除霜装置，使用方便，冷藏室降温速度快，箱内温度均匀，食品冷藏质量好，但冷冻室冻却速度比直冷冰箱慢，结构复杂，耗电量大，价位较高。
助力知识
2.控制技术中的执行器：
执行器是指接收控制信号并对受控对象进行控制的设备。常见的执行器有灯光设备、显示设备、声音设备和电机类设备。灯光设备是一种输出光信号的执行器。
RGBLED光环板
4X7数码管
蜂鸣器
直流电机
助力知识
2.控制技术中的执行器：如 LED 灯、光环板等: 显示设备是实现人机对话的主要形式，如数码管、OLED 显示屏、LCD 液晶屏等:声音设备是一种输出声音信号的执行器，如蜂鸣器、喇叭等; 电机类设备是一种控制物体运转的执行器，如可以调节速度的马达，能够控制转动角度的舵机等。
知识拓展
1、自动控制系统有各种各样的具体形式，但是按基本控制方式来分可以分为开环控制方式和闭环控制方式，和复合控制。
开环控制系统是指系统的输出量对控制作用不产生影响的系统。最典型的例子就是洗衣机，洗衣机只负责洗，但不保证能否把衣物洗干净。
知识拓展
2、闭环控制也叫做反馈控制或偏差控制。闭环控制系统是把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与输入量进行比较，并利用比较后的偏差信号，经过控制器对控制对象进行控制，以抑制内部或外部扰动对输出量的影响，减少输出量的误差。
知识拓展
3、复合控制系统同时包含按偏差的闭环控制和按扰动或输入的开环控制的控制系统。但带有负反馈的闭环控制起主要的调节作用。
可以把复合控制系统理解为前馈加反馈，前馈的前提是干扰已知。
3.2 认识远程控制技术
新知讲解
1.远程控制的定义：手动控制是由人直接或间接操作完成的控制。远程控制是常见的手动控制，它是指人使用计算机、手机等智能终端中的软件发送指令，通过物联网对远程设备实现控制。例如，某智能远程控制App(界面如图 3.4.3的左图所示)，通过网络连接到在线设备，实现设备的开关、定时、模式调整等操作。
图3.4.3 远程控制App
练一练
2、同学们查阅资料，了解物联网中还有哪些应用涉及远程控制技术，它们使用的控制平台分别是什么 完成表 3.4.1。
物联网远程控制应用
控制平台
表3.4.1 物联网远程控制应用及相关控制平台
练一练
表3.4.1 物联网远程控制应用及相关控制平台
物联网远程控制应用
控制平台
农民按时开关远程渔场增氧机和刨料机
渔业IOT
助力知识
3.常见的远程控制平台：
（1）OneNET平台：
它是由中国移动打造的 PaaS 物联网开放平台，该平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。
助力知识
（2）Blynk 平台：
它是为物联网而设计的，它可以远程控制硬件，可以显示传感器数据,可以存储数据并对其进行视觉化。该平台有三个主要组件:BlynkApp、Blynk 服务器和Blynk 库。
助力知识
（3）MQTT 平台：
它是一个基于客户-服务器的消息发布/订阅传输协议，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
助力知识
（4）终端小程序平台：
它可以连接物联网设备。用户可以自行设置控制界面的组件，如开关、按钮、图表等，也可以设置组件的摆放位置，更灵活地控制物联网设备还可以直观地看到设备上传感器获取的数据变化情况。
知识拓展
1、物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、激光扫描器等，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。
3.3 模拟智能手环的远程提醒应用
新知讲解
1.智能手环的应用： 使用智能手环可以实现远程提醒的功能，例如，远程提醒老年人吃药，只要在 App 上发送消息或者点击按钮，就能把信息传送到智能手环中，从而触发智能手环中的执行器，让设备发出声音、亮灯或显示信息等，实现提醒。具体步骤如下。
图3.4.4 模拟智能手环的远程提醒示意图
新知讲解
（1）使设备与终端建立连接。启动编程软件，编写程序，使用蓝牙通信方式将智能终端与智能开发板连接起来，以实现数据传输。一般情况下由智能终端主动建立蓝牙连接，所以，可以设置智能开发板为蓝牙从机，将其命名为“远程提醒应用”。
图3.4.5 设置智能开发板为蓝牙从机并为其命名
新知讲解
（2）让智能开发板接收指令。蓝牙可以实现主机和从机相互发送和接收数据(指令)，在本例的模拟智能手环的远程提醒应用中，我们只将智能开发板作为接收数据并根据数据做出反馈的一端。
图3.4.6 让智能开发板作为数据（指令）接收端的程序
新知讲解
（3）让智能开发板判断指令并进行提醒。要实现在智能终端发送相关数据(指令)后，控制智能开发板做出提醒的功能，需要让智能开发板判断发送的数据(指令)是否符合条件，如果是，则播放音乐进行提醒。
图3.4.7 智能开发板判断数据（指令）并做出反馈的程序
新知讲解
（4）智能终端发送数据(指令)与结果测试。将编写好的蓝牙从机相关程序刷入智能开发板中，在智能终端下载相关的蓝牙App打开并连接名为“远程提醒应用”的蓝牙设备，等待一段时间后显示连接成功，这时就可以在智能终端输入命令“该吃药了”,让智能开发板发出声音提醒。
新知讲解
请同学们将上述“模拟智能手环的远程提醒应用”的程序刷入智能开发板，并在智能终端发送“该吃药了”命令，如图 3.4.8 所示，查看智能开发板是否响起提示音乐。
图3.4.8 在智能终端发出“该吃药了”命令
助力知识
2.蓝牙 APP的下载
下载并安装资源网站中的蓝牙 App。
3.蓝牙模块的使用
在 mPython 软件中，执行“扩展-添加”项中的“通信”子项，在界面的右侧找到“蓝牙”模块并加载，从“串口透传”的模块指令中可以找到上述程序要使用的相关指令。
项目实施
马宁的爷爷耳朵听不清楚声音，当马宁的爸爸远程提醒他吃药时，他偶尔会听不清楚智能手环的提示音。
根据本节课学习的物联网控制技术，请同学们使用智能终端，结合智能开发板板载的执行器:RGB 灯、OLED 显示屏、蜂鸣器，为马宁的爷爷模拟一款能够亮起灯光、显示信息和循环播放音乐的智能手环，实现远程吃药提醒应用，如图 3.4.9 所示。
亮起灯光
显示信息
循环播放音乐
图3.4.9 智能手环的远程吃药提醒应用示意图
项目实施
1.请根据本节课学习的内容，完成表 3.4.2。
2.根据设计的模拟智能手环的功能，试着用本节学到的知识实现它们。
表3.4.2 智能手环的远程吃药提醒应用
远程控制方式
通信技术
执行器
实现的功能
项目实施
表3.4.2 智能手环的远程吃药提醒应用
远程控制方式
通信技术
执行器
实现的功能
无线连接
蓝牙、Wi-Fi和NFC
振动马达、LED指示灯
吃药监测、通知提醒
知识拓展
1、远程控制是在网络上由一台电脑(主控端Remote/客户端)远距离去控制另一台电脑(被控端Host/服务器端)的技术，主要通过远程控制软件实现。远程控制软件分两个部分:一部分是客户端程序(Client) ，另一部分是服务器端程序(Server) 。
知识拓展
2、远程访问、控制可以分为点对点访问控制和点对多的访问控制两大类:点对点的访问控制指的是一个远程客户端的程序在同一时间内只能连接、控制一台远程计算机。点对点的访问控制的程序设计主要是以客户端控制服务器端方式，即客户/5服务器模式。
知识拓展
3、点对多的访问控制可以在同一时间内对一台或多台远程计算机进行控制，但点对多的访问控制是不会比点对点的访问控制功能具体和强大。
巩固练习
1.物联网智能控制技术可以分为:
答：本地化智能控制技术、云端智能控制技术。
2.本节课制作的远程吃药提醒器只能提醒爷爷一次，万一爷爷没有注意到，就又忘记了，试一试修改程序，保证爷爷能够持续看到或听到提醒吃药的信号，以及看到信号后自己手动关闭智能开发板(如按下 A 键关闭信号)。
巩固练习
3.智能控制技术在日常生活中的应用广泛。如果有一天你忘记带钥匙了，别担心，用智能终端App 就可以一键开门。请同学们为智能开发板外接舵机执行器(旋转角度0~180°),图3.4.10供参考然后编写相关的程序，模拟实现智能终端远程开门的应用。
图3.4.10 模拟实现智能终端远程开门
课堂总结
智能控制是指驱动智能机器自主地实现其目标的过程,即是一类无需人的直接干预就能独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。智能控制技术的理论基础是人工智能、控制论、运筹学、和信息论等学科的交叉。智能控制是近二十年才发展起来的一门新兴学科。所以说，智能控制技术就是利用智能控制的功能来解决问题的过程。
课后作业
问：智能控制技术一般在什么情况下被大众需要？使用环境是什么？
课后作业
答：一些远程需要。如远程控制的门禁、远程感应的灯、实现家庭防护的报警器、矿场中远程控制的机器等，物联网应用中将数据经过分析、处理后，可以根据信息按照既定的程序进行操作。
板书设计
智能控制技术
一、认识自动控制技术
1、自动控制的定义
二、认识远程控制技术
1、远程控制的定义
三、模拟智能手环的远程提醒应用
1、智能手环的应用
四、课后作业：智能控制技术的使用环境
五、单元知识框架总结
谢谢
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