资源简介

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信息技术3.1传感器与检测技术
课题 传感器与检测技术 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：学会传感器如何收集、处理和传输数据，以及如何利用这些信息进行决策和优化。2、计算思维：学会用算法、数据分析和机器学习等方法来处理传感器收集到的数据。3、数字化学习与创新：利用在线课程、教程、论坛等资源来学习传感器原理、应用和开发。4、信息社会责任：在设计、部署和使用传感器时，充分考虑数据安全、隐私保护和社会影响，确保技术的合理、合规应用。
重点 一、认识生活中的传感器二、体验传感器的数据采集三、传感器检测功能的应用
难点 掌握传感器与检测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 马宁生日的时候，爸爸送给他一个智能手环作为生日礼物。手环说明书上写着:“智能手环可以实时检测运动量、心率、睡眠质量。还可以使用手机实时查看运动量，检测走路和跑步的效果”。马宁有些好奇，智能手环是如何检测并得到佩戴者的运动状态与心率数据的呢 要解决这个问题，需要先学习物联网感知层的关键技术一一传感器与检测技术。 观看视频了解传感器与检测技术 帮助学生理解传感器与检测技术的含义，打开课堂
讲授新课 一、认识生活中的传感器1.智能手环中的传感器：(1)传感器是一种检测装置，能检测外界信息，并将信息转化为数字信号或模拟信号输出。智能手环内置了能实现多种功能的若干种传感器，可以采集佩戴者的运动与健康数据。（2）在智能手环的传感器中，加速度传感器可以判断佩戴者是否在移动，从而达到计步的目的；温度传感器可以通过与佩戴者皮肤的直接接触，测量皮肤的表层温度；光学心率传感器可以实时检测佩戴者的心率；光线传感器可以感知周围光线情况，并通知处理芯片自动调节显示器背光亮度。如图3.1.1所示。实践探究：1.传感器的应用在现实生活中随处可见。请查阅相关资料，列举各种传感器的作用，以及它们在生活中的应用场景，并完成表3.1.1 。2.传感器：(1)在物联网的感知层中，传感器检测技术是核心技术之一。人体通过感觉器官从外界获取信息。而单靠人体自身的感觉器官研究自然现象及其规律是远远不够的。传感器可以应用于人体无法忍受的温度、高压、辐射等恶劣环境，还可以检测出人体不能感知的微弱磁、离子射线等信息。(2)传感器的出现和发展，让物体也有了“触觉、味觉和嗅觉”让物体慢慢“活”了起来。可以说，传感器是人类感觉器官的延伸，因此，传感器又称为“电五官”。传感器与人类五大感觉器官及其功能的类比如图3.1.2 所示。(3)传感器的使用随处可见。自动门利用红外传感器感知人体的红外波烟雾报警器利用气敏传感器测量烟雾浓度；电子秤利用力敏传感器测量物体的重量。(4)目前传感器已经广泛应用到工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断等各个领域，几乎每一个现代化项目都离不开传感器。尤其在物联网应用中，将传感器连接到设备，并通过网络让设备互连，使人们可以更加全面地了解设备获取的信息，或让设备自动执行某些功能。知识拓展:传感器就是一个元件，主要作用就是能够感受力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量或转换为电路的通断。按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、 24GHz雷达传感器；按照其原理，传感器可分类为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。体验传感器的数据采集1.传感器的数据采集：(1)在物联网应用中，传感器的作用就是采集各种各样的数据。而不同的传感器采集到的数据也不同。按照采集到的数据的类型，可以把传感器分为数字型传感器和模拟型传感器。(2)数字型传感器只采集0和1两种状态组成的数据，如按键传感器：模拟型传感器能采集发生连续变化的数据，如能根据环境中光线的不同，采集光线数据的光线传感器。我们使用的智能开发板就集成了一些常见的传感器，如图3.1.3所示。实践探究：1.请同学们分析智能开发板上传感器的类型，完成表3.1.2。2.用传感器采集数据的一般过程：(1)打开编程软件，用数据线连接计算机与智能开发板。(2)单击编程软件的输入模块，在这个模块中可以看到智能开发板包含的所有传感器的主要功能，如图3.1.4所示。(3)编写用声音传感器采集声音数据并打印(即显示)所采集的声音数据的循环结构程序，如图3.1.5所示。将程序上传到智能开发板并将声音传感器采集的数据输出到计算机的控制台上，改变环境(如对着声音传感器说话)，观察数据的变化，如图3.1.6所示。知识拓展：1、数据采集(DAQ)，又称数据获取，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。2、采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。三、传感器检测功能的应用1.光线传感器：(1)光线传感器能够检测环境中的光线值，它最常见的应用就是自动调节屏幕亮度。手机、笔记本电脑、智能手环都有这样的功能，当光线传感器检测到环境中的光线较亮时，为了让人们更清楚地看到屏幕上显示的内容就会自动调高屏幕的亮度。(2)智能开发板上也有光线传感器，我们可以用光线传感器来代替传统的开关，制作一个光线感应灯。当检测到环境光线不足时，智能开发板自动把RGB灯打开，如图3.1.7所示。2.光线感应灯程序设计：(1)当智能开发板上的光线传感器检测到环境比较昏暗时(本例中以光线值1000作为判断标准，当光线值小于1000时，可视为环境昏暗：否则视为环境明亮，具体判断标准可根据实际情况调整) 就打开开发板上的 RGB灯；当检测到光线比较明亮时，就关闭RGB灯。如图3.1.8所示。(2)请同学们根据当前的光线环境调整光线明暗判断值，将编写的光线感应灯程序刷入智能开发板中，并对光线感应灯的效果进行测试(如用手挡住光线传感器，制造昏暗环境)观察智能开发板的RGB灯会不会随着光线环境的变化自动实现开和关。知识拓展： 1.传感器网络是由许多在物理空间上分布的自动装置组成的一种物联网络，这些装置可以使用传感器协同监测环境状况，如温度、声音、振动、压力、运动或污染等。2. 用沉降传感器、风速风向传感器、索力传感器等，可以有效地构建一个三维立体的防护监测网络，用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境，如图3.1.9所示。3.对于许多老旧的桥梁，桥墩长期受到水流冲刷，可以把相关的传感器放置在桥墩底部，用以监测桥墩结构及其被水侵蚀的程度等信息也可以把相关的传感器；放置在桥梁两侧或底部，实时搜集桥梁的温度、湿度、振动幅度等信息。根据监测结果，桥梁工程师可以及时维护、维修桥梁，减少损失。项目实施：1.马宁在看智能手环的说明书时，发现手环内嵌了许多传感器，请同学们查询资料，了解智能手环上有哪些传感器，这些传感器的作用是什么 并判断智能手环上的传感器是数字型传感器还是模拟型传感器，完成表3.1.3。2.以小组为单位交流讨论，如果让你设计一款智能手环，你会使用什么传感器 巩固练习：1.手机里也有各种各样的传感器，请同学们查阅资料并进行归纳，说一说手机里有哪些常用的传感器，这些传感器的作用分别是什么。(1)加速度传感器：常用于智能手机自动旋转屏幕、移动检测、拍照稳定等功能。(2)陀螺仪：常用于手机的虚拟现实、玩游戏等功能。(3)光线传感器：常用于自动调节亮度、节能等功能。 (4)距离传感器：常用于接近感应、自动亮屏等功能。2.根据传感器采集数据的不同，传感器可以分为:模拟传感器和数字传感器。3.为了抗击疫情，各公共场所都配备了监测体温的装置。请用温度传感器与智能开发板制作一款可以快速检验体温的人体测温仪，使用的硬件与主要指令如图3.1.10所示。 学生了解生活中的传感器学生上网查找资料，分析传感器与检测技术的应用。学习知识拓展进行实践探究，完成表格学习知识拓展学生了解传感器检测功能的应用学生通过教师讲解自己去网上查找资料，进一步理解传感器检测功能的应用现实中的运用进行项目实践，小组合作交流讨论。学生根据巩固练习完成题目，加深对知识的理解 引导学生将所学内容与生活实际相结合。培养学生信息化处理的能力拓宽学生知识面培养学生动手操作能力。拓宽学生知识面帮助学生更多地了解传感器检测功能的应用，引导学生将所学知识应用于生活实际。让学生理解传感器检测功能的应用在生活中的进一步运用，提高学生学习兴趣培养学生团队协作能力和增强数字化创新能力。巩固所学知识
课堂练习 传感器要采集哪些数据类型 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 传感与检测技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，它与信息系统的输入端相连，并将检测到的信号输送到信息处理部分，经过处理，从而对系统进行控制。因此传感检测技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，是机电一体化系统的感受器官。其功能的强弱，直接决定着系统自动化程度的高低。传感检测环节的关键元件是传感器。传感器是一种以一定的精确度将被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量的测量部件或装置。 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、认识生活中的传感器二、体验传感器的数据采集三、传感器检测功能的应用 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6课 传感器与检测技术
电子工业出版社第三册
教学目标
1、信息意识：学会传感器如何收集、处理和传输数据，以及如何利用这些信息进行决策和优化。
2、计算思维：学会用算法、数据分析和机器学习等方法来处理传感器收集到的数据。
3、数字化学习与创新：利用在线课程、教程、论坛等资源来学习传感器原理、应用和开发。
4、信息社会责任：在设计、部署和使用传感器时，充分考虑数据安全、隐私保护和社会影响，确保技术的合理、合规应用。
情境描述
马宁生日的时候，爸爸送给他一个智能手环作为生日礼物。手环说明书上写着:“智能手环可以实时检测运动量、心率、睡眠质量。还可以使用手机实时查看运动量，检测走路和跑步的效果”。马宁有些好奇，智能手环是如何检测并得到佩戴者的运动状态与心率数据的呢 要解决这个问题，需要先学习物联网感知层的关键技术一一传感器与检测技术。
新知导入
活动1 认识生活中的传感器
新知讲解
1.智能手环中的传感器：
(1)传感器是一种检测装置，能检测外界信息，并将信息转化为数字信号或模拟信号输出。智能手环内置了能实现多种功能的若干种传感器，可以采集佩戴者的运动与健康数据。
新知讲解
1.智能手环中的传感器：
(2)在智能手环的传感器中，加速度传感器可以判断佩戴者是否在移动，从而达到计步的目的；温度传感器可以通过与佩戴者皮肤的直接接触，测量皮肤的表层温度；光学心率传感器可以实时检测佩戴者的心率；光线传感器可以感知周围光线情况，并通知处理芯片自动调节显示器背光亮度。如图3.1.1所示。
图 3.1.1 智能手环中的传感器及功能示意图
实践探究
1、传感器的应用在现实生活中随处可见。请查阅相关资料，列举各种传感器的作用，以及它们在生活中的应用场景，并完成表3.1.1。
传感器名称 功能 应用场景
表 3.1.1 生活中常用的传感器
实践探究
表 3.1.1 生活中常用的传感器
传感器名称 功能
应用场景
触摸传感器 在人手或是其他的导电物体的接触下方能通电。
楼梯走道
温度传感器 简单快捷精确测量人体体温，在电子温度计内部加入红外传感器。
测量人体温度
力传感器 无需复杂操作，就能很快称出物体的质量。
测量物体重量
压力传感器 即使是很重的物体也能在短时间内准确称出。
在渡口为汽车称重
助力知识
1.传感器：
(1)在物联网的感知层中，传感器检测技术是核心技术之一。
人体通过感觉器官从外界获取信息。而单靠人体自身的感觉器官研究自然现象及其规律是远远不够的。传感器可以应用于人体无法忍受的温度、高压、辐射等恶劣环境，还可以检测出人体不能感知的微弱磁、离子射线等信息。
助力知识
1.传感器：
(2)传感器的出现和发展，让物体也有了“触觉、味觉和嗅觉”让物体慢慢“活”了起来。可以说，传感器是人类感觉器官的延伸，因此，传感器又称为“电五官”。传感器与人类五大感觉器官及其功能的类比如图3.1.2 所示。
图 3.1.2传感器与人类五大感觉器官的类比
助力知识
1.传感器：
(3)传感器的使用随处可见。自动门利用红外传感器感知人体的红外波烟雾报警器利用气敏传感器测量烟雾浓度；电子秤利用力敏传感器测量物体的重量。
助力知识
1.传感器：
(4)目前传感器已经广泛应用到工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断等各个领域，几乎每一个现代化项目都离不开传感器。尤其在物联网应用中，将传感器连接到设备，并通过网络让设备互连，使人们可以更加全面地了解设备获取的信息，或让设备自动执行某些功能。
知识拓展
1、传感器就是一个元件，主要作用就是能够感受力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量或转换为电路的通断。
知识拓展
2、按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、 24GHz雷达传感器；按照其原理，传感器可分类为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。
活动2 体验传感器的数据采集
新知讲解
1. 传感器的数据采集：
(1)在物联网应用中，传感器的作用就是采集各种各样的数据。而不同的传感器采集到的数据也不同。按照采集到的数据的类型，可以把传感器分为数字型传感器和模拟型传感器。
新知讲解
1.传感器的数据采集：
(2)数字型传感器只采集0和1两种状态组成的数据，如按键传感器：模拟型传感器能采集发生连续变化的数据，如能根据环境中光线的不同，采集光线数据的光线传感器。我们使用的智能开发板就集成了一些常见的传感器，如图3.1.3所示。
图 3.1.3 智能开发板上的各类传感器
实践探究
1、请同学们分析智能开发板上传感器的类型，完成表3.1.2。
传感器 数字型 模拟型
声音传感器
光线传感器
按键传感器
触摸键传感器
加速度传感器
表 3.1.2 智能开发板上的传感器及其类型
实践探究
传感器 数字型 模拟型
声音传感器 数字麦克风，将声音信号转换为数字信号输出。 模拟麦克风，将声音信号转换为模拟电压信号输出。
光线传感器 光敏二极管，将光线强度转换为数字信号输出。 光敏电阻，将光线强度转换为模拟电压信号输出。
按键传感器 数字按键开关，将按键状态转换为数字信号输出。 模拟按键开关，将按键状态转换为模拟电压信号输出。
触摸键传感器 触摸屏，将触摸信号转换为数字信号输出。 触摸膜，将触摸信号转换为模拟电压信号输出。
加速度传感器 数字加速度计，将加速度信号转换为数字信号输出。 模拟加速度计，将加速度信号转换为模拟电压信号输出。
表 3.1.2 智能开发板上的传感器及其类型
助力知识
1.用传感器采集数据的一般过程：
(1)打开编程软件，用数据线连接计算机与智能开发板。
助力知识
1.用传感器采集数据的一般过程：
(2)单击编程软件的输入模块，在这个模块中可以看到智能开发板包含的所有传感器的主要功能。
助力知识
1.用传感器采集数据的一般过程：
(3)编写用声音传感器采集声音数据并打印(即显示)所采集的声音数据的循环结构程序，如图3.1.5所示。将程序上传到智能开发板并将声音传感器采集的数据输出到计算机的控制台上，改变环境(如对着声音传感器说话)，观察数据的变化，如图3.1.6所示。
图 3.1.5 采集并打印(显示)声音数据的程序
图 3.1.6声音数据打印(显示)在控制台上
知识拓展
1 、数据采集(DAQ)，又称数据获取，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
知识拓展
2、采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。
活动3 传感器检测功能的应用
新知讲解
1.光线传感器：
(1)光线传感器能够检测环境中的光线值，它最常见的应用就是自动调节屏幕亮度。手机、笔记本电脑、智能手环都有这样的功能，当光线传感器检测到环境中的光线较亮时，为了让人们更清楚地看到屏幕上显示的内容就会自动调高屏幕的亮度。
新知讲解
1.光线传感器：
(2)智能开发板上也有光线传感器，我们可以用光线传感器来代替传统的开关，制作一个光线感应灯。当检测到环境光线不足时，智能开发板自动把RGB灯打开，如图3.1.7所示。
图 3.1.7 用智能开发板上的光线传感器控制 RGB 灯的亮灭
助力知识
1.光线感应灯程序设计：
(1)当智能开发板上的光线传感器检测到环境比较昏暗时(本例中以光线值1000作为判断标准，当光线值小于1000时，可视为环境昏暗：否则视为环境明亮，具体判断标准可根据实际情况调整) 就打开开发板上的 RGB灯；当检测到光线比较明亮时，就关闭RGB灯。如图3.1.8所示。
图 3.1.8 光线感应灯程序流程图和程序
助力知识
1.光线感应灯程序设计：
(2)请同学们根据当前的光线环境调整光线明暗判断值，将编写的光线感应灯程序刷入智能开发板中，并对光线感应灯的效果进行测试(如用手挡住光线传感器，制造昏暗环境)观察智能开发板的RGB灯会不会随着光线环境的变化自动实现开和关。
知识拓展
1、传感器网络是由许多在物理空间上分布的自动装置组成的一种物联网络，这些装置可以使用传感器协同监测环境状况，如温度、声音、振动、压力、运动或污染等。
知识拓展
2、用沉降传感器、风速风向传感器、索力传感器等，可以有效地构建一个三维立体的防护监测网络，用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境。
知识拓展
3、对于许多老旧的桥梁，桥墩长期受到水流冲刷，可以把相关的传感器放置在桥墩底部，用以监测桥墩结构及其被水侵蚀的程度等信息也可以把相关的传感器；放置在桥梁两侧或底部，实时搜集桥梁的温度、湿度、振动幅度等信息。根据监测结果，桥梁工程师可以及时维护、维修桥梁，减少损失。
项目实施
1.马宁在看智能手环的说明书时，发现手环内嵌了许多传感器，请同学们查询资料，了解智能手环上有哪些传感器，这些传感器的作用是什么 并判断智能手环上的传感器是数字型传感器还是模拟型传感器，完成表3.1.3。
2.以小组为单位交流讨论，如果让你设计一款智能手环，你会使用什么传感器
表 3.1.3 智能手环上的传感器及其作用、类型
传感器名称 作用 类型
项目实施
表 3.1.3 智能手环上的传感器及其作用、类型
传感器名称 作用
类型
加速度计 加速度计可以测量手环在三个轴上的加速度变化，从而检测用户的运动状态（如走路、跑步、游泳等）。
速度传感器
血氧传感器 血氧传感器可以测量用户的血氧饱和度，帮助用户了解自己的呼吸和循环系统状况。
热敏传感器
GPS GPS模块可以实时定位用户的位置，帮助用户记录运动轨迹和路线。
位置传感器
巩固练习
1.手机里也有各种各样的传感器，请同学们查阅资料并进行归纳，说一说手机里有哪些常用的传感器，这些传感器的作用分别是什么。
(1)加速度传感器：常用于智能手机自动旋转屏幕、移动检测、拍照稳定等功能。(2)陀螺仪：常用于手机的虚拟现实、玩游戏等功能。(3)光线传感器：常用于自动调节亮度、节能等功能。 (4)距离传感器：常用于接近感应、自动亮屏等功能。
巩固练习
2.根据传感器采集数据的不同，传感器可以分为:模拟传感器和数字传感器。
3.为了抗击疫情，各公共场所都配备了监测体温的装置。请用温度传感器与智能开发板制作一款可以快速检验体温的人体测温仪，使用的硬件与主要指令如图3.1.10所示。
图 3.1.10 人体测温仪的硬件连接和使用的主要指令
课堂总结
传感与检测技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，它与信息系统的输入端相连，并将检测到的信号输送到信息处理部分，经过处理，从而对系统进行控制。因此传感检测技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，是机电一体化系统的感受器官。其功能的强弱，直接决定着系统自动化程度的高低。传感检测环节的关键元件是传感器。传感器是一种以一定的精确度将被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量的测量部件或装置。
课后作业
问：传感器要采集哪些数据类型
课后作业
传感器采集数据有很多，主要两大类。
1、信号类：如IEPE信号、电流信号、电压信号、脉冲信号、I/0信号、电阻变化信号等。
2、传感类：如温度、流量、电流、电压、功率、压力、电度、计数、位移、角度、振动、噪声等。
板书设计
身边的物联网应用
一、认识生活中的传感器
1、智能手环中的传感器
2、传感器
二、体验传感器的数据采集
1、传感器的数据采集
2、用传感器采集数据的一般过程
三、传感器检测功能的应用
1、光线传感器
2、光线感应灯程序设计
课后作业：传感器要采集哪些数据类型
谢谢
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