资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修6：智能家居应用设计
第二章 智能家居与物联通信
第 一 节 认识物联网
教学设计
教学背景
清晨，天慢慢亮了，卧室自动响起轻柔的音乐把你唤醒；房间亮起柔和的灯光；智能卫浴会为你自动调整洗浴水温；智能厨房会为你自动烹饪早餐……
你是不是觉得这样的智能生活离我们还很遥远？
实现人民对美好生活的向往是我们现代化建设的出发点和落脚点。随着国家坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国的进程，我国的科学技术得到了高速的发展。这种带有科幻色彩的生活场景，已经逐渐走进了人们的生活。小到智能电灯、智能门锁，大到智能卧室、智能厨房，各种各样的智能产品已经渐渐地融入了我们的生活，这些就是同学们将在本书学习的内容——智能家居。
教学目标：
知识与技能目标:
1.理解物联网的概念与特征。
2.了解物联网的结构和技术构成。
3.了解物联网的应用，理解智能家居与物联网的关联性。
教学内容分析:
第一章从与同学们生活密切相关的典型实例开始，通过调查、讨论等活动，使同学们了解智能家居的系统特征及技术标准，感悟智能科技应用对家庭生活方式的影响，形成亲近、运用智能科技的积极情感。
第二章通过对物联网技术的技术构成、结构特征、技术标准及传感器的介绍，使同学们了解物联网通信标准在智能家居领域的应用，并通过简单的物联网系统的设计，了解物联网的应用，理解智能家居与物联网的关联性。
第三章通过实例展示了各种智能家居产品，并让同学们亲历一个智能家居产品的设计过程，掌握简易智能家居产品的安装与调试，同时理解组网、通信和传感器等的原理和功能。
第四章是一个较为完整的智能家居的设计、优化与搭建过程，通过情景描述的方式，使同学们掌握与用户进行沟通的方法，并学会需求分析。通过本章的学习，同学们还会学到智能家居的设计原则及对方案进行优化的方法。
学情分析:
学生对智能家居认识有限，他们需要感受先进技术在家庭生活中的运用，需要一个集通信、计算、控制等技术于一体的应用性学习窗口。
智能家居融合了物联网、人工智能、生物技术、大数据、自动控制等先进技术，意在创设一种智慧感知、协调控制、智能互联、方便快捷的家居生活环境。
教学重难点:
理解物联网的概念与特征。
了解物联网的结构和技术构成。
了解物联网的应用，理解智能家居与物联网的关联性。
教学策略:
始终强调实践，在书中设置了“讨论”“分析”“思考”“知识窗”等栏目。这些栏目的设置，为同学们自主学习、合作学习和探究学习提供了方便。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
教学过程:
情景导入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修6：智能家居应用设计　第二章 智能家居与物联通信　第 一 节 认识物联网。
互联网将人与人通过网络连接起来，随着射频识别技术的出现，人们开始思考能否将物也连接到互联网中，将物与物、物与人都通过网络连接起来，形成一种新兴的网络，这就是物联网。以智能手机、平板电脑等为代表的移动终端的出现，使互联网进入了移动互联网时代，推动了物联网的新发展，加快了智能家居走向成熟的步伐。
互联网时代，中国诞生了百度、阿里巴巴、腾讯等互联网企业，互联网已经深刻地影响了人们的生活。随着物联网的兴起，人们预言物联网将开启一个新的时代。如今，无论是衣食住行，还是消费购物或者通信沟通，物联网技术都已经在由浅至深地实践着。
一、物联网的概念和特征
1．物联网的概念
物联网（Internet of Things，IOT），是物与物相连的互联网。通过射频识别、传感器等设备采集物品的编码等信息，按照约定的通信协议与互联网连接，对物品进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，形成物联网。
案例
特洛伊咖啡壶事件
1991年，英国剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们发现，由于他们工作的地方和煮咖啡的地方不在同一楼层，因此工作时常需要到楼下查看煮咖啡的状况和取咖啡，非常不方便。为了解决这个麻烦，他们编写了一套程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机（图2-1）。镜头对准咖啡壶，利用计算机图像捕捉技术，定时向实验室的计算机传递图片，以方便他们随时查看咖啡是否煮好，省去了上上下下的麻烦。
1993年，这套简单的本地“咖啡壶观测”系统经过更新，通过实验室网站连接到了互联网上。没想到的是，仅仅为了查看咖啡煮好了没有，全世界互联网用户蜂拥而至，近240万人点击过这个“咖啡壶”网站。
讨论
案例中的咖啡壶是如何实现物联网的？
知识窗
物联网概念的提出
物联网理念最早可追溯到比尔·盖茨1995年出版的《未来之路》一书。在书中，比尔·盖茨已经提及“物”与“物”相连的物联网雏形，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了物联网构想。1999年，基于物品编码、射频识别技术和互联网，美国麻省理工学院的自动化实验中心首先提出物联网的概念。
物联网的基本思想出现于20世纪90年代，但近年来才真正引起人们的关注。2005年11月17日，在信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体，从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。
物联网的基础是互联网，2022年11月9日，国家主席习近平向2022年世界互联网大会乌镇峰会致贺信中指出，中国愿同世界各国一道，携手走出一条数字资源共建共享、数字经济活力迸发、数字治理精准高效、数字文化繁荣发展、数字安全保障有力、数字合作互利共赢的全球数字发展道路，加快构建网络空间命运共同体，为世界和平发展和人类文明进步贡献智慧和力量。
2．物联网的特征
物联网的特征主要体现在三个方面：
（1）互联网特征，即联网的物在互联网中互联互通。
（2）识别与通信特征，即联网的物具备自动识别与物物通信的功能。
（3）智能化特征，即网络系统具有自动化、自我反馈与智能控制的特性。
二、物联网的体系结构
物联网是物与信息世界的深度融合，涉及众多技术领域，也应用于各行各业。不同领域的物联网有不同特性，涵盖的知识很多。因此，要认识物联网，必须从物联网的体系结构开始。
案例
某天，李涛到超市购物。经过一番选购后，李涛来到收银台，拿出手机，连通网络，登录手机支付软件，打开付款二维码给超市收银员进行扫描（图2-2），便完成了货款的支付。
讨论
1．李涛本次购物的付款方式与传统的付款方式有何不同？
2．手机不连接网络能不能完成付款？
3．手机支付软件在本次付款中起什么作用？
4．数字人民币支付与手机支付软件的支付方式有何不同？说一说数字人民币的支付特征。
物联网的体系结构通常分为三层：感知层、网络层、应用层，如图2-3所示。
1．感知层
物联网与传统网络的主要区别在于物联网扩大了传统网络的通信范围。物联网不局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。感知层是物联网发展和应用的基础，感知层的作用是用于感知物体，采集数据。
感知层包括数据采集和传感网两个部分。其中，数据采集部分主要用于采集各类物理量，如音频、视频、温度、湿度等数据。传感网实现获取数据后的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。感知层涉及的技术有传感器技术、射频识别技术、二维码技术、嵌入式系统技术、短距离无线通信技术等。
知识窗
嵌入式系统
嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，嵌入式系统技术是一项融合计算机软硬件技术、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。
嵌入式系统已有极广泛的应用，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见，MP3、智能手机、电视机机顶盒、微波炉、全自动洗衣机、路由器等都是典型的嵌入式设备。在物联网的发展中，所有的控制对象都要具备接收、传递与处理信息的能力，因此嵌入式技术的发展日显重要。
2．网络层
物联网真正的价值在于网，而不在于物。感知只是第一步，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那么这个网络就没有意义了。网络层是物联网发展和应用的可靠保证，网络层的作用是把感知到的信息进行传输，实现互联。
网络层能够无障碍、高可靠性、高安全性地传送感知到的信息，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术的相互融合。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输的需要。
3．应用层
物联网的最终目的是要把感知和传输来的信息更好地利用，应用层是物联网和用户的接口，与行业需求相结合，实现物联网的智能管理。应用层包括各类具体应用，如绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗等。
物联网涉及的技术非常多，标准体系由感知层技术标准体系、网络层技术标准体系、应用层技术标准体系和公共技术类技术标准体系组成。物联网技术的内容丰富，所涉及的标准组织也较多，不同的标准组织基本上都按照各自的体系对物联网进行研究。目前，介入物联网领域的主要组织有电气和电子工程师协会（IEEE）、国际标准化组织（ISO）、中国通信标准化协会（CCSA）、国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）等。
立即行动
通过互联网或图书馆查阅相关资料，说说表2-1中的产品分别属于物联网体系结构的哪一层结构。
表2-1 产品在物联网体系结构中对应的层次
产品 感知层 网络层 应用层
人体感应传感器
路由器
RFID读写器
摄像头
云计算平台
智能电网
三、物联网与智能家居
物联网的应用前景非常广阔，它将极大地改变人们的生活方式，目前广泛应用于工业、农业、物流、交通、电网、环保、安防、医疗、家居生活等领域。发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义，在5G时代，我国根据当前的国情提出了要在智能制造、智慧农业、智慧物流、智能交通、智能电网、智慧城市、智慧医疗和智能家居等重点领域加大物联网的建设和应用。
知识窗
物联网在现代生活中的应用前景
物联网在现代生活中有非常广泛的应用，主要体现在以下方面：
（1）物联网在商品生产、销售信息化管理中的应用。仓库的自动化包括商品的自动进出和订单自动传输给供应商，应用物联网技术，商品从生产到消费将有望实现全程无人管理。
（2）物联网在医药领域的应用。在打击假药制造和提高药物的使用效果上，RFID芯片已经得到应用。未来RFID芯片在医药领域的全面应用将能减少因服用假药、过量服药或者服用相克药物而失去生命的病例。
（3）物联网在医疗方面的应用。结合纳米技术及芯片技术，未来将有望研究出新的高效诊疗手段。在药物中嵌入微型治疗设备，将能够有效监测和预防某些疾病的发生，还能够实现在人体内对患病部位的精确定位治疗。
（4）物联网在汽车中的应用。在物联网时代，轿车中的传感器将继续增加，自动收集环境信息越来越多，自动规划行驶路线、自动保持车距、自动巡航等技术日益完善，汽车的无人驾驶时代也将来临。
讨论
1．通过互联网或图书馆等途径查询资料，或者根据自己的生活经历，谈谈物联网将来还会应用在哪些领域。
2．5G网络对物联网会产生什么影响？
在物联网发展的过程中，智能家居成为物联网技术应用的最好体现之一。物联网技术是智能家居的核心，有物联网才有智能家居。
生活节奏日益加快，人们迫切希望过上简单快捷、健康舒适的家居生活。手握智能手机，即可轻松地自动或远程控制家居设备；有歹徒破门进入家中行窃，家中的智能安防报警系统通过红外检测、视频监控及时发现盗贼；早上主人上班匆忙，离家时通过手机就可一键关闭家中的电器和电灯等。
在物联网中，连接上网络的物都要有一个物品编码，即身份识别码。因此，智能家居的智能化产品，如智能电灯、智能插座、智能路由器、智能门锁等，都必须在互联网里有自己的身份识别码，才能实现智能化的远程控制。
案例
某社区的住户都安装了智能家居系统，夏天下班到家前可用手机提前打开客厅空调，下雨天可通过手机查看家里窗户是否关闭，等等。这不但提高了居民的生活品质，也可以使居民的生命财产安全得到保障。
某一天，该社区4楼的李先生正在上班，手机忽然发出剧烈的振动和铃声，他打开手机查看监控视频，一个男子正在撬门，意图非法闯入。李先生立即和社区物业联系，要求派保安上门查看情况，几分钟后，保安赶到李先生家，在门口看到一个神色慌张的男子拿着铁钳正在撬门，保安立即将其制服并送到派出所。
讨论
1．有人撬门时，李先生的手机为什么会发出剧烈的振动和铃声？
2．李先生如何通过手机知道有人正在撬他家的门？
3．交流与分享：说说你家是通过什么措施实现防盗的。
课后作业
习 题
1．二维码技术是物联网识别技术中的一项重要技术。通过互联网或图书馆查阅相关资料，尝试借助现有的软件或网站，将“小明家的电冰箱是2022年在中国制造的。”的文字信息生成二维码，并使用手机扫描将该二维码的信息识别出来。
2．通过互联网或图书馆查阅资料，了解物联网的发展现状，并与同学分享。
板书设计
第二章 智能家居与物联通信
第 一 节 认识物联网
一、物联网的概念和特征
1．物联网的概念
2．物联网的特征
二、物联网的体系结构
1.感知层
2.网络层
3.应用层
三、物联网与智能家居
教学反思
通用技术
选择性必修6：智能家居应用设计
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本 册 主 编：谢胜利 周卫星
本册副主编：肖 明 毛润政
编 写 人 员：凌星星 曹宏钦 朱志琦 刘 方
广东教育出版社
广东科技出版社

展开更多......

收起↑