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
第三章 智能家居简易产品设计
第 一 节 琳琅满目的智能家居产品
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.了解智能家居产品的类别。
2.对一些标准的传感器进行简单的组装和体验。
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:
学生对智能家居产品设计认识有限，他们需要学习有关智能家居产品设计的知识。
现代家庭通常都有电视机、音响、电冰箱、空调、洗衣机等各类家用电器，也有窗帘、门锁、电灯等设备。通过应用计算机、通信和控制技术，将这些电器和设备互联起来，构建一个智能家居系统，实现家居安防、互动娱乐、通信和电器设备的远程控制等服务，已经成为未来家庭生活的发展趋势。本章通过学习简易智能家居产品的原型构建、程序设计、硬件配置，以达到初步掌握智能家居产品一般设计方法的目的。
教学重难点:
了解智能家居产品的类别。
对一些标准的传感器进行简单的组装和体验。
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　第三章 智能家居简易产品设计第 一 节 琳琅满目的智能家居产品。
通过前面的学习，我们知道智能家居产品可分为智能家居互联网设备、控制终端、传感器、受控设备四个部分。其中智能家居互联网设备有网关、路由器和家庭网络；控制终端有智能手机、平板电脑、智能开关、遥控器等；传感器有温湿度传感器、声音传感器、光传感器、可燃气体传感器、烟雾传感器、人体感应传感器、无线门磁传感器等；受控设备有插座、电视机、窗帘、厨房电器等（图3-1）（参见教材P36）。
讨论
图3-1中手机发出的指令是如何送达电动窗帘和智能高清电视机的？
一、智能家居互联网设备
1．网关
网关又称控制主机，是智能家居的“指挥部”，具备无线转发和无线接收功能，许多网关还具备传统路由器的功能。所有的控制终端都通过各种外网或内网接入控制主机，由控制主机通过室内无线网或有线网发出指令，控制受控设备。
目前市面上有很多品牌的商用智能家居控制主机（图3-2）（参见教材P37），除了商用的控制主机，还可以选用树莓派、香蕉派、Arduino等开源硬件作为控制主机。
（1）树莓派。
树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi基金会”开发，它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD卡或Micro SD卡为内存硬盘，绝大部分的主板周围有USB接口和以太网接口，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，具备所有个人计算机的基本功能，可连接键盘、鼠标和网线，如图3-3（参见教材P37）所示。
（2）香蕉派。
香 蕉 派 是 一 系 列 国 产 的 基 于 ARM 的 微 型 电 脑 主 板 总 称 ， 目 前 主 要 有 B a n a n a P i
BPI-M1+、Banana Pi BPI-M2+、Banana Pi BPI-M3、Banana Pi BPI-M64（图3-4）（参见教材P37）等型号，具备强大的联网和控制能力。
（3）Arduino。
Arduino是源自意大利的一个开源硬件项目平台，该平台包括一块具备简单I/O功能的电路板（各种型号的Arduino板）和一套计算机端的程序开发环境（Arduino IDE)。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、电动机和其他装置来反馈、影响环境。电路板上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。目前，Arduino已设计出很多型号来满足不同使用者的需要，最常用的是Arduino UNO主控板（图3-5）（参见教材P38）。
2．路由器
路由器（图3-6）（参见教材P38）是互联网的主要结点设备，是互联网络的枢纽，是用来连接各局域网、广域网的设备。路由器的核心功能是数据包的路径选择和转发，当我们要发送数据到目标地址时，路由器会选择一条最佳的路径，将我们的数据传输过去。一般的路由器除了核心功能外，还兼具其他网络设备的功能，如交换机、防火墙的功能，具有交换、数据过滤功能，可以进行带宽管理、连接数据管理、访问数据管理。路由器的管理和设置很方便，多数路由器通过浏览器即可进行设置。
对于某些本身不具备路由器功能的控制主机，一般需要路由器配合以完成智能家居网络的搭建。目前，各种硬件之间有相互融合的趋势，有些路由器也具备智能家居控制主机的功能，具有控制及协调其他相关智能家电的能力，能实现空调、电视机及其他家电的智能控制。
3．家庭网络
家庭网络是在家庭范围内，将计算机、手机、家用电器、安防报警系统、照明控制等智能家居设备和广域网相连接的技术。控制主机和控制终端就是通过有线或无线的家庭网络与外部的互联网、宽带无线网、有线电视网等相连，受控设备也是通过有线或无线的方式与家庭网络相连。
二、控制终端
控制终端通过发送信息给控制主机，进而对智能家居设备进行控制。控制终端有遥控器、智能手机、平板电脑、智能开关等，它们除了有一个按键控制一种功能外，还有一键控制多种功能的组合，从而实现情景模式组合控制。如图3-7（参见教材P39）所示，一般智能家居都会使用多种控制终端。
通过在智能手机或平板电脑等控制终端上安装相关的智能家居控制软件，可实现智能家居控制操作。智能家居的APP应用界面可以有不同的设计，有的根据智能家居系统功能设计，有的根据应用场景设计，有的结合实际应用需求设计。如图3-8（参见教材P39）所示为不同智能家居的APP应用界面。
智能开关既能手动控制，也可遥控控制，还可以配合控制主机进行情景模式等集中控制。智能开关包括智能灯光开关面板、智能灯光调光面板、随意贴开关面板（图3-9）（参见教材P40）、窗帘控制面板等。此外，语音识别和人脑研究的发展为智能家居带来了基于语音和意识控制的可能。
三、传感器
传感器是家庭网络的“眼睛”“鼻子”和“耳朵”，它能将“看”到、“闻”到、“听”到的信息转换为电信号送到控制主机，帮助智能家居系统实时获取房间的状态。在第二章里我们已经了解了很多传感器，智能家居一般安装有温湿度一体化传感器、声音传感器、气体传感器、烟雾传感器、人体感应传感器等（图3-10）（参见教材P40）。
四、受控设备
受控设备是智能家居中受控的家居用品，包括智能插座、电视机、智能窗帘、智能厨房电器等，能够直接被智能家居系统连接和控制。
智能插座（图3-11）（参见教材P41）一般具有定时功能，因此也可以充当一定的控制终端角色。
立即行动
市场上有许多优秀的国产智能家居产品套件，如某公司智能家居套装（图3-12）（参见教材P41），该套装中包含多功能家居网关、智能插座、无线开关、人体感应传感器和门窗传感器等。
请选择一款国产的智能家居产品套件，根据产品说明书进行组装和体验，并分析它的优缺点。
知识窗
智能家居单品是在原有家电设备和家居产品的基础上，结合物联网技术，创新产生的新兴产品。智能家居单品既拥有一般电器和家居产品的基本实用功能，又包含接入网络、数据处理、控制联动等多重功能。
从使用角度看，智能家居单品主要有照明类、娱乐类、安防类、日常起居类、厨房类、环境类等六大类产品，目前使用较广泛的有智能门锁、扫地机器人、智能插座、智能摄像头等。
与智能家居系统相比，智能家居单品操作简便、选择多样、价格亲民，更接地气。但是很多单品之间不能互联互通，存在功能单一、不兼容等问题，也会影响到人们的体验感受。如智能冰箱、智能洗衣机和智能空调等智能家居单品，如果是不同厂家生产的，它们不能相互兼容，每个都需要手机单独使用一个对应的APP来控制，那就会显得非常麻烦。
在智能家居系统中，情况就完全不一样了，它可以整合几乎所有的家电设备，将之集成在同一个控制终端，而且可以根据用户的需要进行智能化编程，让各种电器按照用户的意愿来实现动作，真正实现了省时、省心、省力。
课后作业
习 题
通过互联网查找资料或市场调查，了解目前市场上常见的智能主机或某一类智能家居单品，并从功能、价格、用户体验等方面进行对比分析。
板书设计
第三章 智能家居简易产品设计
第 一 节 琳琅满目的智能家居产品
一、智能家居互联网设备
1．网关
2.路由器
3．家庭网络
二、控制终端
三、传感器
四、受控设备
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↑