资源简介 (共54张PPT)第2课物联网相关技术八年级上（第一课时）01学习目标内容总览02新知导入03感知识别技术04短距离无线通信技术05扩展学习06课后练习07课堂小结08板书设计教学目标理解物联网技术的应用对社会和个人的影响，能够在应用中考虑社会责任。信息社会责任认识到物联网技术在日常生活和社会生产中的广泛应用，理解其对社会发展的重要性。信息意识掌握条码识别、RFID技术和传感器技术的基本原理和工作方式，能够运用这些技术进行简单的物联网应用设计。计算思维运用所学的物联网技术进行创意设计和创新实践，尝试开发具有实际应用价值的物联网应用。数字化学习与创新新知导入物联网技术正快速渗透到人们的生产生活中，许多设备也越来越智能化。对于社会上的各行各业，物联网的发展将为其带来挑战与机遇。本课我们将学习物联网的相关技术。(1)认识日常的定位技术。(2)了解常见的短距离无线通信技术。(3)了解常见的感知识别技术。(4)掌握传感器技术的原理和分类。探究新知一、感知识别技术通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网区别于其他网络的重要特点。感知识别技术主要应用在如识别物体、定位物体等方面，常采用条码识别技术、RFID(射频识别)技术、传感器技术等。探究新知一、感知识别技术条码识别技术的核心是条码符号。条码是将宽度不等的多个黑条和空白，按一定的编码规则排列，用以表示一组信息，其中“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分。这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，也容易译成二进制数和十进制数。条码一般分为一维条码、二维条码两种。(一)条码识别技术思考活动请同学们说说在生活中你见过的条码及其识别方法。思考活动参考在生活中，条码的身影无处不在。最常见的条码当属商品上的条形码，购物时在超市收银台，收银员会用扫描枪对准条形码进行扫描，随着“嘀”的一声，商品信息便自动录入系统，价格也就自动计算出来了，非常便捷。此外，在图书馆，每本书背后也贴有条码，借书还书时，图书管理员会用扫描设备扫一下条码，就能快速完成借阅或归还的手续。这些条码的识别主要依赖于专用的扫描设备，通过光学识别技术快速准确地读取条码信息，极大地提高了工作效率。探究新知一、感知识别技术1.一维条码一维条码种类繁多，每种条码都有自己的一套编码规则，规定了每个字母由几根线条、几个空格组成及排列方式。目前较为流行的一维条码有EAN码、39码、UPC码、128码，以及用于书刊管理的ISBN、ISSN等，如图所示，为ISBN码。(一)条码识别技术探究新知一、感知识别技术2.二维条码二维条码是目前应用较为广泛的条码技术，如图所示。它采用特定的几何图形，按一定规律在平面分布的黑白相间的图形中记录数据符号信息。(一)条码识别技术探究新知一、感知识别技术2.二维条码在代码编制上巧妙地利用构成计算机内容逻辑基础的“0”“1”比特流概念，使用若干个与二进制相对应的几何体来表示文字数值等信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读，以实现信息自动处理。常见的二维条码有线性堆叠式二维码和矩阵式二维码。线性堆叠式二维码典型的码制有Code16K、Code49和PDF417等，矩阵式二维码典型的码制有OR码、DataMa-trix条码、龙贝码、汉信码等。(一)条码识别技术思考活动请同学们讨论二维码对生活的影响，探讨是否有更好的使用方案。思考活动参考二维码已深入我们生活的各个角落，从支付到信息获取，都提供了极大的便利。通过扫描二维码，我们可以快速完成支付，无需携带现金或银行卡。同时，二维码也提供了便捷的信息获取方式，如扫码关注公众号、获取优惠券等。然而，二维码的使用还可以更加优化。例如，通过技术升级，实现二维码的动态加密，以提高安全性。另外，可以结合人工智能，实现二维码的个性化推荐服务，为用户提供更精准的信息。这样，二维码不仅能提供便捷性，还能增加用户体验的个性化与安全性。探究新知一、感知识别技术射频识别技术即RFID。RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过无线射频信号识别特定目标并读写相关数据。RFID主要用来识别和跟踪物体上绑定的标签，从而实现对物体的管理。(二)射频识别技术探究新知一、感知识别技术RFID系统主要由电子标签、读写器和后台管理系统组成。电子标签由耦合元件、芯片和天线组成，附着在物体上，每个标签都有唯一的电子编码，在标签中一般保存有被识别物体的相关电子数据。读写器是读取电子标签数据信息的设备。后台管理系统是计算机网络系统，其功能是对读取的数据进行处理和传输。射频技术应用广泛，常被应用于钞票及产品防伪技术、身份证、门票、电子收费系统、电子病历、仓储物流等。(二)射频识别技术探究新知一、感知识别技术拓展阅读——耦合元件两个或两个以上的电路构成一个网络时，若其中某一电路中电流或电压发生变化，能影响其他电路也发生类似的变化，这种网络叫作耦合电路，而耦合元件就是两个电路间的元件。(二)射频识别技术探究新知一、感知识别技术RFID系统的工作原理是，阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生电流获得能量，或者依靠自身的供电系统主动向阅读器发送自身编码等信息，然后由阅读器采集并解码，最终将数据发送到计算机系统进行处理，如图所示。(二)射频识别技术探究新知一、感知识别技术传感器是物联网的一个重要组成部分。如果将物联网比作一个人，那么传感器就是人体的五官，是全面感知外界的核心元件。可以说，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等“感官”,让物体慢慢地“活”了起来。(三)传感器技术探究新知一、感知识别技术传感器(国家标准GB7665-87)是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，如图所示。(三)传感器技术探究新知一、感知识别技术1.传感器的工作原理传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，有时还加上辅助电源。传感器的工作原理是：(三)传感器技术(1)敏感元件直接感受被测的非电学量，并输出与被测量有确定对应关系的，转换元件所能接收的其他物理量。探究新知一、感知识别技术(三)传感器技术(2)转换元件将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号。(3)转换电路将转换元件输出的电信号转换成易于处理的电压、电流等电学量，以便后续电路实现显示、记录、处理等功能，如图所示。探究新知一、感知识别技术2.传感器的分类传感器有多种分类方法，但是尚未有一个权威、统一的标准，比较常见的分类如下：(三)传感器技术(1)按照传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、湿度、流量和气体成分等传感器，这种分类有利于选择和应用传感器。探究新知一、感知识别技术(三)传感器技术(2)按照传感器的工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅和热电偶等传感器。这种分类有利于研究和设计传感器，有利于阐述传感器的工作原理。(3)按照传感器输出信号的性质分类，又可分为输出为开关量(“1”和“0”或者“开”和“关”)的开关型传感器、模拟型传感器和输出为脉冲或代码的数字型传感器，其中数字型传感器便于与计算机连用，且抗干扰性较强。传感器数字化是今后的发展趋势。探究新知一、感知识别技术(三)传感器技术(4)根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。思考活动随着技术的发展，越来越多的传感器被运用于智能家居系统中，例如洗衣机、电冰箱、电视机、微波炉等。家用电器中常用的传感器主要有压力传感器、温度传感器、气体传感器、光传感器、超声波传感器和红外线传感器。请同学们对各类家用电器展开调查，填写下表。思考活动电器名称 应用的传感器 传感器的作用 功能 发展的趋势电视机电饭锅电冰箱微波炉洗衣机空调思考活动参考电器名称 应用的传感器 传感器的作用 功能 发展的趋势电视机 红外线传感器 接收遥控器信号 远程控制 集成更多智能功能，如语音控制、手势识别等电饭锅 温度传感器 控制烹饪温度 自动烹饪 智能化、多功能一体化，如加入联网功能进行远程控制电冰箱 温度传感器 监测冰箱内部温度 保鲜食物 节能环保、智能管理，如通过APP远程控制温度思考活动参考电器名称 应用的传感器 传感器的作用 功能 发展的趋势微波炉 温度传感器、红外线传感器 监测炉内温度、感知食物热度 烹饪食物 更加智能化的烹饪程序，自动调整火力和时间洗衣机 压力传感器、水位传感器 监测洗衣负荷、控制水位 自动洗涤 更高效的洗涤方式，如使用更少的水和电空调 温度传感器、湿度传感器 监测室内温度、湿度 调节室内环境 更加智能化的温控系统，如自动学习用户习惯进行温度预设探究新知二、短距离无线通信技术由于物联网连接的物体多种多样，物联网涉及的网络技术也有很多种，既可以是有线网络、无线网络，又可以是短距离网络、长距离网络，也可以是企业专用网络、公用网络，还可以是局域网、互联网等。其中，短距离的无线通信技术是物联网最为活跃的部分，它帮助人们摆脱了各种电缆的束缚，让小范围内建立起无线通信网络，使设备之间的协同工作变得更加方便、快捷。探究新知二、短距离无线通信技术短距离无线通信是一种在较小范围内，通过无线电波传输信息的技术，该技术具有低成本、通信对等和低功耗的特征。目前，发展较为成熟的短距离无线通信技术主要包括Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee等，主要应用于无线上网、智能家居、移动支付、远程控制等领域。探究新知二、短距离无线通信技术Wi-Fi技术是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术，通常使用2.4GHz或5GHz射频频段，几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，它是当今使用最广泛的一种无线网络传输技术，其标志如图所示。多数无线局域网是有密码保护的，也有一些是开放的，允许WLAN范围内的任何设备连接。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。(一)Wi-Fi技术探究新知二、短距离无线通信技术拓展阅读——Wi-FiHaLow2016年，Wi-Fi联盟公布的802.1lahWi-Fi标准——Wi-FiHaLow,使得Wi-Fi可以被运用于更多地方，如小尺寸、电池供电的可穿戴设备；同时也适用于工业设施内的部署，以及介于两者之间的应用。HaLow采用900MHz频段，低于当前Wi-Fi的2.4GHz和5GHz频段。同时HaLow的覆盖范围可以达到1千米，信号更强，且不容易被干扰。(一)Wi-Fi技术探究新知二、短距离无线通信技术蓝牙技术是一种实现短距离无线通信的技术规范，其标志如图所示。蓝牙技术已经为越来越多的设备(包括手机、耳机、计算机、鼠标、键盘、音响等)赋予了安全、简便的连接手段，是物联网中物物互联的主要无线通信技术之一。蓝牙的波段为2400~2483.5MHz,通信半径从几米延伸到百米。目前的版本为蓝牙5.0,它具有高速、低功耗、低延迟等特性，传输速率上限可达24Mbps。(二)蓝牙技术探究新知二、短距离无线通信技术在网盘还不太普及的时候，人们习惯打开手机里的蓝牙设备，把手机上好玩、好看的东西分享给周围的朋友。手机、平板电脑等移动设备以及大量的无线外围设备(蓝牙耳机、蓝牙键盘等)都应用了蓝牙技术。在智能家居领域，采用了BluetoothSmart技术的蓝牙支持设备与设备之间的“对话”技术，在没有Wi-Fi的情况下，智能家居设备仍可继续工作。(二)蓝牙技术探究新知二、短距离无线通信技术近场通信(NearFieldCommunication,缩写为NFC)是一种短距离的高频无线通信技术，它是手机常见的一个通信接口，通过互相靠近来传输数据，如图所示。(三)NFC技术探究新知二、短距离无线通信技术NFC技术由RFID及互联互通技术整合演变而来，是一种非接触式识别和互联技术，其在单一芯片上集成了感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，可以在移动设备、消费类电子产品、个人计算机和智能控件工具间进行近距离无线通信，进行识别和数据交换。目前，NFC主要应用在智能手机上，配置了NFC功能的智能手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、智能交通一卡通、代替信用卡进行电子支付等。(三)NFC技术探究新知二、短距离无线通信技术拓展阅读——NFC与RFIDRFID由阅读器和标签组成，只能实现信息的读取以及判定。具有NFC功能的手机内置了NFC芯片，它是组成RFID模块的一部分，可以当作RFID无源标签使用；也可以当作RFID读写器，用作数据交换与采集；还可以用于NFC手机之间的数据通信。NFC传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米甚至几十米，由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说，NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。(三)NFC技术探究新知二、短距离无线通信技术一般来说，NFC终端主要有三种工作模式：主动模式、被动模式和双向模式。目前，人们常见的NFC工作模式是被动模式。例如，刷手机乘公交、电子支付等，都是将NFC终端模拟成一张卡片。主动模式常见于读取NFC标签信息等，双向模式多用于信息交换，例如交换电子名片。(三)NFC技术思考活动请同学们结合前面所学，总结蓝牙技术与NFC技术的异同。思考活动参考蓝牙技术与NFC技术均为无线通信技术，但存在显著差异。蓝牙技术传输距离较远，适用于长距离数据同步和音频传输，如无线耳机和智能家居设备连接。NFC技术则专注于短距离通信，传输距离在10厘米以内，适用于移动支付、门禁等需快速、安全数据传输的场景。此外，NFC无需配对，连接速度快，便捷性高；而蓝牙则需设备间搜索配对，操作较复杂。总之，蓝牙适用于长距离、大数据传输，NFC则适用于短距离、快速安全的数据交换。探究新知二、短距离无线通信技术紫蜂技术(ZigBee)是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。ZigBee技术的命名主要来自人们对蜜蜂采蜜过程的观察，蜜蜂在采蜜过程中的舞蹈轨迹很像“Z”的形状，由于蜜蜂自身体积小、所需要的能量小，又能传送所采集的花粉，因此人们用ZigBee技术来代表具有成本低、体积小、能量消耗少和传输效率低的无线通信技术，中文译名通常为“紫蜂”技术。(四)ZigBee技术探究新知二、短距离无线通信技术ZigBee的标准是IEEE802.15.4,工作频率为2.14GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行),其最大数据传输速率是250Kbps,传输距离从标准的75米到几百米、几千米。(四)ZigBee技术探究新知二、短距离无线通信技术ZigBee技术广泛应用于家庭和楼宇网络、商业智慧型标签、传感器自动化控制、公共场所烟雾探测器等，如图所示。(四)ZigBee技术探究新知二、短距离无线通信技术例如，使用ZigBee技术，可以对矿井下的人员进行定位。矿井下人员通过佩戴基于Zig-Bee技术的定位卡，使得系统能对井下坑道作业工作人员精确定位，并能准确地提供井下人员的数量和分布情况，为事故处理和救援工作提供可靠的数据。(四)ZigBee技术探究新知二、短距离无线通信技术拓展阅读——ETC(ElectronicTollCollectionSystem)全自动电子收费系统(ETC,ElectronicTollCollection),是智能交通系统的服务功能之一，它特别适合在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下使用。高速公路收费处，有专门的ETC收费通道。车主只要在车辆前挡风玻璃上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，高速通行费将从卡中自动扣除，实现自动收费。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。(四)ZigBee技术探究新知二、短距离无线通信技术其原理是利用车辆自动识别技术，通过路侧车道或门架上控制系统的信号发射与接收装置识别车辆上的“电子标签”,ETC车道计算机根据“电子标签”中存储的信息识别出车辆的基本信息，再根据车辆行驶情况从车主的银行卡中扣除通行费。(四)ZigBee技术探究新知拓展学习——物联网安全物联网安全是保护物联网设备和系统免受网络攻击和数据泄露等安全威胁的实践。由于物联网设备数量庞大且多样化，安全性问题变得尤为重要。物联网安全涉及多个方面，包括设备安全、网络安全和数据安全等。设备安全是指保护物联网设备免受物理破坏、恶意软件感染、未经授权的访问等威胁。这包括确保设备的硬件和软件都是安全的，以及采取适当的身份验证和访问控制措施。探究新知拓展学习——物联网安全网络安全是指保护物联网设备和系统之间的通信免受攻击和窃听。这需要使用加密技术来保护数据的机密性和完整性，以及使用安全的通信协议来确保数据的可靠传输。数据安全是指保护物联网设备和系统中存储和处理的数据免受未经授权的访问、篡改和泄露等威胁。这需要使用强密码学算法来加密数据，以及实施访问控制和审计措施来确保只有授权人员才能访问数据。探究新知拓展学习——物联网安全为了保障物联网安全，需要采取一系列措施，包括：1.制定完善的安全策略和流程，确保设备和系统的安全性得到充分考虑和实现。2.使用最新的安全技术和标准，如加密技术、身份验证技术、安全通信协议等，确保设备和系统的安全性得到最大程度的保障。3.定期对设备和系统进行安全漏洞扫描和评估，及时发现和修复安全漏洞，防止攻击者利用漏洞进行攻击。4.对设备和系统进行定期维护和更新，确保设备和系统的安全性和稳定性得到持续保障。5.提高用户的安全意识和技能水平，防止因用户不当操作而引发的安全问题。课堂总结本节课我们深入探讨了物联网中的感知识别技术和短距离无线通信技术。通过了解条码识别、RFID、传感器技术等感知识别技术，我们认识到这些技术如何让物体“开口说话”，发布信息，实现物理世界和信息世界的融合。同时，我们也学习了短距离无线通信技术的几种主流方式，包括Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee，了解了它们的工作原理、应用场景及发展趋势。这些技术不仅让我们的生活更加便捷，也为智能家居、移动支付、远程控制等领域的发展提供了强大的支持。通过本节课的学习，希望同学们能够对这些技术有更深入的理解，并在未来的学习和生活中加以应用。课后作业随着物联网技术的发展，短距离无线通信技术将在哪些方面进一步拓展应用？请至少提出两点你的看法，并简述理由。板书53https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php让备课更有效www.21cnjy.comThanks!中小学教育资源及组卷应用平台物联网相关技术教学设计课题 物联网相关技术（第一课时） 单元 走进物联网 学科 初中信息科技 年级 八年级教材分析 本教材深入浅出地介绍了物联网的相关技术，重点讲解了感知识别技术和短距离无线通信技术。在感知识别技术部分，教材详细介绍了条码识别技术、射频识别技术和传感器技术，通过实例和图表帮助学生理解并掌握相关知识。在短距离无线通信技术部分，教材系统介绍了Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee等主流技术，不仅阐述了各项技术的原理和特点，还结合实际应用场景，帮助学生理解其在物联网中的应用价值。整体而言，本教材结构清晰，内容详实，注重理论与实践的结合，能够有效帮助学生建立物联网技术的知识体系，为后续的学习和应用打下坚实的基础。学习目标 信息意识：认识到物联网技术在日常生活和社会生产中的广泛应用，理解其对社会发展的重要性。计算思维：掌握条码识别、RFID技术和传感器技术的基本原理和工作方式，能够运用这些技术进行简单的物联网应用设计。数字化学习与创新：运用所学的物联网技术进行创意设计和创新实践，尝试开发具有实际应用价值的物联网应用。信息社会责任：理解物联网技术的应用对社会和个人的影响，能够在应用中考虑社会责任。重点 掌握物联网中的感知识别技术和短距离无线通信技术的基本原理与应用。具体包括：条码识别技术、RFID技术、传感器技术的原理与分类；Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee等短距离无线通信技术的特点、应用场景及相互之间的异同。难点 理解传感器技术的复杂分类及其在不同领域的应用，以及短距离无线通信技术的多样性和各自的技术特点。同时，引导学生将理论知识与实际生活应用相结合，培养其分析问题和解决实际问题的能力，也是教学中的难点所在。教学过程教学环节 教师活动 学生活动 设计意图导入新课 物联网技术正快速渗透到人们的生产生活中，许多设备也越来越智能化。对于社会上的各行各业，物联网的发展将为其带来挑战与机遇。本课我们将学习物联网的相关技术。(1)认识日常的定位技术。(2)了解常见的短距离无线通信技术。(3)了解常见的感知识别技术。(4)掌握传感器技术的原理和分类。 了解本课学习的主题即围绕物联网相关技术展开探究。 引出本课学习主题，激发学生学习兴趣。讲授新课 一、感知识别技术通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网区别于其他网络的重要特点。感知识别技术主要应用在如识别物体、定位物体等方面，常采用条码识别技术、RFID(射频识别)技术、传感器技术等。(一)条码识别技术条码识别技术的核心是条码符号。条码是将宽度不等的多个黑条和空白，按一定的编码规则排列，用以表示一组信息，其中“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分。这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，也容易译成二进制数和十进制数。条码一般分为一维条码、二维条码两种。思考活动请同学们说说在生活中你见过的条码及其识别方法。1.一维条码一维条码种类繁多，每种条码都有自己的一套编码规则，规定了每个字母由几根线条、几个空格组成及排列方式。目前较为流行的一维条码有EAN码、39码、UPC码、128码，以及用于书刊管理的ISBN、ISSN等，如图2-1所示，为ISBN码。2.二维条码二维条码是目前应用较为广泛的条码技术，如图2-2所示。它采用特定的几何图形，按一定规律在平面分布的黑白相间的图形中记录数据符号信息。在代码编制上巧妙地利用构成计算机内容逻辑基础的“0”“1”比特流概念，使用若干个与二进制相对应的几何体来表示文字数值等信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读，以实现信息自动处理。常见的二维条码有线性堆叠式二维码和矩阵式二维码。线性堆叠式二维码典型的码制有Code16K、Code49和PDF417等，矩阵式二维码典型的码制有OR码、DataMa-trix条码、龙贝码、汉信码等。思考活动请同学们讨论二维码对生活的影响，探讨是否有更好的使用方案。(二)射频识别技术射频识别技术即RFID。RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过无线射频信号识别特定目标并读写相关数据。RFID主要用来识别和跟踪物体上绑定的标签，从而实现对物体的管理。RFID系统主要由电子标签、读写器和后台管理系统组成。电子标签由耦合元件、芯片和天线组成，附着在物体上，每个标签都有唯一的电子编码，在标签中一般保存有被识别物体的相关电子数据。读写器是读取电子标签数据信息的设备。后台管理系统是计算机网络系统，其功能是对读取的数据进行处理和传输。射频技术应用广泛，常被应用于钞票及产品防伪技术、身份证、门票、电子收费系统、电子病历、仓储物流等。拓展阅读——耦合元件两个或两个以上的电路构成一个网络时，若其中某一电路中电流或电压发生变化，能影响其他电路也发生类似的变化，这种网络叫作耦合电路，而耦合元件就是两个电路间的元件。RFID系统的工作原理是，阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生电流获得能量，或者依靠自身的供电系统主动向阅读器发送自身编码等信息，然后由阅读器采集并解码，最终将数据发送到计算机系统进行处理，如图2-3所示。(三)传感器技术传感器是物联网的一个重要组成部分。如果将物联网比作一个人，那么传感器就是人体的五官，是全面感知外界的核心元件。可以说，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等“感官”,让物体慢慢地“活”了起来。传感器(国家标准GB7665-87)是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，如图2-4所示。1.传感器的工作原理传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，有时还加上辅助电源。传感器的工作原理是：(1)敏感元件直接感受被测的非电学量，并输出与被测量有确定对应关系的，转换元件所能接收的其他物理量。(2)转换元件将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号。(3)转换电路将转换元件输出的电信号转换成易于处理的电压、电流等电学量，以便后续电路实现显示、记录、处理等功能，如图2-5所示。2.传感器的分类传感器有多种分类方法，但是尚未有一个权威、统一的标准，比较常见的分类如下：(1)按照传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、湿度、流量和气体成分等传感器，这种分类有利于选择和应用传感器。(2)按照传感器的工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅和热电偶等传感器。这种分类有利于研究和设计传感器，有利于阐述传感器的工作原理。(3)按照传感器输出信号的性质分类，又可分为输出为开关量(“1”和“0”或者“开”和“关”)的开关型传感器、模拟型传感器和输出为脉冲或代码的数字型传感器，其中数字型传感器便于与计算机连用，且抗干扰性较强。传感器数字化是今后的发展趋势。(4)根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。思考活动随着技术的发展，越来越多的传感器被运用于智能家居系统中，例如洗衣机、电冰箱、电视机、微波炉等。家用电器中常用的传感器主要有压力传感器、温度传感器、气体传感器、光传感器、超声波传感器和红外线传感器。请同学们对各类家用电器展开调查，填写表2-1。表2-1家用电器的传感器调查电器名称应用的传感器传感器的作用功能发展的趋势电视机电饭锅电冰箱微波炉洗衣机空调二、短距离无线通信技术由于物联网连接的物体多种多样，物联网涉及的网络技术也有很多种，既可以是有线网络、无线网络，又可以是短距离网络、长距离网络，也可以是企业专用网络、公用网络，还可以是局域网、互联网等。其中，短距离的无线通信技术是物联网最为活跃的部分，它帮助人们摆脱了各种电缆的束缚，让小范围内建立起无线通信网络，使设备之间的协同工作变得更加方便、快捷。短距离无线通信是一种在较小范围内，通过无线电波传输信息的技术，该技术具有低成本、通信对等和低功耗的特征。目前，发展较为成熟的短距离无线通信技术主要包括Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee等，主要应用于无线上网、智能家居、移动支付、远程控制等领域。(一)Wi-Fi技术Wi-Fi技术是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术，通常使用2.4GHz或5GHz射频频段，几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，它是当今使用最广泛的一种无线网络传输技术，其标志如图2-6所示。多数无线局域网是有密码保护的，也有一些是开放的，允许WLAN范围内的任何设备连接。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。拓展阅读——Wi-FiHaLow2016年，Wi-Fi联盟公布的802.1lahWi-Fi标准——Wi-FiHaLow,使得Wi-Fi可以被运用于更多地方，如小尺寸、电池供电的可穿戴设备；同时也适用于工业设施内的部署，以及介于两者之间的应用。HaLow采用900MHz频段，低于当前Wi-Fi的2.4GHz和5GHz频段。同时HaLow的覆盖范围可以达到1千米，信号更强，且不容易被干扰。(二)蓝牙技术蓝牙技术是一种实现短距离无线通信的技术规范，其标志如图2-7所示。蓝牙技术已经为越来越多的设备(包括手机、耳机、计算机、鼠标、键盘、音响等)赋予了安全、简便的连接手段，是物联网中物物互联的主要无线通信技术之一。蓝牙的波段为2400~2483.5MHz,通信半径从几米延伸到百米。目前的版本为蓝牙5.0,它具有高速、低功耗、低延迟等特性，传输速率上限可达24Mbps。在网盘还不太普及的时候，人们习惯打开手机里的蓝牙设备，把手机上好玩、好看的东西分享给周围的朋友。手机、平板电脑等移动设备以及大量的无线外围设备(蓝牙耳机、蓝牙键盘等)都应用了蓝牙技术。在智能家居领域，采用了BluetoothSmart技术的蓝牙支持设备与设备之间的“对话”技术，在没有Wi-Fi的情况下，智能家居设备仍可继续工作。(三)NFC技术近场通信(NearFieldCommunication,缩写为NFC)是一种短距离的高频无线通信技术，它是手机常见的一个通信接口，通过互相靠近来传输数据，如图2-8所示。NFC技术由RFID及互联互通技术整合演变而来，是一种非接触式识别和互联技术，其在单一芯片上集成了感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，可以在移动设备、消费类电子产品、个人计算机和智能控件工具间进行近距离无线通信，进行识别和数据交换。目前，NFC主要应用在智能手机上，配置了NFC功能的智能手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、智能交通一卡通、代替信用卡进行电子支付等。拓展阅读——NFC与RFIDRFID由阅读器和标签组成，只能实现信息的读取以及判定。具有NFC功能的手机内置了NFC芯片，它是组成RFID模块的一部分，可以当作RFID无源标签使用；也可以当作RFID读写器，用作数据交换与采集；还可以用于NFC手机之间的数据通信。NFC传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米甚至几十米，由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说，NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。一般来说，NFC终端主要有三种工作模式：主动模式、被动模式和双向模式。目前，人们常见的NFC工作模式是被动模式。例如，刷手机乘公交、电子支付等，都是将NFC终端模拟成一张卡片。主动模式常见于读取NFC标签信息等，双向模式多用于信息交换，例如交换电子名片。思考活动请同学们结合前面所学，总结蓝牙技术与NFC技术的异同。(四)ZigBee技术紫蜂技术(ZigBee)是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。ZigBee技术的命名主要来自人们对蜜蜂采蜜过程的观察，蜜蜂在采蜜过程中的舞蹈轨迹很像“Z”的形状，由于蜜蜂自身体积小、所需要的能量小，又能传送所采集的花粉，因此人们用ZigBee技术来代表具有成本低、体积小、能量消耗少和传输效率低的无线通信技术，中文译名通常为“紫蜂”技术。ZigBee的标准是IEEE802.15.4,工作频率为2.14GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行),其最大数据传输速率是250Kbps,传输距离从标准的75米到几百米、几千米。ZigBee技术广泛应用于家庭和楼宇网络、商业智慧型标签、传感器自动化控制、公共场所烟雾探测器等，如图2-9所示。例如，使用ZigBee技术，可以对矿井下的人员进行定位。矿井下人员通过佩戴基于Zig-Bee技术的定位卡，使得系统能对井下坑道作业工作人员精确定位，并能准确地提供井下人员的数量和分布情况，为事故处理和救援工作提供可靠的数据。拓展阅读——ETC(ElectronicTollCollectionSystem)全自动电子收费系统(ETC,ElectronicTollCollection),是智能交通系统的服务功能之一，它特别适合在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下使用。高速公路收费处，有专门的ETC收费通道。车主只要在车辆前挡风玻璃上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，高速通行费将从卡中自动扣除，实现自动收费。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。其原理是利用车辆自动识别技术，通过路侧车道或门架上控制系统的信号发射与接收装置识别车辆上的“电子标签”,ETC车道计算机根据“电子标签”中存储的信息识别出车辆的基本信息，再根据车辆行驶情况从车主的银行卡中扣除通行费。拓展学习——物联网安全物联网安全是保护物联网设备和系统免受网络攻击和数据泄露等安全威胁的实践。由于物联网设备数量庞大且多样化，安全性问题变得尤为重要。物联网安全涉及多个方面，包括设备安全、网络安全和数据安全等。设备安全是指保护物联网设备免受物理破坏、恶意软件感染、未经授权的访问等威胁。这包括确保设备的硬件和软件都是安全的，以及采取适当的身份验证和访问控制措施。网络安全是指保护物联网设备和系统之间的通信免受攻击和窃听。这需要使用加密技术来保护数据的机密性和完整性，以及使用安全的通信协议来确保数据的可靠传输。数据安全是指保护物联网设备和系统中存储和处理的数据免受未经授权的访问、篡改和泄露等威胁。这需要使用强密码学算法来加密数据，以及实施访问控制和审计措施来确保只有授权人员才能访问数据。为了保障物联网安全，需要采取一系列措施，包括：制定完善的安全策略和流程，确保设备和系统的安全性得到充分考虑和实现。使用最新的安全技术和标准，如加密技术、身份验证技术、安全通信协议等，确保设备和系统的安全性得到最大程度的保障。定期对设备和系统进行安全漏洞扫描和评估，及时发现和修复安全漏洞，防止攻击者利用漏洞进行攻击。对设备和系统进行定期维护和更新，确保设备和系统的安全性和稳定性得到持续保障。提高用户的安全意识和技能水平，防止因用户不当操作而引发的安全问题。 简要了解感知识别技术。初步了解条码识别技术。学习一维条码技术。学习二维条码技术。学习射频识别技术。了解耦合元件的含义。学习RFID系统的工作原理。初步了解传感器技术。学习传感器的工作原理。了解传感器的分类。小组合作完成家用电器的传感器调查。初步了解短距离无线通信技术。学习Wi-Fi技术。了解Wi-FiHaLow技术。学习蓝牙技术。学习NFC技术。了解NFC与RFID的特点。学习ZigBee技术。了解ETC技术。学习物联网安全知识。 通过详细阐述感知识别技术及其在生活中的应用，让学生深入理解物联网技术的基础和重要性。通过介绍条码识别技术、射频识别技术和传感器技术，激发学生对物联网技术的兴趣，并提升他们对这些技术如何影响日常生活的认识。同时，通过思考活动和拓展阅读，鼓励学生主动探索和创新，培养他们的问题解决能力和批判性思维。让学生调研并理解家用电器中传感器的应用，探索技术发展趋势，培养实践与探索能力。通过深入了解短距离无线通信技术，包括Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee等技术，对物联网中的关键通信技术有更全面的认识。通过介绍这些技术的原理、应用及发展，旨在激发学生对物联网技术的兴趣，理解这些技术在智能家居、移动支付、远程控制等领域的重要作用。同时，通过拓展阅读和思考活动，鼓励学生进行知识探索和综合运用，培养其分析问题和解决问题的能力，以适应科技发展的需求。通过学习物联网安全的概念和重要性，学生能够更加深刻地认识到网络安全对于个人和社会的重要性，从而培养出强烈的安全意识，自觉地在日常生活和学习中注意保护个人信息和设备安全。课后练习 随着物联网技术的发展，短距离无线通信技术将在哪些方面进一步拓展应用？请至少提出两点你的看法，并简述理由。 结合本课学习内容，独立完成课后练习。 考察学生对物联网技术及短距离无线通信技术发展趋势的理解与应用拓展能力。以此培养学生的前瞻性思维与创新能力。课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：本节课我们深入探讨了物联网中的感知识别技术和短距离无线通信技术。通过了解条码识别、RFID、传感器技术等感知识别技术，我们认识到这些技术如何让物体“开口说话”，发布信息，实现物理世界和信息世界的融合。同时，我们也学习了短距离无线通信技术的几种主流方式，包括Wi-Fi、蓝牙、NFC和ZigBee，了解了它们的工作原理、应用场景及发展趋势。这些技术不仅让我们的生活更加便捷，也为智能家居、移动支付、远程控制等领域的发展提供了强大的支持。通过本节课的学习，希望同学们能够对这些技术有更深入的理解，并在未来的学习和生活中加以应用。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 教学设计-第2课 物联网相关技术（第一课时）.doc 课件-第2课 物联网相关技术（第一课时）.pptx
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