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(共41张PPT)
第3课
物联网原理和数据采集—物联网的感知技术
（清华大学版）八年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
在物联网感知应用中严格履行信息社会责任，全力保障信息安全和有序合理利用，维护良好生态。
借助物联网感知技术大力推动数字化学习，积极开拓创新实践应用的多元新途径，激发创意灵感。
依据物联网感知数据灵活运用计算思维，科学驱动智能化信息高效处理流程，提升运行效率。
利用物联网感知技术广泛获取丰富数据，全面增强对信息价值的深度洞察与理解能力，助力精准决策。
02
新知导入
本课中你将学习:
什么是物联网感知技术
什么是传感器技术
什么是条码和射频识别技术
02
新知导入
“世界上所有的物品（从轮胎到牙刷，从房屋到纸巾）都可以通过互联 网主动进行数据交换。”这是国际电信联盟描绘的物联网蓝图。自行车和电 冰箱的联网，依靠其集成的终端设备，而牙刷和纸巾之类的物品之所以能 够联网，依靠的则是神奇的感知技术。万物互联，感知先行，这已经成为物联网领域的业内共识。
02
新知导入
03
新知讲解
一、物联网感知技术概述
物联网感知技术概述物联网感知技术涉及很多方面,包括传感器技术、射频识别技术、位技术、条码技术等。只要能够将外界环境或物品的状态信息转化为计机能处理的数字信号的技术,都属于感知技术。
03
新知讲解
感知技术是物联网的基础。如果不能准确感知形形色色的物品,万互联就无从说起。针对不同的物品及其状态,可以选择相应的技术来感知比如,环境监测中温度、湿度之类的信息使用传感器技术,智能家居验证用户信息时使用基于摄像头的人脸识别技术,快递行业的包裹出入库等要使用射频识别技术,共享单车则使用二维码技术等。就连四处的野生动物,计算机科学家们也设计出了GPS定位装置对它们进行追踪。
03
新知讲解
二、传感器技术
传感器是一种信息输入设备,能够检测、感曼外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)等。传感器是物联网设备感受外界环境的重要硬件,确定了设备与外界环境交互的能力。
03
新知讲解
1.认识传感器
常见的传感器通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号输出。比如光线传感器中的敏感元件为光敏电阻，当光线强弱发生变化时，输出的电压信号也发生相应的变化。传感器的结构如图1.3.1所示。
图 1.3.1 传感器的结构示意
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新知讲解
按照被测物理量的不同，传感器可以分为温度传感器、湿度传感器、 压力传感器、位移传感器、加速度传感器等；按照输出信号类型的不同， 传感器可以分为开关量传感器、模拟量传感器和数字量传感器等。 传感器的应用领域非常广泛，表1.3.1简单介绍了几款生活中比较常见的传感器。
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新知讲解
表1.3.1 常见的传感器
名称 用途 图示
按钮传感器 控制电器元件,常用来接通或断开物联网执行器
触摸传感器 对人体或金属的触碰进行检测,与按钮传感器类似,通常用来控制通断
03
新知讲解
表1.3.1 常见的传感器
名称 用途 图示
光线传感器 对环境光强进行检测,可在物联网系统中感知光线的强弱
声音传感器 通过反馈电压信号体现环境声音的大小,可在物联网系统中对周围环境中的声音强度进行检测
续表：
03
新知讲解
表1.3.1 常见的传感器
名称 用途 图示
旋钮传感器 可以旋转不同的角度，在物联网系统中输入与旋转位置相关的信号
温/湿度传感器 对环境的温度、湿度进行检测，可以在物联网系统中感知温度、湿度的变化
续表：
03
新知讲解
探索
传感器种类繁多，功能各异。请同学们登录创客商城，输入关键 词“传感器”，浏览感兴趣的传感器，并了解这些传感器常用于哪些物联网作品，填写表 1.3.2。
03
新知讲解
探索
传感器名称 传感器功能 常用于哪些物联网作品
湿度传感器 感知环境湿度 用于农业物联网中的土壤湿度监测
压力传感器 测量压力大小 常见于工业物联网中的压力控制系统
声音传感器 检测声音的有无和强度 在安防物联网的报警系统中常有应用
位移传感器 能测量物体的位移变化 常用于机械制造物联网中的位置监测。
表1.3. 常见的传感器
03
新知讲解
2.传感器和智能终端的连接
将传感器与智能终端连接之前，需要认真查阅传感器的接口说明，了解传感器的信号类型和引脚功能，然后确定该传感器应该接在智能终端的哪个引脚上。
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新知讲解
一般来说，传感器模块上面会标示其类型，“D”表示数字量传感器或者开关量传感器。“A”表示模拟量传感器，如图1.3.2所示。
图1.3.2 数字量传感器与模拟量传感器
03
新知讲解
传感器模块一般使用3芯数据线（也称为3P线)。为了接线方便，通常可以在智能终端上接入扩展板，再将传感器模块与扩展板相连接。图1.3.3是一款常见的扩展板。
图1.3.3 扩展版
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新知讲解
不同的智能终端，其引脚的功能规划往往也不相同。有些引脚既可以作为数字引脚使用，也可以作为模拟引脚使用。具体的引脚功能，需要查阅智能终端芯片手册。
03
新知讲解
3.传感器信息的获取
获取传感器的信息，即读取引脚的信号。开关量传感器使用数字输入的方式读取数字信号，模拟量传感器则使用模拟输入的方式读取模拟信号而数字量传感器的读取比较复杂，需要借助特定的通信协议，将数字信息转换为数值。
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新知讲解
(1)开关量传感器的信息获取
首先设置引脚的模式为Pin.IN，然后用read_digital读取引脚的数字信号。下面的参考范例是将倾角传感器和开源硬件的P0引脚连接，变量v存储了倾角传感器传回的值。
03
新知讲解
(2)模拟量传感器的信息获取
首先设置引脚的模式为 Pin.ANALOG，然后用read analog 读取引脚的模拟信号。下面的参考范例是将旋钮传感器与开源硬件的PO引脚连接，变量v存储了旋钮传感器传回的值。
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新知讲解
新建Python3项目，输入以下程序。通过旋转旋钮传感器，即可观察到传回的数值在有规律地变化。
03
新知讲解
(3)数字量传感器的信息获取
数字量传感器的信息获取比较复杂，这要看传感器采用的是哪一种通信协议。常见的数字量传感器通信协议有DH11、I2C等。DH11常用于温湿度传感器，而I2C协议因为可以在一个引脚上连接多个设备，能够节省很多资源，因而使用范围很广，如掌控板上自带的传感器中，加速度传感器采用了I2C协议。下面是能够读取某开源硬件加速度传感器数值的代码。
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新知讲解
阅读
I2C协议也称I2C总线协议，是一种使用两条数据线在主控制器和从机之间进行通信的协议。两条数据线中一条叫作SCL，即串行时钟线，另外一条叫作 SDA，即串行数据线。I2C协议支持多从机，一个I2C控制器下可以挂多个I2C从设备，不同的从设备有不同的地址I2C 协议具有接口线少、控制简单、器件封装体积小、通信速率较高等优点，应用范围很广，常见于各种传感器和执行器。
04
课堂练习
模拟传感器输入的数值范围是多少呢 我们以旋钮传感器为例尝试给开源硬件编写读取旋钮传感器数值的程序进行求证。请在运行程序后，仔细观察显示的数值，填写表 1.3.3。
实验内容:编写程序，获取旋钮传感器输入的最大值和最小值。
实验准备:开源硬件、旋钮传感器、USB 数据线、计算机。
挑战
04
课堂练习
挑战
表 1.3.3 实验数据记录表
旋钮传感器状态 模拟输入数值
最小值（完全逆时针） 0
中间值（稍微顺时针） 512
最大值（完全顺时针） 1023
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拓展延伸
物联网感知技术的发展史
1. 早期阶段， 传感器技术的初步发展，主要用于工业领域的简单监测和控制。
2. 20 世纪 80 年代至 90 年代， 随着微电子技术的进步，传感器逐渐微型化和智能化，无线通信技术开始崭露头角。
3. 21 世纪初，互联网的普及为物联网感知技术的发展奠定了基础。各种新型传感器不断涌现，如压力传感器、温度传感器等。
4. 近十年，人工智能、大数据与物联网感知技术深度融合。低功耗、高性能的传感器广泛应用，涵盖智能家居、智能交通等多个领域。
05
拓展延伸
传感器的特点以及作用
1. 精准感知：传感器能够精确地感知各种物理量、化学量等信息，为系统提供准确的数据基础。
2. 实时监测：让我们实时了解被测量对象的状态变化，及时做出反应和调整。
3. 提高效率：在工业生产中，传感器有助于优化生产流程，提高生产效率和质量。
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拓展延伸
传感器的特点以及作用
4. 保障安全：例如在汽车、航空等领域，传感器能及时发现潜在的危险，保障人员和设备的安全。
5. 促进智能化：是实现各种智能设备和系统的关键，推动科技的发展和进步。
6. 改善生活质量：在智能家居、医疗健康等领域，传感器让我们的生活更加便捷和舒适。
05
拓展延伸
传感器和智能终端连接需要注意什么
1. 确保接口匹配：检查传感器的接口类型与智能终端的接口是否兼容。2. 驱动程序安装：如果需要，要正确安装传感器的驱动程序，以保证正常通信。
3. 电源供应稳定：保证为传感器提供稳定的电源，避免电压波动影响工作。
4. 信号线缆质量：使用质量良好的信号传输线缆，减少信号干扰和衰减。
05
拓展延伸
传感器和智能终端连接需要注意什么
5. 连接牢固可靠：插头、接口等连接部位要插紧，防止松动导致接触不良。6. 兼容性测试：在连接前，最好进行兼容性测试，确保二者能协同工作。7. 遵循连接规范：严格按照传感器和智能终端的连接说明和操作规范进行连接。
05
拓展延伸
提升传感器精度和分辨率的方法有哪些
1. 精心选用高精度材料与元器件，如优质电容、电阻，合理设计机械结构，减少因装配、震动产生的误差，让传感器工作更稳定，有效提升精度。
2. 充分利用MEMS等先进制造工艺，精确控制传感器的微观结构和性能参数，实现批量生产高精度、高一致性的高性能传感器。
3. 严格定期校准，将传感器置于温度、压力等条件都为标准的环境中，或使用高精度标准器具获取参考值来细致校准。
05
拓展延伸
提升传感器精度和分辨率的方法有哪些
4. 巧妙采用软件补偿算法，针对温度漂移、零点漂移等常见误差进行精准修正，从而提高传感器测量的准确性和可靠性。
5. 适当增加传感器的采样频率，采集更多更密集的数据并进行科学处理，通过这种方式有效提升传感器的分辨率。
6. 全面优化传感器的信号处理电路，增强信号的强度和稳定性，保障传感器的精度和分辨率达到更高水平。
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课堂总结
1
引入新知内容
物联网原理和数据采集—物联网的感知技术
2
认识物联网的感知技术
3
认识传感器的种类及其作用
4
学会正确地使用传感器
5
进行相关知识拓展
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板书设计
物联网原理和数据采集--物联网的感知技术
1.进行新知引入
2.学习新知讲解
3.完成课堂练习
4.进行知识拓展
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课后作业
01
学完本节课，说一说在正确使用传感器时遇见的困难有哪些？你们是如何解决的？
09
课后作业
02
请同学们总结各种传感器的优缺点及其便利性。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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