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第2.2课《物联网系统和反馈控制—物联网的控制技术》教学设计
课题 物联网系统和反馈控制—物联网的控制技术 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级
信息社会责任：明确物联网控制技术在使用过程中必须遵守相关的法律法规，如保护用户隐私、确保数据安全、遵守通信管理规定等。
教学重点 物联网系统的组成及反馈控制的原理。
教学难点 理解反馈控制在物联网中的工作过程。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
如何调节LED灯的颜色
如何利用蜂鸣器播放音乐
如何控制舵机2.物联网将万物连接在一起，那么万物能够执行的动作，就是物联网系统可以输出的“动作"。这里的“动作”包括信息显示、声音报警、开灯开锁、打开阀门、启动电机等各种操作。这些操作由不同的输出设备完成比如共享单车用电磁镇来实现“开锁"，智能窗帘用电机来打开或关闭窗帘面这些输出设备往往以模块的形式接入智能终端，因而也称为输出模块。 3.播放视频 本单元新知识导入。观看教学视频。 初步明确本课所有知识点。将学生的注意吸引到课堂。
1.常见的显示模块
2.LED的连接和编程
控制一个 LED 需要一个支持 PWM 的引脚，控制一个普通的全彩 LED 则需要三个支持PWM 的引脚。为了节省引脚资源，让编程更加简单，LED灯带一般采用专用的芯片，如WS2812B、SK6812、PLK6812等。这种LED灯带通过一个数字引脚发送数字信号，即可控制多个LED呈现出不同的色彩，基于 WS2812B 芯片的 LED 灯带与某开源硬件扩展板的接线图如图2.2.5所示。
3.显示屏的连接和编程
智能终端中使用的显示屏一般有两种:LCD和OLED显示屏。LCD显示屏就是我们常说的液晶显示屏，其优点是耗电量低、辐射低。OLED显示屏能够自发光，对比度高，因而受到越来越多用户的喜爱，应用领域也更为广泛。
LCD、OLED显示模块和智能终端的连接一般采用12C接口。连接模块前，要查看开源硬件的接口说明书。有些开源硬件内置了显示屏，其连接方式一般也采用I2C，如掌控板。
1、如何保障物联网控制技术的安全性？
如果智能终端能够发出声音，就显得智能、亲切很多。如果能使用人类的语音，那么人机交互的体验就会更好。
1.常见的声音模块
蜂鸣器是一种常见的声音模块，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等产品。如图2.2.7所示，常见的计算机主板上一般都有蜂鸣器模块。在控制蜂鸣器的数字引脚上输出特定频率的电信号，蜂鸣器将发出不同的声音。
2.声音模块的连接和编程
不同的声音模块采用的技术不同，和智能终端的连接方式也各不相同需要查阅模块说明书才能正确连接。一般来说，蜂鸣器模块和音频录放模块仅需用 3P线连接任意一个数字引脚即可，而语音合成模块则支持12C和UART两种通信方式，需要连接特定的引脚，与某开源硬件扩展板的接线图如图 2.2.11 所示。
当向蜂鸣器中输入的频率有一定的规律时，只要与延时语句进行结合，就可以演奏出一首美妙的乐曲。
const int buzzerPin = 8;
#define NOTE_C4 262 // 其他音符频率定义省略
void setup() {
pinMode(buzzerPin, OUTPUT);}
// 《茉莉花》部分音符序列数组，对应频率表示
int jasmineSong[] = {NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_C4};
// 音符时长设置
void loop() {
for (int i = 0; i < sizeof(jasmineSong) / sizeof(jasmineSong[0]); i++) {
// 播放音符函数（省略具体实现，类似前面示例通过频率和延时发声）
playNote(jasmineSong[i], noteDuration);
delay(150);
}
}
三、电动执行模块
1.常见的电动执行模块
电动执行模块也称为电动执行器，按所用的驱动能源可以分为气动、电动和液压等;按输出位移的形式可以分为旋转和线性等。在物联网系统中执行器可以简单分为两类:一类是开关型，如继电器、电磁锁、电阀等另一类是电机型，如直流电动机、舵机、步进电动机等。具体如表2.2.2所示。
通过控制小电流电路的通断，实现对高电压大电流电路的控制
利用通电线圈产生磁力的原理来设计。电磁阀在家用电器中使用最为广泛
能够实现设备的旋转运动，如
风扇的转动
舵机 能够比较精确地控制和保持输出轴的角度
能精确控制旋转圈数
从运动类型来看，线性执行器执行往复运动，旋转执行器执行旋转运动。这两种执行器一般都是利用电动机来实现的，其控制原理是一致的。只要将旋转执行器连接到相应的机械装置上，将旋转运动转换成往复运动，就变成了线性执行器。
2.继电器的连接与编程
一般利用智能终端的引脚输出功能对执行器进行控制。只要给执行器发送特定的电信号，就可以让执行器“动”起来。继电器与电磁阀的编程控制十分简单，只需要给连接继电器和电磁阀的引脚输出高、低电平的数字信号，即可实现开和关的状态变化图2.2.13是继电器与某开源硬件扩展板的连接示意图。下面的参考代码是将继电器与扩展板的 P1引脚连接，在串口输入“1”或者“0”，就能听到继电器状态变化的“嗒”声。
3.舵机的连接与编程
舵机的工作过程是把所接收到的电信号转换成电动机或舵机轴上的角位移或角速度输出。大部分的舵机都使用3P线，它跟智能终端的连接和传感器模块类似。图2.2.14是SG90舵机与某开源硬件扩展板的接线图，舵机连接在扩展板的PI引脚。
用pinpong库控制舵机，需要导入舵机模块(Servo)，再使Servo(pin_obj)设置引脚模式，然后用 Servo.write_angle(value)方法控制舵机转动到指定角度。
参考代码如下:
除了用代码直接设定舵机的角度，还可以外接一个旋钮传感器，根据旋钮传入的模拟值来调整舵机的旋转情况。请同学们通过USB数据线连接开源硬件与计算机，运行相关程序，观察旋钮传感器转动时舵机的转动情况，并填写表2.2.3。已知旋钮旋转效值范围为0~1023，舵机转动数值范围0~180。
请以小组为单位开展“舵机的控制”活动，对执行模块进行更深入的认识，并进行交流分享。
表2.2.3 实践数据记录表
4.电动机的连接与编程
编程控制该直流电动机的过程，本质上是控制模拟输出，也就是PWM输出的过程。首先要设置引脚的模式为Pin.PWM，然后用write_analog给引脚设置模拟值。下面的参考范例是将电动机与开源硬件的P1引脚连接并设置引脚值为255。知识拓展1、目前主流的物联网控制技术有哪些？四、课堂练习在现实生活中，不同的场景可能需要不同的 LED 颜色。通过编程,我们可以让 LED 呈现出不同的颜色如图 2.2.16所示。请参考资源包中的程序，修改程序中的参数，使开源硬件自带的 LED 呈现出不同的颜色，并填写表 2.2.4。表2.2.4 实验数据记录表次数RGB得到颜色125500红色202550绿色300255蓝色42552550黄色（因为红色和绿色混合得到黄色）50255255青色（绿色和蓝色混合得到青色）五、拓展延伸1.如何选择适合的物联网控制技术声音模块？2.哪些因素会影响物联网控制技术的选择？3.物联网控制技术的未来发展趋势是怎样的？ 学习显示模块。学习声音模块。学习知识拓展。学习电动执行模块。学习知识拓展。学习知识拓展。完成课堂练习。学习课外知识拓展。 初步学习显示模块，明确几大步骤，为本课研究打下基础，并锻炼学生的学习能力和观察能力。完善教材所提及的知识点内容，引导学生进行知识体系的拓展和深化。通过探究的模式加深对所学知识的全方位灌输，增强课堂互动性和趣味性。。进一步加强教材所提及的知识点内容，引导学生进行知识体系的拓展和深化。在阅读中拓展知识体系通过探究的模式加深对所学知识的全方位灌输，增强课堂互动性和趣味性。考查学生的学以致用能力，知识转化和落地能力，在课堂练习考察中进行查漏补缺。拓宽学生知识面。
课堂小结 物联网系统和反馈控制--物联网的控制技术1、引入新知内容2、学习显示模块3、声音模块4、课堂练习5、进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
请同学们总结一下物联网控制技术有哪些特点？
布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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