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(共13张PPT)
十五课：智慧家居
基于物联网的家居应用场景与系统设计
本节课任务：
请基于上节课智慧生活物联系统设计方案构思，结合物联网在智慧家居中的实际应用，优化智慧家居智慧家居场景的构思，完成智慧生活物联系统设计方案的智慧家居部分。
导入：
近些年，智慧家居发展较快，不仅与人们的日常生活联系密切，还是智慧城市建设的第一步。随着物联网技术的发展，“智能音箱”“扫地机器人”“智能声控灯”等智慧家居产品出现在越来越多的家庭中。
观看视频，思考什么是智慧家居？
探索：
智慧家居让我们的家庭生活更加智能化，不仅让我们享有更便捷和舒适的生活体验，更为我们打开了高质量生活的新篇章。在这一进程中，物联网技术扮演着举足轻重的角色。
思考：
究竟什么是智慧家居呢？
为什么物联网技术融入到家居中，能让我们的家变得更“聪明”呢？
请和同学围绕这些问题继续探究思考，完成智慧生活物联系统方案设计中的智慧家居子方案。
智慧家居的概念
智慧家居就是指使用各种技术和设备，提高人们的生活质量与效率，使家庭生活变得更舒适、更安全
生活的应用：
炎炎夏日，我们可以提刖打开家中空调，回到家就很凉爽；清晨起床，窗帘自动拉开，百叶窗自动打开，柔和的阳光倾泻而来；离开家后，家里的灯会自动关闭，门会自动上锁……
那么生活中还有哪些常见的智慧家居产品呢？将你知道的产品填写在课本P90页写一写。
常见智慧家居产品
智能音箱
语音控制中心
扫地机器人
自动清洁
智能声控灯
语音调节亮度
智慧空调
远程温控
物联网在智慧家居的主要应用
物联网技术应用能够让智慧家居实现智能识别、精准定位、远程操控、实时监控、在线管理等功能，为人类日常生活提供诸多便利。
1
2
3
智慧安防
摄像头、传感器采集数据
异常及时报警
智慧照明
调节灯光亮度和色彩
场景化照明
智慧家电
智慧空调、洗衣机、冰箱
远程监测控制
智慧安防及体系结构
借助摄像头、传感器等设备采集信息，识别到需要报警的情况，系统会自动确认报警信息、状态及位置；通过终端设备和云平台，能随时随地查看家中的实时动态和视频储存回放。
1
应用层
利用终端系统或云平台对传输过来的数据进行呈现、分析、处理、挖掘或操控等，发现安全隐患或事故则及时预警或报警
2
传输层
将感知层采集到的数据通过ZigBee、蓝牙或Wi-Fi等传输技术传输到应用层
3
感知层
借助摄像头、传感器等设备采集图像、烟雾、一氧化碳等涉及安全方面的数据
智慧照明
通过使用终端设备和云平台，人们可以根据各个场景和房间光照需求，调节照明亮度、调整灯光色彩，满足不同的家庭生活氛围以及对昭明灯具进行远程操控。
智慧家电
包括智慧空调、智慧洗衣机、智慧冰箱、智慧插座、智慧厨具等设施。将家中这些电器融入物联网系统，人们利用终端设备等远程操控它们，并监测它们的状态。
智慧家居行业的发展阶段
1
单品连接
各个家居产品通过传输网络，如ZigBee,蓝牙或Wi-Fi等进行连接，可以对每个单品进行单独控制，如扫地机器人、智慧电饭煲等
2
物物联动
同一品牌下的所有家居产品进行用联网、系统集成，使各产品间能联动控制，如智慧厨房家居系统、智慧安防系统、智慧照明系统等
3
平台集成
不同品牌的家居产品都遵循统一 的标准，各种家居产品之间能够相互兼容、联动控制
智慧家居系统设计方案
我们可以参考下文，将上面的探索转换成智慧生活物联系统设计方案。在完成了前言部分的撰写后，第一步，根据本课的学习优化之前智慧家居部分的构思；第二步，根据构思展开，分析物联网技术应用于智慧家居场景时存在的问题和智慧家居应具备的功能；第二步，根据问题与需求，确定智慧家居物联系统的基本构成。
智慧生活物联系统设计方案
小组成员：
一、前言
总体概述智慧生活物联系统设计方案的设计背景、原则与整体构思等 二、智慧家居
（一）家居场景应用现状与问题分析
正文
（二）智慧家居的功能分析
正文
（三）智慧家居的基本构成
构成智慧家居的各种子系统，如智慧安防系统、智慧照明系统等。从物联网感知层、传输层和应用层三层体系结构的角度来描述搭建这些子系统所需的软硬件或传输技术等。
1.感知层：如需要安装哪些传感器或其他感应设备等，用来采集 数据。
2.传输层：如采用ZigBee、蓝牙或Wi-Fi等无线传输技术还是有线传输技术，需要购买路由器、网线等哪些网络设备。
3.应用层：如选择哪些合适的终端设备或云平台。
智慧家居框架图
感知层
温度、湿度、烟雾传感器
红外、摄像头
传输层
ZigBee、蓝牙
Wi-Fi网络
应用层
手机APP
云平台、语音控制
实践
初步了解
同学们已经对智慧家居和物联网在家居场景中的具体应用及发展趋势有了初步的了解。
产品调研
建议大家选择代表性的智慧家居产品厂商进行调研，深入了解产品、技术特点和用户反馈。
总结现状
总结当前家居领域的物联网技术应用现状和问题。
设计方案
分析智慧家居的功能和基本构成，完成智慧生活物联系统设计方案中的智慧家居子方案的设计。
系统框架图
在分析智慧家居基本构成时可以：构建智慧家居系统框架图，展示各部分的组成及其关系，包括感知层、传输层和应用层。
知识点回顾与作业
完成智慧家居子方案设计：感知层、传输层、应用层
请与同学利用课余时间尝试应用所学软硬件知识编程实现方案中的部分设计。第十五课课后练习习题
一、选择题
容易题（5道）
选择题 1
题目：以下哪项不属于智慧家居的典型应用场景？
A. 智慧安防
B. 智慧照明
C. 智能洗衣机
D. 智能语音翻译机（仅用于语言学习）
答案：D. 智能语音翻译机（仅用于语言学习）
解析：智慧家居主要指家居内部的安防、照明、家电等场景，语言翻译机通常并不归属于家居场景。
选择题 2
题目：在智慧家居的物联网体系结构中，哪一层主要负责采集家居环境中的温度、湿度、烟雾等数据？
A. 应用层
B. 传输层
C. 感知层
D. 控制层
答案：C. 感知层
解析：感知层由各类传感器（如温度传感器、烟雾传感器等）组成，用于采集环境数据。
选择题 3
题目：下列哪一种传输技术不常用于智慧家居的设备互联？
A. Wi-Fi
B. 蓝牙
C. ZigBee
D. NFC（近场通信）
答案：D. NFC（近场通信）
解析：NFC更常用于短距离支付或身份识别等场景，智慧家居常见的通信技术主要有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
选择题 4
题目：智慧家居中“智慧安防”通常采用哪种设备来监测家中异常状况？
A. 智能电视
B. 智能音箱
C. 摄像头、传感器
D. 厨房灶具
答案：C. 摄像头、传感器
解析：智慧安防通过摄像头、门窗传感器、烟雾传感器等设备进行监控与预警。
选择题 5
题目：在智慧家居发展历程中，单品连接 → 物物联动 → 平台集成三个阶段的顺序反映了什么？
A. 设备由小到大的外形变化
B. 智慧家居系统从简单到复杂的进化
C. 用户对家电需求减少
D. 无法实现跨品牌互联
答案：B. 智慧家居系统从简单到复杂的进化
解析：单品连接是最初阶段，物物联动与平台集成是后续更高级的演进，实现更复杂的功能与跨品牌联动。
中等难度题（2道）
选择题 6
题目：在智慧家居物联系统中，以下哪项不是传输层的主要功能？
A. 通过ZigBee将传感器数据发送至网关
B. 采用Wi-Fi将家电状态上传到云平台
C. 在终端App上呈现并分析数据
D. 使用蓝牙与智能灯泡通信
答案：C. 在终端App上呈现并分析数据
解析：在物联网三层架构中，终端App上的呈现与分析属于应用层功能；传输层主要负责数据的网络传输。
选择题 7
题目：下列哪种方式可以让不同品牌的智能家居设备实现物物联动？
A. 将所有设备都使用同一种传感器
B. 统一使用蓝牙进行连接
C. 不同品牌设备之间采用通用协议或平台进行对接
D. 让所有设备使用同一个电源插座
答案：C. 不同品牌设备之间采用通用协议或平台进行对接
解析：要实现跨品牌设备联动，需要使用通用的物联网协议或统一平台，以保证数据和控制指令可以相互兼容。
较难题（1道）
选择题 8
题目：在设计智慧家居物联系统方案时，为满足高安全性和高可扩展性需求，下列哪种做法最全面？
A. 使用单一通信协议简化设备连接
B. 所有数据只在本地处理，禁止上传云端
C. 采用多重加密与认证机制，并使用可兼容多协议的网关
D. 仅使用低功耗蓝牙控制所有设备
答案：C. 采用多重加密与认证机制，并使用可兼容多协议的网关
解析：在智慧家居中，为兼容多品牌与多场景，需要使用可兼容多协议的网关；同时，为保障安全性，必须在数据传输和设备接入上采用多重加密和身份认证措施。
二、判断题设计（8道）
判断题 1
题目：智慧家居通过物联网技术可实现远程控制家电，但并不涉及任何安防应用。
答案：错误
解析：智慧家居不仅包括远程控制家电，还涵盖智慧安防等多种应用。
判断题 2
题目：在智慧家居中，感知层通常由传感器和摄像头等设备组成，负责采集环境数据。
答案：正确
解析：感知层是物联网三层结构的最底层，负责数据采集。
判断题 3
题目：使用Wi-Fi或蓝牙是智慧家居传输层常见的做法之一。
答案：正确
解析：传输层通过无线通信（如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee）将感知层采集到的数据发送到应用层或云平台。
判断题 4
题目：在智慧家居体系中，应用层的主要功能是执行数据采集和上传。
答案：错误
解析：应用层主要是对接终端用户和云平台，对数据进行处理与呈现，数据采集属于感知层的功能。
判断题 5
题目：智慧家居的发展历程从单品连接到物物联动再到平台集成，反映了设备间联动程度不断提升的过程。
答案：正确
解析：这是智慧家居的发展逻辑，从最初独立设备到同品牌联动，最终到跨平台集成。
判断题 6
题目：智慧安防仅通过门锁实现安全功能，不需要传感器或摄像头。
答案：错误
解析：智慧安防通常还需借助传感器、摄像头等设备来实现实时监控和报警功能。
判断题 7
题目：在智慧家居设计中，若要兼容不同品牌的设备，需要统一通信协议或采用多协议兼容的网关。
答案：正确
解析：跨品牌的设备要实现互联互通，需要采用通用协议或多协议兼容方案。
判断题 8
题目：物联网技术在智慧家居中除了带来便利，也需关注数据安全与用户隐私。
答案：正确
解析：智慧家居收集大量个人数据，必须加强安全防护和隐私保护，避免信息泄露或滥用。教学教案设计
总第 15 课时
课 题 名 称 智慧家居
学习目标 （包含学科核心素养） 理解智慧家居与物联网技术的关联及发展趋势 分析智慧家居应用场景与系统构成 设计与优化智慧家居物联系统方案
问 题 类 型 学生问题 智慧家居为什么能让我们的家变得更‘聪明’？物联网技术在其中起了什么关键作用？ 智慧家居有哪些常见的应用场景？例如，智慧安防、智慧照明和智慧家电分别是如何工作的？ 在智慧家居场景中，我们可能遇到哪些尚未解决的问题或用户需求？又该如何提出改进方案？
学科问题 1. 从物联网三层体系结构（感知层、传输层、应用层）角度，智慧家居的各层次分别承担哪些功能或技术？ 2. 物联网技术在智慧家居领域的发展经历了哪些阶段（单品连接、物物联动、平台集成），各阶段的特点与难点是什么？ 3. 智慧家居系统如何结合用户需求、物联网技术和实际场景，形成完整的智慧生活物联系统设计方案？
教师问题 1. 在指导学生设计智慧家居方案时，如何引导他们结合物联网体系结构，分析感知层、传输层和应用层的具体需求？ 2.如何在实践环节让学生通过头脑风暴、实地调研或技术演示，进一步理解智慧家居的应用现状和潜在问题？
问题系统 （星号标出核心问题） 1. 从物联网三层体系结构（感知层、传输层、应用层）角度，智慧家居的各层次分别承担哪些功能或技术？ 2. 物联网技术在智慧家居领域的发展经历了哪些阶段（单品连接、物物联动、平台集成），各阶段的特点与难点是什么？ 3. 智慧家居系统如何结合用户需求、物联网技术和实际场景，形成完整的智慧生活物联系统设计方案？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 教学情境： 教师播放一段视频（或使用图片/动画演示）： 在视频中，一个学生早上起床，窗帘自动打开，咖啡机自动启动，空气净化器调整室内空气质量，智能语音助手提醒今日天气和行程。 2. 问题引导（激发思考） 教师提问： （1）这个家为什么“聪明”了？它是如何感知人的需求并自动调整环境的？ （2）如果你家也安装了这样的系统，哪些功能最吸引你？为什么？ 学生回答并讨论，教师总结智慧家居的基本概念： 智慧家居： 通过物联网技术，实现家居设备的智能控制，提高生活的便利性、舒适度和安全性。 关键技术： 感知（传感器）、传输（Wi-Fi、蓝牙、NB-IoT等）、应用（APP、语音控制等）。 学（自主探究）： 自主探究任务： 1. 分组任务：智慧家居“三层架构”分析 学生阅读教材，并结合生活经验，自主探究智慧家居如何运作。 教师布置任务：请结合教材内容，思考并完成下面的问题。 感知层： 智慧家居中的哪些设备负责数据采集？ （例如：温度传感器、光照传感器、烟雾传感器、摄像头等） 传输层： 这些设备如何把信息传输到控制中心？ （例如：Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、NB-IoT等） 应用层： 用户如何与智能家居系统进行交互？ （例如：手机APP、智能语音助手、触控面板等） 学生独立思考并记录答案，随后小组讨论。 三、探（合作探究）： 合作探究任务： 教师组织一场智慧家居模拟实验，让学生分别扮演智慧家居中的不同角色，如： 传感器（检测温度/湿度/光照等） 数据传输（扮演Wi-Fi/蓝牙等网络） 处理中心（模拟智能控制系统） 用户（通过APP或语音指令控制设备） 任务： 任务1：当室内温度超过30℃时，系统应该如何调整？ 任务2：当家里没有人时，如何自动关闭灯光和电器？ 学生通过角色扮演体验智慧家居的运行流程，并在课堂上分享自己的观察与思考。 2. 设计任务：智慧家居功能创意 教师任务：请结合智慧家居的功能，设计一款“智能家电”或“智慧家居系统”，描述其功能与工作原理。 学生以小组为单位，讨论智慧家居系统的创意方案，并用简单的图示或流程图展示。 选出优秀作品，进行课堂展示和讲解。 四（课堂检测）： 课堂检测题目设计: 题目： 智慧家居的感知层主要由哪些设备组成？ A.传感器 B. 无线路由器 C. 手机APP D. 语音助手） 在智慧家居系统中，智能门锁通常使用哪种技术进行远程控制？ A. 蓝牙 B. ZigBee C. NB-IoT D. 以上都可） 题目：以下哪项不属于智慧家居的典型应用场景？ A. 智慧安防 B. 智慧照明 C. 智能洗衣机 D. 智能语音翻译机（仅用于语言学习） 答案：D. 智能语音翻译机（仅用于语言学习） 题目：在智慧家居中，感知层通常由传感器和摄像头等设备组成，负责采集环境数据。 答案：正确 2. 案例分析 教师给出一个现实场景： “小明家的智能灯泡可以通过手机APP远程控制，回家前可以提前打开灯光。” 问：该智慧家居功能涉及物联网的哪几层架构？每层的具体作用是什么？ 学生作答后，教师点评总结。 五、拓（知识拓展）： 1. 未来展望：AI+智慧家居 教师提问：未来的智慧家居可能有哪些突破性变化？ AI如何提升智慧家居的智能化程度？ 5G技术的普及会对智慧家居产生什么影响？ 学生分组讨论，结合查阅资料，提出自己的观点，并由代表分享。 2. 现实挑战与改进方案 教师引导：当前智慧家居存在哪些问题？如何改进？ 隐私安全问题（如何防止黑客攻击？） 设备兼容性问题（不同品牌如何实现互联互通？） 用户体验问题（如何让操作更简单？） 学生思考并讨论后，由教师进行总结提升。
板 书 设 计 智慧家居
一、智慧家居概念 提高生活品质与效率 实现家居设备智能化、自动化 二、物联网在智慧家居中的应用 智慧安防：摄像头、传感器检测安全隐患 智慧照明：远程控制灯光亮度、色彩 智慧家电：智能空调、冰箱、洗衣机等实现远程监控与操作 三、智慧家居的三层结构 感知层：摄像头、传感器等采集数据 传输层：ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等传输技术 应用层：终端设备、云平台进行数据分析与呈现
教 学 反 思 智慧家居
1. 内容与现实生活紧密结合 通过智慧家居视频或案例导入，学生对家中智能设备的应用产生浓厚兴趣，更能将理论与实践相结合，激发学习动机。 2. 知识结构清晰 板书设计与三层架构（感知层、传输层、应用层）相呼应，帮助学生从系统层面理解智慧家居如何感知环境、传输数据并进行应用处理，抓住教学重点。 3. 学生主体性突出 设计环节中鼓励学生结合“物联网体系结构”分析和创新，提出智慧家居场景的改进方案，既培养他们的创新思维，也让他们体验了项目式学习的过程。 4. 不足与改进 对不同传输协议或安全性细节讲解较为简单，部分学生对协议兼容、隐私安全等问题理解还不够深入。后续可增加演示或实操环节，让学生更好地体验与验证智慧家居的实际效果与挑战
1智慧生活物联系统设计方案
小组成员：
一、前言
总体概述智慧生活物联系统设计方案的设计背景、原则与整体构思等 二、智慧家居
（一）家居场景应用现状与问题分析
正文
（二）智慧家居的功能分析
正文
智慧家居的基本构成
构成智慧家居的各种子系统，如智慧安防系统、智慧照明系统等。从物联网感知层、传输层和应用层三层体系结构的角度来描述搭建这些子系统所需的软硬件或传输技术等。
1.感知层：如需要安装哪些传感器或其他感应设备等，用来采集 数据。
2.传输层：如采用ZigBee、蓝牙或Wi-Fi等无线传输技术还是有线传输技术，需要购买路由器、网线等哪些网络设备。
3.应用层：如选择哪些合适的终端设备或云平台。

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