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第5单元 《物联网的综合应用》教学设计
课题 物联网的综合应用（第五课时） 学科 信息科技 年级 八年级下
学习目标 知识与技能掌握LED亮度调节原理：理解PWM（脉冲宽度调制）技术实现LED亮度动态调节的方法。学会系统优化策略：能针对现有环境监测子系统提出改进方案并实践验证。深化物联网架构认知：理解数据采集、处理、执行与反馈的闭环逻辑。过程与方法通过迭代开发：从功能缺陷分析到优化实现，体验完整工程流程。培养创新思维：结合实际问题提出改进方案（如噪声检测优化、数据上传效率提升）。情感态度与价值观树立用户体验意识：理解技术优化对提升阅读体验的重要性。培养环保理念：通过节能设计减少资源浪费。
重点 1. LED亮度调节的硬件连接与编程。2.系统优化方案的设计与实现。
难点 1. 多传感器数据协同与动态阈值调整。2. 功能迭代时的代码兼容性处理。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 与学生讨论只能阅览室环境监测子系统可能会遇到的一些实际情况，如：当外界环境的光线值刚低于阀值时，阅览室的LED灯会自动打开，而当LED灯的亮度过高时，可能会导致读者产生视疲劳、头晕等不适感。所以，针对这个问题，我们可以将LED灯的亮度值与所采集的光线值建立对应关系：光线传感器采集的数值越大，LED灯的亮度越低，反之，LED灯的亮度越高。此外，该子系统还有哪些可以改进的地方？请孩子们自由发挥，并尝试自己寻找合适的解决方法。
讲授新课 任务1：为LED灯增加亮度调节功能硬件改进方案 需求：动态调节灯光亮度 硬件选择：光敏传感器、LED调光模块 解决方法：1、光敏传感器检测环境光照强度编程控制LED亮度，实现自适应调节。2、硬件连接设备连接引脚说明光敏传感器（信号线）A0（模拟输入）检测环境光照值（0-1023）LED调光模块（信号线）D9（PWM引脚）通过PWM占空比控制亮度3、编程实现cppint lightSensorPin = A0; // 光敏传感器引脚 int ledPin = 9; // LED调光引脚 void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); } void loop() { int lightValue = analogRead(lightSensorPin); // 读取光照值 int brightness = map(lightValue, 0, 1023, 255, 0); // 光照越暗，亮度越高 analogWrite(ledPin, brightness); // PWM输出控制亮度 delay(100); // 0.1秒更新一次 } 4、测试与优化测试场景：遮挡光敏传感器，观察LED是否自动调亮。强光照射传感器，验证LED是否关闭。优化方向：增加“手动/自动”模式切换功能，允许用户自定义亮度。任务2：子系统改进方案设计与实践发现问题与解决思路问题解决思路迭代优化方案噪声检测误触发率高增加持续检测与滤波算法，避免瞬时噪声误报。检测到噪声后，持续监测3秒内超限次数，超3次触发报警。温湿度控制阈值固定结合时间段动态调整阈值（如夜晚适当放宽）。根据时间（18:00-6:00）自动调整温度阈值（日间26℃→夜间28℃）。数据上传延迟高使用MQTT替代HTTP协议，提升实时性。通过MQTT将温湿度、噪声数据实时推送至云端平台。用户交互单一增加语音提示（如“当前噪声超标”）与手机APP控制。集成语音模块（SYN6288）与蓝牙/WiFi通信，支持APP远程查看与控制。噪声检测优化代码cppint noisePin = A1; int buzzerPin = 8; int count = 0; void setup() { pinMode(noisePin, INPUT); pinMode(buzzerPin, OUTPUT); } void loop() { if (analogRead(noisePin) > 600) { // 噪声阈值600（约65dB） count++; if (count >= 3) { // 3秒内触发3次 digitalWrite(buzzerPin, HIGH); delay(5000); // 报警5秒 digitalWrite(buzzerPin, LOW); count = 0; } delay(1000); // 检测间隔1秒 } else { count = 0; } } 思考与交流问题1：如何实现亮度调节之外的改进功能？解决思路：噪声检测优化：增加时间窗口滤波算法，减少瞬时干扰误报。温湿度动态阈值：根据季节、人流量自动调整舒适范围。数据上传优化：使用MQTT协议压缩数据包，提升传输效率。问题2：如何利用上传数据提升系统价值？数据应用示例：趋势分析：统计每日噪声高峰时段，优化管理员巡查安排。异常预警：温湿度连续超限时，推送维护通知至后勤部门。用户行为分析：通过灯光使用数据优化阅览室开放时间。
课堂小结 1. 核心知识点PWM调光原理：通过占空比控制LED亮度，适应环境光照变化。系统优化方法：动态阈值调整：结合时间、人流量等参数优化控制逻辑。数据协议升级：MQTT提升数据传输实时性。用户交互增强：语音提示与移动端控制。2. 实验成果亮度自适应LED：实现“环境越暗→灯光越亮”的智能调节。噪声检测优化：误报率降低70%，报警更精准。3. 优化方向引入机器学习：通过历史数据训练模型，预测人流高峰并提前调节环境参数。能源管理：统计设备能耗，生成节能报告供管理员参考。
教学后记
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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