资源简介

(共20张PPT)
信息意识 · 计算思维 · 数字化学习与创新 · 信息社会责任
信息科技 八年级 上册
第四单元 物联网数据传输——简易温湿度传输系统
第2课
温湿度数据的蓝牙传输
聚焦
探索
设计
实践
拓展
引入情境
在对植物生长环境进行监测的过程中，如果通过传感器获取的环境温度及土壤湿度数据能够实时显示在电子屏幕上，巡查或管理人员就能全面掌握当前的环境状况，并及时做出调整。这种近距离的数据传输适合使用哪种技术呢？
聚焦
探索
设计
实践
拓展
聚焦问题，明确任务
本节课要解决的问题：以农业大棚温湿度管理为场景，解决如何用蓝牙传输技术实现近距离实时数据传输的问题，理解蓝牙在物联网中的作用并掌握相关技能。
本节课要完成的任务：了解蓝牙技术特点与原理，掌握主控板连接和蓝牙功能库加载方法，完成“温湿度蓝牙传输器”的设计、编程及数据传输实现。
成果形式：可实现温湿度数据采集与蓝牙传输的“温湿度蓝牙传输器”，并展示成果及分享经验。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
分析问题，探索方法
问题属性：属于物联网领域中网络层近距离数据传输的实践应用问题，综合了蓝牙技术、硬件连接和编程等多方面知识技能，需运用信息系统思维。
解决过程：通过聚焦场景引出蓝牙技术，探索硬件结构与连接方法，设计算法流程图，最后实践完成硬件连接、编程及数据传输。
概念：适用于近距离传输的蓝牙技术，作为控制核心的主控板，用于理清传输过程的算法流程图。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
分析问题，探索方法：探索要求
1.在“主控板结构示意图”中，找到蓝牙天线。
主控板是探究物联网应用时常用的智能设备，它通常由主控芯片、通信模块和嵌入式系统组成。
蓝牙功能一般集成在主控芯片中。主控板上还配有天线，这是通过接收和发送电磁波实现蓝牙通信的必要组件，该天线通常也支持2.4GHz频段的无线通信。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
分析问题，探索方法：探索要求
2.连接编程平台与主控板，并在编程平台中导入蓝牙命令库。
在编程平台中连接主控板。选择Python模式，点击“模块”切换到图形化模式，再点击“扩展”加载主控板。将主控板开机，在编程平台中连接远程终端10.1.2.3。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
分析问题，探索方法：探索要求
2.连接编程平台与主控板，并在编程平台中导入蓝牙命令库。
点击“扩展”，在“用户库”中搜索“行空板蓝牙通信”，点击即可完成添加。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
分析问题，探索方法：点评展示
点评指导
重点关注在主控板与编程平台连接过程中的设置：Python模式，点击“模块”切换到图形化模式，再点击“扩展”加载主控板。将主控板开机后，在编程平台中连接远程终端10.1.2.3。
本环节提升升华
截至2024年10月，蓝牙核心规范已经更新至6.0版。蓝牙4.2版的理论最大传输距离为75米，蓝牙5.0版提升至300米，蓝牙6.0版已至500米。蓝牙的传输距离与功率密切相关，大功率、远距离的蓝牙模块成本高、耗电量大，通常用于工业场景。而个人通信设备，如手机、耳机、音响、运动手环等多采用低功耗蓝牙，其最远传输距离仅有10米。
蓝牙和Wi-Fi的工作频段都在2.4GHz，生活中还有很多设备的频段也在2.4GHz，如微波炉、无线电话，这样就会导致无线信号的相互干扰。因此，蓝牙采用跳频扩频（FHSS）技术，在传输信号时，使其在79个不同频道之间跳跃，每秒改变频道1600次，因此，蓝牙与Wi-Fi相比具有较强的抗干扰能力。
通常，蓝牙的功耗比Wi-Fi低，这就导致蓝牙传输速率较慢、传输距离较短，但同时带来的好处是蓝牙所需的设备体积小、续航时间长。Wi-Fi虽然功耗相对较高，但在传输速率、传输距离等方面与蓝牙相比有着很大优势。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
梳理思路，设计方案
解决思路：先确定所需硬件，再分别明确感知端、应用端，最后明确使用蓝牙进行数据传输与程序编写逻辑。
蓝牙是一种点对点的近距离传输技术，在通信开始前，需要将发送端和接收端的两个蓝牙设备连接，也就是我们常说的“设备配对”。当与传感器连接的设备和接收这些数据的设备均具备蓝牙功能时，将它们配对后，传感器数据就可以通过蓝牙传输并且被接收。
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设计
实践
拓展
梳理思路，设计方案：设计要求
可以用两块主控板、土壤湿度传感器和环境温湿度传感器搭建温湿度蓝牙传输系统。两块主控板分别作为感知端和应用端，蓝牙完成网络层的数据传输工作，这样就可实现一个完整的物联网数据传输系统。
请根据橘色方框中的设备工作内容，按照正确的顺序绘制出完整的算法流程图。
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设计
实践
拓展
梳理思路，设计方案：点评展示
点评指导
感知端和应用端需要区分清楚。
本环节提升升华
设计方案是实现数据传输的“蓝图”，清晰的流程规划能确保后续硬件连接和程序编写有序进行，体现计算思维中的逻辑梳理能力。
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设计
实践
拓展
运用所学，实现方案
核心任务：依据设计方案，通过硬件连接和程序编写，实现温湿度数据的蓝牙传输。
成果要求：每位同学或小组需成功连接硬件、编写程序，运行程序后，感知端采集到的数据能够通过蓝牙传输到应用端。
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设计
实践
拓展
运用所学，实现方案：实现要求
1.准备硬件。
2.参照“感知端硬件设备连接图”，连接硬件。
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探索
设计
实践
拓展
运用所学，实现方案：实现要求
3.编写程序。
（1）在主控板上显示文字信息：在指令区的“行空板”命令中找到“屏幕显示”命令，进行编程测试。
（2）通过传感器采集温湿度数据。在指令区的“扩展”中选择“pinpong库”，查找“DHT11/22温湿度传感器”，点击“添加”即可。为优化数据处理，可以在“官方库”中查找并添加“JSON库”以便编码和解码。
聚焦
探索
设计
实践
拓展
运用所学，实现方案：实现要求
（3）实现蓝牙配对与数据传输：在应用端添加“启动蓝牙服务器”命令，在程序运行时，右侧的“终端”区域会显示一串编码，将此编码输入感知端的“启动蓝牙客户端”命令中。
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探索
设计
实践
拓展
运用所学，实现方案：实现示范
说明：
编写程序环节的三个步骤，完全让学生自主探究会有困难，老师先通过范例进行示范。
阅读右侧两个程序，区分感知端的程序、应用端的程序，说一说每段程序能实现的功能。
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探索
设计
实践
拓展
运用所学，实现方案：点评展示
点评指导
关注硬件连接的正确性（是否接错接口）、程序是否能正常运行（无报错），以及是否成功接收到所传输的实时数据。
本环节提升升华
通过实践加深对蓝牙技术的理解，数字化学习与创新能力得到锻炼。动手实践能力和解决问题的能力有所提升。
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探索
设计
实践
拓展
评价交流，拓展练习：拓展性任务要求
请尝试运用本节课所学知识，模拟实现运动手环的数据采集与蓝牙传输过程。
很多同学都佩戴过智能手环，它里面配有加速度传感器、光学心率传感器、血氧传感器等，可以实时监测运动状态、心率、血氧饱和度以及睡眠质量等生理数据。获取数据后，智能手环通过蓝牙将数据发送至手机的应用程序中，经过一系列的数据分析，生成一份个性化健康监测报告，帮助我们更科学地了解身体状况，及时制定应对措施。
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探索
设计
实践
拓展
全课总结提升
全课总结提升
通过本节课的学习掌握了蓝牙传输相关知识与技能，构建了物联网数据传输知识体系，提升了实践和问题解决能力，激发了技术探索兴趣。
核心素养体现：绘制流程图与编程锻炼计算思维，探索蓝牙应用增强信息意识，农业大棚场景强化信息社会责任，自主实践提升数字化学习与创新能力。
课后学习指导与作业
回顾课堂中“温湿度蓝牙传输器”的算法流程图和编程代码，梳理蓝牙配对、数据采集与传输的关键步骤，尝试用自己的语言解释程序中各模块的作用，加深对蓝牙技术在物联网中应用的理解。
谢 谢

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