资源简介

(共30张PPT)
第四单元 第13课 第一节
基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施
（河北大学版）八年级
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
关注物联网设备通信过程中的数据安全，如避免控制指令被劫持，不随意泄露设备接入云平台的密钥，树立技术应用的安全意识。
学会选择适配的物联网云平台与开发板，能动手搭建简单的远程 LED 灯控制系统，提升数字工具应用与系统设计创新能力。
分析物联网 LED 灯控制系统的流程，拆解云平台接入、数据交互等关键环节，培养用技术解决远程控制问题的思路。
主动了解物联网云平台控制 LED 灯的技术原理，明确远程控制与局域网控制的差异，提升对物联网系统优化需求的敏感度。
02
新知导入
02
新知导入
我们之前设计组建的联网LED灯控制系统只能在局域网内实现控制。也就是说，一旦脱离局域网环境就无法使用这个控制系统。现在，我们准备设计、组建一个更强大的基于物联网平台的系统，优化对灯具的控制方式。
问题情境
03
新知讲解
一、需求分析
物联网LED灯控制系统可以实现远程开关灯控制、灯的开关状态显示、开关灯次数及时间记录等诸多功能，具体功能需依据实际需求来确定。
实践与探究
03
新知讲解
我们要设计的物联网LED灯控制系统需要实现哪些功能呢？进行分析并完成表4-6。
试一试
03
新知讲解
表4-6物联网LED灯控制系统的功能需求
试一试
功能 具体说明
显示灯的开关状态 实时显示灯的开关状态
数据记录与处理 记录每次开灯、关灯的时间
远程控制功能 通过手机 APP等终端远程控制 LED 灯的开关
亮度调节功能 支持远程或本地调节 LED 灯的亮度
物联网系统的核心在于 “联网交互” 与 “智能联动”，上述功能既满足基础控制需求，又通过数据记录、远程操作、自动化联动提升了系统的智能化和实用性，符合简易物联网系统的设计目标。
小知识
03
新知讲解
03
新知讲解
想一想
二、系统设计
与之前设计的LED灯局域网控制方案相比，采用物联网云平台的方案需要对物联网的感知层、网络层、应用层中的哪个部分进行再设计？
主要对网络层和应用层进行再设计。
网络层新增云平台作为数据中转节点，改变原有的 “终端 - 开发板” 直接通信模式。
应用层新增云平台的数据存储、处理功能，替代原局域网方案中简单的本地数据交互。
小知识
03
新知讲解
云平台在物联网系统中扮演 “数据中枢” 角色，除了实现设备间的通信中转，还能提供数据存储（如长期保存 LED 灯开关记录）、数据分析（如统计某时段开灯时长）、设备管理（如添加 / 删除受控 LED 灯）等增值功能，大幅提升系统的扩展性。
03
新知讲解
在图4-19所示的方案中，控制终端通过无线局域网与系统开发板直接进行信息交互，一旦脱离局域网，通信立即中断。
控制终端
系统开发板
灯具
Wi-Fi
电路连接
图4-19局域网方案
03
新知讲解
在图4-20所示的方案中，控制终端和系统开发板之间增加了一个云平台，二者都连接到云平台上，通过云平台进行信息交互。云平台还可以存储数据，方便系统进行数据处理和分析。
控制终端
控制终端
控制终端
云平台
Wi-Fi
Wi-Fi
电路连接
图4-20物联网云平台方案
03
新知讲解
物联网云平台是如何与系统开发板进行通信的 我们要设计的系统需要选择哪种类型的云平台呢？
想一想
通信方式：开发板通过 WiFi/4G 模块连入互联网，用 MQTT（或 HTTP 等协议，和云平台双向通信：上传 LED 灯状态，接收开关、亮度调节等指令。
云平台类型：选阿里云 IoT、华为云 IoT 等公共物联网云平台，它们有成熟的设备管理、协议解析能力和开发工具，能快速实现设备联网与远程控制，适配简易系统需求。
小知识
03
新知讲解
MQTT 协议之所以适合物联网设备通信，是因为其具有 “轻量级” 特性 —— 协议数据包小（最小控制报文仅 2 字节）、带宽占用低、功耗低，能适配开发板等硬件资源有限的设备，同时支持 “发布 - 订阅” 模式，可实现多设备同时接收同一指令，如一个云平台向多个 LED 灯开发板发送 “开灯” 指令。
03
新知讲解
三、开发验证
1.物联网云平台选择
选云平台需考虑易用性、安全性、功能；商用项目还需兼顾售后、商业支持及成本。
物联网云平台分商用和免费开源两类。
本项目平台需支持 MQTT 协议、具备数据可视化功能，且操作简便、适合初学者。
03
新知讲解
MQTT 是轻量级协议，适用于物联网设备通信；数据可视化可直观呈现设备数据，还需界面友好、操作简捷。以图 4 - 21 所示平台为例，介绍本项目设计过程。
图4-21示例物联网云平台界面
小知识
03
新知讲解
数据可视化是物联网云平台的重要功能，常见的可视化形式有状态指示灯（直观显示 LED 灯 “亮 / 灭”）、时间轴图表（展示某时段开关灯记录）、统计报表（计算每日开灯次数），能帮助用户快速理解设备运行状态，无需查看原始数据。
03
新知讲解
2.开发板选择
开发板选择对项目至关重要，需综合三方面：
集成度高，内置多种传感器与执行器。
硬件连接简单，接线及设置简便，接口便于外接设备。
软件开发简便，支持图形化编程及与物联网平台连接。
03
新知讲解
示例开发板如图4-22所示。
图4-22示例开发板
04
课堂练习
完成单项选择题:
1，与 LED 灯局域网控制方案相比，物联网云平台方案新增的核心组件是（ ）。
A. 系统开发板 B. 云平台 C. LED 灯 D. 控制终端
2，物联网云平台与系统开发板通信时，适合采用的轻量级协议是（ ）。
A. HTTP B. MQTT C. TCP D. IP
B
B
04
课堂练习
完成多项选择题:
1，选择物联网云平台时，本项目需考虑的因素有（ ）。
支持 MQTT 协议 B. 具备数据可视化功能
C. 操作简便 D. 适合初学者使用
2，示例开发板的优势包括（ ）。
集成多种传感器和执行器 B. 硬件连接简单
C. 支持图形化编程 D. 仅能用于局域网项目
ABCD
ABC
05
拓展延伸
云平台的数据安全措施
商用云平台通常提供设备身份认证（如设备密钥）。
数据加密传输（如 TLS/SSL 加密）。
访问权限控制（如仅指定账号可控制 LED 灯）等安全功能，可防止控制指令被篡改、设备被非法接入。
05
拓展延伸
开发板的低功耗优化
若需设计电池供电的远程 LED 灯系统，可选择支持深度休眠模式的开发板（如 ESP32-C3），通过减少非工作时段的功耗（如仅在接收指令时唤醒），延长电池使用寿命，常见于智能家居中的无线感应灯项目。
05
拓展延伸
云平台的架构
06
课堂总结
1
需求分析
基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施 第一节
2
系统设计
3
开发验证
4
完成课堂练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
07
板书设计
基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施 第一节
1、需求分析
2、系统设计
3、开发验证
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、搭建简易的远程 LED 灯控制系统。
08
课后作业
尝试使用选定的云平台（如阿里云 IoT 入门版）与示例开发板，搭建简易的远程 LED 灯控制系统，完成以下任务：
记录开发板接入云平台的步骤（如设备注册、参数配置）；
测试远程控制功能（用手机发送开关灯指令，观察 LED 灯状态是否变化）；
记录搭建过程中遇到的问题（如连接失败、指令无响应）及解决方法；
撰写 150 字以上的实验报告，总结本次搭建的收获与不足。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑