资源简介

(共15张PPT)
第四单元第二课：温湿度的蓝牙传输
温湿度数据呼唤近场传输
物联网温室的数据流转之道
在智能温室中，管理者需要同时掌握 空气温度 与 土壤湿度 。这些数据已实时采集并显示在本地屏幕，但关键问题在于：何种技术最适合在近距离内稳定、低功耗地传输这些数据？
本课核心任务：
借助主控板，将温湿度数据通过蓝牙技术送达接收端，构建一个完整的点对点数据传输系统。
蓝牙藏身主控板
物联网主控板集成了完整的蓝牙功能，无需外接模块。它由芯片、通信模组和操作系统组成，其中蓝牙功能已内嵌于芯片之中。
板载天线是接收和发送电磁波的关键组件，通常标识为 “ANT” 或形似波纹的印刷电路，是实现2.4G无线通信的必备硬件。
三步唤醒蓝牙功能
硬件就绪后，需在编程平台完成软件配置，打通硬件指令与高级语法的桥梁。
1. 连接主控板
选择Python模式，切换至图形化界面，通过“扩展”加载主控板，并连接至远程终端 10.1.2.3 。
2. 加载蓝牙库
在“扩展”的“用户库”中搜索并添加“行空板蓝牙通信”库，获取相关编程命令。
3. 开始编程
完成配置后，即可在指令区的“用户库”中找到蓝牙命令，开始编写通信程序。
蓝牙5.4能力全透视
核心特性
版本演进：核心规范已迭代至5.4版本。
传输距离：5.0版理论距离达300米，但受功率限制，低功耗设备通常仅10米左右。
功耗优势：功耗远低于Wi-Fi，电池寿命更长，设备尺寸更小。
抗干扰机制
同频共存：与Wi-Fi、微波炉等共享2.4GHz频段。
跳频扩频：采用“跳频扩频”技术，在79个频道间每秒跳跃1600次，抗干扰能力强。
性能权衡：低功耗导致传输速率较慢、距离较短。
技术选型核心： 场景需求 + 性能权衡 = 最优方案
点对点通信必经配对
蓝牙通信遵循严格的时序逻辑，理解此流程是编写正确程序的关键。
1. 主控板通电
为感知端和应用端主控板上电。
2. 传感器数据采集
感知端采集环境温度(t)和土壤湿度(h)。
3. 主控板蓝牙配对
应用端启动服务器，感知端作为客户端输入配对码，建立连接。
4. 感知端发送数据
循环打包并发送温湿度数据。
5. 应用端接收并显示
循环接收数据并更新屏幕显示。
设计
硬件准备与连接
物料清单 (BOM)
主控板 x 2
DHT11温湿度传感器 x 1
土壤湿度传感器 x 1
关键引脚
土壤湿度传感器必须连接至 P21 引脚。
编程第一步：可视化身份
在开始复杂通信前，先为两块主控板编写“身份标识”程序，验证显示功能并明确角色分工，降低后续调试的混淆风险。
操作指令
在指令区的“行空板”命令中找到“屏幕显示”命令，分别为两块板子编写不同的标识文字。
感知端
应用端
数据采集与格式化
将传感器原始数据转换为适合蓝牙传输的格式，是通信前的关键准备。
1. 加载传感器库
在“扩展”中添加“pinpong库”，找到并添加“DHT11/22温湿度传感器”。
2. 初始化与采集
根据硬件连接初始化DHT11，并从P21引脚读取土壤湿度模拟值。
3. 封装为字典
使用“字典”存储数据，便于区分和传输。可同时添加“JSON库”用于编码。
数据采集与格式化
能量加油站：Python中的字典
字典（Dictionary）是Python中一种高效的数据存储结构，它以键(Key)-值(Value)对的形式组织数据，是实现快速数据检索的利器。
高效检索：通过键可以O(1)复杂度快速找到对应的值，非常适合存储和查询传感器数据。
无序且灵活：数据存储是无序的，键和值不要求统一数据类型，值可以是任意对象。
键的唯一性：键是不可重复的，作为数据的唯一索引，确保数据的准确性。
蓝牙通信核心：配对与传输
一次配对
应用端启动“蓝牙服务器”，感知端使用“启动蓝牙客户端”并输入配对码。此步骤仅在程序启动时执行一次。
循环发送
配对成功后，感知端循环发送数据。应用端需使用“缓存区有数据？”和“取缓存数据后清空缓存”命令，确保及时读取并防止数据堆积。
议一议：分辨感知端与应用端代码
阅读以下两段程序截图，你能分辨出哪一个是感知端（发送方），哪一个是应用端（接收方）吗？请描述每段程序的核心功能。
程序 A
角色判断: 感知端 (发送方)
核心功能: 采集传感器数据并打包，通过蓝牙客户端循环发送。
程序 B
角色判断: 应用端 (接收方)
核心功能: 启动蓝牙服务器等待连接，循环接收数据并显示在屏幕上。
拓展：智能手环的数据之旅
智能手环是“感知-传输-应用”模型的典型生活应用。其内置的加速度、心率血氧传感器实时采集健康数据，正是通过 蓝牙 技术将数据发送至手机App进行分析。
拓展任务：
尝试使用本课所学知识，模拟实现运动手环的数据传输过程。思考如何用现有硬件模拟心率或步数数据，并将其发送至“手机端”（可由另一块主控板或电脑模拟）进行显示。
本课总结：蓝牙温湿度传输知识图谱
系统模型
点对点通信，需设备配对。由感知端（采集）、应用端（显示）和蓝牙（传输）组成。
关键硬件
主控板(含天线)、DHT11、土壤湿度传感器(接P21)。
软件操作
加载“行空板蓝牙通信”库和“pinpong库”，使用“字典”存储数据。
通信逻辑
应用端启动“蓝牙服务器”，感知端启动“蓝牙客户端”并输入编码配对。配对一次，循环发送/接收数据，接收端注意清空缓存以防数据堆积。第四单元第二课：温湿度的蓝牙传输
选择题
（容易）1. 蓝牙技术非常适用于以下哪种场景？
A. 从北京向上海发送一个大文件
B. 将家里的电脑连接到公司的打印机
C. 智能手环将运动数据同步到附近的手机上
D. 让户外摄像头将实时视频流传输到云端服务器
答案：C
解析： 蓝牙是一种低成本、低功耗、近距离的无线通信技术，非常适合手环与手机这类个人区域网设备之间的间歇性数据同步。其他选项涉及远距离、高带宽或广域网连接，不是蓝牙的典型应用场景。
（容易）2. 在本课的温湿度蓝牙传输系统中，两个主控板在开始传输数据前必须进行的操作是？
A. 同时按下复位键
B. 连接到同一个Wi-Fi网络
C. 蓝牙配对
D. 将系统时间调整一致
答案：C
解析： 蓝牙是一种点对点通信技术，在通信前必须通过配对建立专属的连接，确保数据只能在配对的设备间传输，这是蓝牙通信的基础步骤。
（中等难度）3. 根据本课内容，搭建“温湿度蓝牙传输系统”的正确流程是？
①蓝牙配对 ②传感器采集数据 ③主控板通电 ④应用端显示数据 ⑤感知端发送数据
A. ③→①→②→⑤→④
B. ①→③→②→⑤→④
C. ③→②→①→⑤→④
D. ①→②→③→④→⑤
答案：A
解析： 系统必须首先通电（③），然后建立蓝牙连接（①），之后感知端才能采集数据（②）并发送（⑤），最终应用端接收并显示（④）。流程顺序是物联网系统逻辑的核心。
（中等难度）4. 在连接硬件时，土壤湿度传感器连接到主控板的P21引脚，在编程时我们通常如何处理这个传感器？
A. 需要像DHT11温湿度传感器一样，先初始化才能读取数据。
B. 不需要初始化，直接读取该引脚获得的模拟值即可。
C. 需要加载特殊的图像识别库来处理其数据。
D. 必须将其连接到专用的蓝牙引脚上。
答案：B
解析： 根据教材“实践”部分所述，土壤湿度传感器是通过引脚获得模拟值，不需要初始化。这是一个关于硬件操作与编程结合的具体知识点。
（较难）5. 在编写感知端程序时，我们将采集到的温度和湿度数据存入一个“字典”数据结构中，这样做最主要的好处是？
A. 能显著加快蓝牙的传输速度。
B. 能自动过滤掉错误和无效的数据。
C. 能以“键值对”的形式清晰区分和组织数据，便于收发双方识别和解析。
D. 能减少程序代码的行数，使程序更简洁。
答案：C
解析： 字典的核心优势在于其“键-值”对应的结构。例如 {'temp': 25, 'humi': 60}，这使得数据含义明确，无论是发送端打包还是接收端解包，都能通过键（如'temp'）准确找到对应的值（如25），避免了数据顺序错乱导致的问题，是计算思维中数据抽象与组织的体现。
判断题
蓝牙5.0技术的理论传输距离可达300米，因此我们教室里的蓝牙设备一定能穿透墙壁连接到操场上的设备。 （ × ）
解析： 错误。理论距离是在理想无遮挡环境下测得的。实际使用中，墙壁、人体等障碍物会严重削弱信号，导致有效距离大大缩短。教材“能量加油站”也提到，常见手机、手环等低功耗设备的实际距离仅在10米左右。
蓝牙配对操作和发送数据一样，都需要放在程序的循环执行结构里，不断地重复进行。 （ × ）
解析： 错误。蓝牙配对只需在设备首次建立连接时执行一次。一旦连接成功，即可在循环中持续进行数据传输。将配对放在循环中会导致重复尝试连接，浪费资源并可能引发错误。
因为蓝牙和Wi-Fi都使用2.4GHz频段，所以Wi-Fi信号一定会严重干扰蓝牙，导致蓝牙无法正常使用。 （ × ）
解析： 错误。虽然存在干扰可能，但蓝牙采用了“跳频扩频”技术，使其信号在79个频道间快速跳跃，从而有效规避了持续占用某一频道的干扰（如Wi-Fi），具有较强的抗干扰能力。
应用端主控板在通过蓝牙接收数据时，使用“取缓存数据后清空缓存”命令是一个好习惯。 （ √ ）
解析： 正确。这样做可以确保每次读取的都是最新的数据，并防止旧数据在缓存区中堆积，造成数据读取混乱，保证了数据传输的实时性和准确性。
本课中，感知端主控板既负责采集温湿度数据，也负责在自身的屏幕上显示这些数据。 （ × ）
解析： 错误。在一个典型的物联网系统中，感知端负责采集和发送数据，应用端负责接收和显示数据。本课项目使用两块主控板，正是为了模拟这种分工。感知端的核心任务是“感知与发送”，而不是“显示”。教学教案设计
总第 15 课时
课 题 名 称 温湿度蓝牙传输
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识： 认识到蓝牙技术作为一种近距离无线通信技术，在解决特定场景下数据实时传输需求中的价值。 计算思维： 能设计并构建一个包含数据采集、蓝牙配对与传输、数据接收与显示的完整物联网系统模型。 数字化学习与创新： 能运用主控板、传感器和图形化编程工具，动手实现一个具有实用性的温湿度蓝牙传输器。 信息社会责任： 了解无线技术使用中的功耗与干扰问题，形成负责任地使用技术并关注隐私与效率的意识。
问 题 类 型 学生问题 蓝牙传输数据时如果距离太远或者中间有障碍物会怎么样？ 为什么两块主控板蓝牙配对成功后，发送数据的过程需要一直重复执行？ 如果周围同时有多个蓝牙设备，如何确保我的数据只传送到我指定的那一块主控板上？
学科问题 蓝牙技术是通过什么机制（如跳频扩频）来抵抗2.4GHz频段上其他设备的无线信号干扰的？ 在传输速率、功耗和传输距离上，蓝牙技术与Wi-Fi技术的主要区别是什么？ 在一个典型的物联网系统架构中，蓝牙通常承担的是哪一层的功能（如网络层、接入层）？
教师问题 1.在整个“温湿度蓝牙传输器”的制作过程中，你认为确保数据能够成功从感知端传递到应用端最关键的一步是什么？ 2.蓝牙和Wi-Fi都可以实现无线数据传输，请结合它们的特点，思考在什么样的实际场景下我们会优先选择使用蓝牙技术？
问题系统 （星号标出核心问题） 1.蓝牙技术是通过什么机制（如跳频扩频）来抵抗2.4GHz频段上其他设备的无线信号干扰的？ 2.在传输速率、功耗和传输距离上，蓝牙技术与Wi-Fi技术的主要区别是什么？ 3.在一个典型的物联网系统架构中，蓝牙通常承担的是哪一层的功能（如网络层、接入层）？
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）： 情境创设：播放一段短视频：植物培育员穿梭在大棚中，手动记录各个区域的温湿度，显得十分繁琐。 教师提问（教师问题1）：“如果我们想为这位培育员解决烦恼，让他能在办公室就能看到大棚里的温湿度，你认为我们需要解决的最核心问题是什么？” （引导学生回答：数据的无线传输） 教师追问：“在手机连接耳机、手环连接手机这种近距离传输场景中，哪种技术最常见、最省电？” （引出本课主角：蓝牙技术） 学（自主探究）： 任务驱动：【任务一：初识我们的“装备”】 学生活动： 阅读教材“探索”和“能量加油站（蓝牙技术）”部分，结合教师提供的实物主控板，完成以下任务： 在主控板上找到蓝牙天线的位置。（对应教材探索中的图片问题） 在笔记本上填写表格，对比蓝牙与Wi-Fi： 特性蓝牙Wi-Fi传输距离传输速率功耗典型应用
教师巡视： 解答学生关于硬件和基础概念的疑问。 知识点与答案： 天线位置： 主控板上通常为蛇形或方形的铜箔区域。 对比表格答案： 距离：短（10米级）vs 长（百米级）速率：慢 vs 快功耗：低 vs 高应用：耳机、手环、外设 vs 上网、视频流
【任务二：搭建编程环境】 学生活动： 按照教材“做一做”部分的步骤，独立完成： 在编程平台中连接主控板。 加载“行空板蓝牙通信”用户库。 在屏幕上显示“工程师：[你的名字]”，测试屏幕显示成功。 目标： 确保每位学生的基础编程环境畅通，为后续合作扫清障碍。 探（合作探究）： 任务驱动：【任务：系统设计与实现——“我们是连贯的流水线”】 小组分工： 每组4人，分为 “感知端小组” (2人) 和 “应用端小组” (2人)。 阶段一：方案设计（对应教材“设计”与“写一写”） 任务： 共同阅读教材，梳理系统工作流程，在白板上绘制出系统的算法流程图。 引导问题（教师问题2）： “蓝牙是点对点传输，在数据跑起来之前，两个设备必须完成什么操作？” （答案：设备配对） 正确流程图顺序应为： 主控板通电 主控板蓝牙配对 感知端温湿度传感器采集环境温度t 感知端土壤湿度传感器采集土壤湿度h 感知端主控板发送数据 应用端主控板接收并显示数据 阶段二：程序编写与调试（对应教材“实践”） 感知端小组任务： 连接DHT11温湿度传感器和土壤湿度传感器。 编写程序：初始化传感器 -> 循环采集温湿度数据 -> 将数据存入字典 -> 通过蓝牙客户端发送字典数据。 关键点： 理解为何使用字典（键值对，便于区分和解析温度与湿度）。 应用端小组任务： 编写程序：启动蓝牙服务器 -> 在屏幕上显示“数据监测端” -> 循环检查并接收蓝牙数据 -> 解析数据并显示在屏幕上。 关键点： 掌握“取缓存数据后清空缓存”命令，避免数据堆积。 合作关键： 应用端小组需要将程序运行时终端显示的服务器编码，告知感知端小组，填入其“启动蓝牙客户端”命令中，完成配对。 阶段三：功能验证与“议一议”（对应教材“议一议”） 任务： 系统联调成功后，小组共同观察教材“议一议”中的两段程序图。 讨论： 哪一个是感知端程序？哪一个是应用端程序？（答案：左侧为感知端（有传感器读数、蓝牙发送），右侧为应用端（蓝牙服务器、屏幕显示）） 说一说每段程序中的关键命令实现了什么功能。 四（课堂检测）： 1.选择题：蓝牙技术为了抗干扰，使用了什么技术？ A. 功率增强 B. 跳频扩频 C. 信号加密 D. 数据压缩 （答案：B） 2.判断题： 蓝牙配对操作需要和发送数据一样，在循环里重复执行。 （答案：错误） 五、拓（知识拓展）： 情境：【从课堂走向生活】 展示： 教师展示智能手环的图片或实物。 提问： “回顾教材‘拓展’部分，谁能用我们今天学的‘感知-传输-应用’模型，分析一下智能手环的工作流程？” 感知端： 手环（内置心率、运动传感器） 传输层： 蓝牙 应用端： 手机APP（分析、显示数据） 创新挑战（课后思考）： “如果我们想用这个系统监测教室的噪音水平，并无线传输到讲台的屏幕上，需要更换哪个硬件？程序需要做哪些修改？” （引导学生思考传感器的替换和程序的适应性调整）
板 书 设 计 温湿度蓝牙传输
一、核心问题：如何实现近距离无线数据传输？ 蓝牙技术 二、蓝牙 vs Wi-Fi 三、系统流程图（小组合作绘制区） [主控板通电] → [蓝牙配对] → [传感器采集数据] → [发送数据] → [接收显示数据] 感知端： 采集 + 发送 应用端： 接收 + 显示 关键技术点： 字典、配对一次、循环发送 四、应用与拓展 智能手环 → 手机 思维迁移：更换传感器，监测新指标（如：噪音、光照）
教 学 反 思
项目制学习激发深层兴趣：学生不再是孤立地学习命令，而是扮演“工程师”角色，为了完成“产品”而学习。这种身份转变极大地提升了他们的参与感和主动性，尤其是在合作探究环节，组内分工明确，讨论热烈，计算思维和信息社会责任在解决实际问题的过程中得到了自然渗透。 “做中学”化解抽象概念：蓝牙配对、数据传输等概念若只凭讲解十分抽象。通过亲手连接硬件、调试程序、观察数据流，学生直观地理解了物联网系统的工作逻辑。特别是当小组成功在接收端屏幕上看到来自感知端的实时数据时，那种成就感是对知识最好的内化。
1

展开更多......

收起↑