資源簡介

制作海報宣傳我國北斗系統的基本步驟和建議
海報制作步驟
確定主題：首先，你們需要確定海報的主題。考慮到你們正在宣傳的是我國的北斗系統，主題可以圍繞“北斗導航，中國智造”或者“北斗，引領未來導航”等。
收集資料：在確定了主題之后，你們需要收集一些關于北斗系統的資料。這些資料可以包括北斗系統的歷史、功能、優點、應用案例等。
設計布局：然后，你們需要設計海報的布局。一般來說，海報的布局應該包括標題、圖片、文字說明等元素。標題應該醒目，圖片應該與內容相關，文字說明應該簡潔明了。
制作海報：在設計好布局之后，你們就可以開始制作海報了。你們可以使用各種繪圖軟件（如Photoshop、Illustrator等）或者在線海報制作工具（如Canva等）來制作海報。
修改和完善：制作完海報后，你們需要對海報進行修改和完善。這一步主要是檢查海報的內容是否有誤，布局是否合理，顏色是否協調等。
海報內容建議
標題：標題應該簡潔明了，能夠一眼看出海報的主題。例如，“北斗導航，中國智造，領航全球”。
圖片：圖片可以選擇北斗衛星的照片，或者北斗系統在工作的示意圖。如果可能的話，你們還可以設計一些寓意北斗系統的圖標或者插圖。
文字說明：文字說明部分可以包括北斗系統的簡介、功能特點、應用領域等。例如，“北斗系統是我國自主研發的全球衛星導航系統，具有高精度定位、短報文通信等特色功能，已廣泛應用于交通、農業、氣象等多個領域。”
標語：在海報的下方或者醒目的位置，你們可以添加一些鼓舞人心的標語，如“用北斗，走天下”或者“北斗在手，世界我有”等。
在制作海報的過程中，一定要充分發揮團隊的協作精神，集思廣益，才能制作出一張優秀的海報。校園環境與用品的物聯網技術改進方案
一、教室環境管理
問題：教室內光線不足或過強、溫度不適、空氣質量差等環境問題影響學生的學習效果和舒適度。
解決方案：通過物聯網技術，可以實時監測教室內的光線、溫度和空氣質量，并自動調節照明設備、空調和通風系統，以創造舒適的學習環境。
實施步驟：
安裝光線、溫度和空氣質量傳感器，實時監測環境參數。
將傳感器與照明設備、空調和通風系統連接，實現自動控制。
設定適宜的光線、溫度和空氣質量范圍，當環境參數超出范圍時，系統自動調節設備運行狀態。
二、圖書館圖書管理
問題：圖書館圖書數量龐大，管理困難，找書不便，圖書丟失率高。
解決方案：利用物聯網技術，實現圖書的智能化管理，提高圖書的利用率和管理效率。
實施步驟：
為每本圖書安裝RFID標簽，記錄圖書信息。
在圖書館出入口安裝RFID讀寫器，實時監測圖書的進出情況。
開發圖書管理系統，實現圖書的查詢、借閱、歸還等功能。
通過系統數據，分析圖書的借閱情況和熱門程度，為圖書采購和推薦提供參考。
三、校園安全管理
問題：校園安全問題日益突出，如入侵、火災、漏水等安全隱患需要及時發現和處理。
解決方案：借助物聯網技術，構建校園安全監控系統，實現安全隱患的實時監測和預警。
實施步驟：
在校園重要區域安裝攝像頭、煙霧報警器、水位傳感器等安全設備。
將安全設備與校園安全監控系統連接，實現實時監測和預警。
設定安全閾值，當監測數據超過閾值時，系統自動觸發報警并通知相關人員處理。
通過系統數據，分析安全隱患的發生規律和原因，為校園安全管理提供決策支持。
四、校園能耗管理
問題：校園能耗高，能源浪費嚴重，不利于節能減排和可持續發展。
解決方案：運用物聯網技術，構建校園能耗管理系統，實現能耗的實時監測和節能控制。
實施步驟：
為校園內的用電設備安裝智能電表和能耗傳感器。
將智能電表和能耗傳感器與校園能耗管理系統連接，實時監測能耗數據。
分析能耗數據，找出能源浪費的環節和原因，制定節能措施。
通過系統控制，實現用電設備的定時開關、功率限制等節能控制功能。選擇一種自己熟悉的物聯網產品，向班級同學作介紹。
智能恒溫熱水器
我將向大家介紹一款我熟悉的物聯網產品——智能恒溫熱水器。
首先，讓我們來了解一下這款產品的基本信息。智能恒溫熱水器是一款結合了物聯網技術的家用熱水器，它可以通過智能手機應用進行遠程控制，實現溫度的精確調節和實時監控。這款產品具有節能環保、安全可靠、操作便捷等特點，為家庭生活帶來了極大的便利。
在使用智能恒溫熱水器時，我們可以輕松體驗到它所帶來的便捷性。只需在手機上安裝相應的應用程序，就可以隨時隨地控制熱水器的開關、設定溫度以及查看實時水溫。此外，該產品還具備節能環保的特點，通過精確控制加熱功率和時間，有效避免了能源浪費。
從功能角度來看，智能恒溫熱水器具備多種實用功能。除了基本的遠程控制和水溫調節外，它還可以根據用戶的用水習慣智能調整加熱策略，以達到節能的目的。同時，產品內置了多重安全保護機制，如防干燒、防漏電等，確保用戶在使用過程中的安全。
當然，智能恒溫熱水器也存在一些優缺點。優點方面，它提高了生活便利性，節能環保，安全可靠；缺點方面，可能會受到網絡信號的影響，導致遠程控制功能受限。此外，智能恒溫熱水器的價格相對較高，可能不適合預算有限的家庭。
在與其他熱水器產品進行比較時，智能恒溫熱水器憑借其物聯網技術和豐富的功能，具有明顯的競爭優勢。雖然價格稍高，但從長遠來看，其節能環保和便捷性將為用戶節省更多成本和時間。
最后，我想總結一下對智能恒溫熱水器的看法。作為一款物聯網產品，它充分展示了物聯網技術在家庭生活中的應用價值。雖然目前市場滲透率仍然較低，但隨著人們對智能家居的認可度不斷提高，相信智能恒溫熱水器將在未來占據更大的市場份額。對于追求高品質生活的家庭來說，智能恒溫熱水器無疑是一個值得考慮的選擇。(共53張PPT)
設計智能家居
滬科版八年級下冊
內容總覽
目錄
01
05
03
02
04
06
學習目標
新知導入
設計智能家居解決方案
利用實驗器材制作智能家居作品
優化智能家居作品
設計智能家居時的信息安全保護措施
07
板書設計
09
課后作業
08
課堂總結
教學目標
能夠意識到信息技術（特別是物聯網技術）在改善生活質量方面的重要性。
信息意識
通過智能家居案例，培養對生活中信息設備的敏感性和興趣，激發主動探索和應用的欲望。
信息意識
教學目標
能夠理解智能家居中設備間的邏輯關系，如條件觸發、自動化控制等，初步形成計算思維。在設計智能家居解決方案時，學生能夠運用邏輯思維和系統思考，對問題進行抽象、分析和建模。
計算思維
教學目標
通過實驗器材和編程指令的結合，培養創新意識和實踐能力，設計并制作出個性化的智能家居作品。
數字化學習與創新
在設計智能家居解決方案時，能夠考慮到節能、環保、安全等社會責任因素。
信息社會責任
新知導入
清晨，窗簾會自動開啟，讓陽光照射進來；屋內溫度過低或過高時，空調會自動制熱或制冷；人外出時，只要說出口令，如“外出”或“出門”,屋內的照明、空調等會全部關閉，屋內外的安保系統開啟無人在家工作模式……作為物聯網的主要應用之一，智能家居讓人們的生活越來越方便、環保、舒適、安全。
本活動中，將嘗試從物聯網應用的角度出發，針對家居生活中發現的問題，設計改進方案并利用實驗器材設計、制作簡單的智能家居作品。
新知講解
一、設計智能家居解決方案
在日常生活中可能會遇到這樣的情景：離開家的時候忘記關燈，直到家人回來才將其關閉；早上出門時陽光明媚，不久卻下起雨來，由于窗戶沒關，雨水打濕了地板……
借助物聯網技術，以上問題就不難解決。例如，可以用手機等智能設備遠程控制家中的燈或窗戶，按需要開啟或關閉它們。又如，在物與物之間建立聯系，實現自動化控制和管理。當濕度傳感器探測到濕度增高時，關閉打開的窗戶。
新知講解
一、設計智能家居解決方案
仔細觀察家中物品，回憶自己居家生活中的不便，說說可以通過物聯網解決哪些問題。
說說做做
參考：冬天回家房間冰冷，需等待暖氣升溫；或者外出時忘記關燈、關電器，浪費資源且有安全隱患。物聯網技術可以解決這些問題。比如，通過智能溫控系統，我們可以提前遠程開啟暖氣，到家時房間已溫暖如春。同時，智能家居系統可實現一鍵控制家中所有電器，外出時自動關閉所有電源，既節能又安全。物聯網讓居家生活更加智能、便捷。
新知講解
一、設計智能家居解決方案
以小組為單位，上網查閱相關資料，了解各種智能家居產品，認識其功能和使用方式，并開展交流。
數字化學習
參考：各種智能家居產品
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新知講解
一、設計智能家居解決方案
通過思考日常生活中的細節，確實會發現還存在各種不夠便利的地方。如果能利用物聯網技術改變家中原有物品的工作和使用方式，則可以使生活更加舒適、節能、環保、安全。
傳統的家庭照明系統存在著一些不便之處，在大多數家庭里，一個空間里的燈都是由安裝在同一空間里的開關控制的。并且，這些開關大多只能手動控制。因此，可以設計解決方案，對其進行升級改造，表所示的是其中一種解決方案。
新知講解
一、設計智能家居解決方案
發現的問題 1.有時人出門了，難免會忘記關燈，難道只能讓燈一直亮著嗎
2.兒童睡前不愿關燈，入睡后家長幫其關燈時有輕微響動兒童會醒，燈到底是關還是不關
3.晚上去衛生間，找開關很麻煩，打開、關閉燈開關的聲音聽上去格外響，能靜音嗎
解決方案 1.通過手機對照明系統進行遠程控制，實現隨時隨地開關燈。
2.用手機控制兒童房的燈，當兒童入睡后，家長在房間外用手機關燈，不影響兒童休息。
3.將衛生間的燈改成感應燈，白天光線足夠強時，燈自動關閉；夜晚光線不夠亮且同時感知到有人移動時，燈自動開啟；若感知不到人的移動，即使光線很暗，燈也不會亮。
新知講解
一、設計智能家居解決方案
以小組為單位，圍繞一個可以用物聯網技術解決的居家問題，設計簡單解決方案。
說說做做
參考：小組物聯網居家問題解決方案設計
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新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
有了粗略的解決方案，就可以利用實驗器材來設計、制作簡易的智能家居作品，將想法變為現實。以下將以兒童房的臺燈和衛生間的感應燈組成的家居照明系統為例，體驗簡易的智能家居作品的設計制作以及物聯網技術應用的主要過程。
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
根據解決方案，兒童房的臺燈可以利用手機里的開關來控制，而衛生間的夜間感應燈需要一個能夠檢測光線強度的傳感器和一個能夠感應是否有人移動的傳感器。因此，可以選擇光照傳感器來檢測光線強度，選擇人體感應傳感器來感應是否有人在移動。
1.選擇設備和材料
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
光感鬧鐘、光感窗簾等智能家居產品中大多會用到光照傳感器，它能檢測光照強度，并將光照強度值轉換為電壓值。當光照強度高于一定值時鬧鐘會響一段時間，窗簾會自動拉開；當光照強度低于一定值時，鬧鐘不會響，窗簾會自動閉合。光照強度，簡稱照度，表示物體表面單位面積被照明程度的量。光照傳感器廣泛應用于農業、林業、建筑業的光照測量及研究等方面。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
要注意的是，人體感應傳感器感應的不是人的存在，而是人的移動。人體會向外輻射與本身溫度相關的紅外線，當其照射到人體感應傳感器的熱釋電材料上后，熱釋電材料會產生相應電位變化的信號，根據此信號人體感應傳感器就能判斷是否有人移動。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
上網了解光照傳感器和人體感應傳感器的更多實際應用。
數字化學習
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
光照傳感器主要應用包括：
在夜間或低光照環境下，光照傳感器可以檢測到異常的光照變化，如有人闖入或發生火災時產生的光亮，從而觸發報警系統。
在樓宇照明、家居照明等領域，光照傳感器可以根據環境光照強度自動調節燈光亮度，既保證了適宜的照明環境，又達到了節能的效果。
自動調節照明
安全監測
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
人體感應傳感器主要應用有：
人體傳感器可以監測人體的生理指標，如心率、血壓等，幫助人們更好地了解自己的健康狀況。
健康管理
通過感應人體的運動，人體傳感器可以記錄步數、距離、卡路里等運動數據，為健身愛好者提供科學的運動指導。
運動監測
人體傳感器可以感應到人體的活動，當有人進入監控區域時，可以自動觸發報警系統或錄像設備，提高安全性。
安防監控
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
對于兒童房的臺燈，可以在手機上設置一個開關。當開關處于開的狀態時，點亮臺燈；當開關處于關的狀態時，關閉臺燈。
2.設計作品
對于衛生間的感應燈，可以根據光照傳感器和人體感應傳感器的工作原理，設計其工作過程如下：當光線不夠亮且有人移動時，即光照傳感器采集到的值小于設定值(閾值)且人體感應傳感器感應到有人移動時，感應燈亮起，并延時一定的時間；而當光線夠亮或無人移動時，即光照傳感器采集到的值高于設定值(閾值)或人體感應傳感器沒有感應到有人移動時，感應燈熄滅。
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
2.設計作品
如圖所示，本例中所使用的光照傳感器是一種專用于做實驗的數字光照度傳感器。它由一個光敏電阻和數據傳輸線組成，光敏電阻能感應光線的明暗變化，將光線的強弱以電阻值大小的形式輸出。根據設計，為了讓感應燈正常工作，需要準確設置光照傳感器的閾值。因此，在正式開始制作衛生間感應燈前，需要分別在白天光線強烈和夜間光線不夠這兩種情況下測試光照傳感器采集到的值，最終確定一個合理的閾值。
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
“閾”的意思是界限，故閾值又叫臨界值，是指一個效應能夠產生的最低值或最高值。光照強度閾值是為了確定光照強度對于實際需要是強還是弱而設定的。默認測量值高于光強閾值時，說明光線夠亮；而低于光強閾值時，說明光線弱。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
設計并完成實驗，測試不同光照強度下光照傳感器采集到的值，并設置合理的閾值。可以在同一地點的不同時間采集多次，繪制成曲線圖，并完成表2-2-2。
說說做做
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
注意思考：選擇什么位置來采集光照強度數值 采集的數據都是可用的嗎
說說做做
實驗地點
采集到的數據曲線圖
兩次實驗后的改進方案和最終確定的閾值
參考：實驗設計-測試光照傳感器在不同光照強度下的響應并設置閾值
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新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
3.制作作品
按圖連接實驗器材，完成照明系統的電路連接。然后，利用Wi-Fi或藍牙將照明系統的主控模塊和配套的手機App相連(本例中采用藍牙連接方式)。
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
圖2-2-5中，電源模塊一頭連接主控模塊，另一頭接插座，以實現供電；其他模塊則通過導線與主控模塊相連以實現通電。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
打開手機藍牙，在配套手機App中搜索設備，在搜索到的設備中選擇主控模塊發出的藍牙信號，進行連接，如圖2-2-6所示。再在App的“傳感器”頁面上，點擊“+”(“添加傳感器”工具),逐一添加所需要的光照傳感器、人體感應傳感器、LED燈和綠色狀態燈，如圖2-2-7所示。
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
利用手邊的實驗器材，完成智能家居作品的設計與制作。
說說做做
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
在配套手機App的“程序”頁面中拖曳并拼接指令塊，完成程序的編寫，如圖2-2-8所示。在App的“界面”頁面上會出現控制兒童房臺燈的開關和調整光照傳感器閾值的滑塊，即照明系統的應用界面，如圖2-2-9所示。
4.編寫程序
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
圖2-2-9的用戶操作界面是通過圖2-2-8中添加的相關指令塊實現的。首先，分別創建文本框、開關和滑塊組件。再將開關組件與綠色狀態燈的輸出狀態相對應，開關打開，則綠色狀態燈輸出“1”,燈亮；開關關閉，則綠色狀態燈輸出“0”,燈滅。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
衛生間感應燈的閾值設置是通過一個滑塊來實現的，本例中光照強度的閾值被設置為滑塊敏感度的值乘以4。當光照強度小于4倍滑塊敏感度值時，若人體感應傳感器感應到人的移動(人體感應值=1),則點亮衛生間燈并延時0.05秒；若光照強度不低于4倍滑塊敏感度值或者人體感應傳感器沒有感應到人的移動(人體感應值=0),則熄滅衛生間燈。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
完成智能家居作品的制作及程序的編寫，向同伴介紹自己程序中各指令的作用。
說說做做
開場介紹
首先簡要介紹你的智能家居作品的總體功能、應用場景以及它如何提升生活的便利性。概述你在作品中使用的技術、編程語言、硬件平臺等，幫助同伴建立基本的技術背景。
細節解釋
將程序分解成若干個功能模塊，逐個介紹每個模塊的作用和它在整個系統中的位置。
互動演示
如果條件允許，可以實時操作你的智能家居作品，展示程序中各指令的實際效果。鼓勵同伴提問，針對他們的問題進行深入解釋和討論。
總結與展望
回顧并強調程序中的創新點、解決的關鍵問題以及實現的主要功能。討論可能的改進方向，如添加新功能、優化性能或提升用戶體驗等。
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
多次運行程序，查看手機App上各傳感器采集的值，檢查兒童房燈和衛生間燈是否根據需要自動亮起或熄滅。
5.調試、運行程序
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
可以用手或物體遮擋住光照傳感器，使其采集的光照強度低于閾值。如圖2-2-11所示此時感應到光線不足且有人移動，因此App中的人體感應傳感器會發紅光，值為1,衛生間燈亮起。
提示板
新知講解
二、利用實驗器材制作智能家居作品
調試并運行自己的程序，交流出現的問題和解決方法。
說說做做
參考：
問題描述：傳感器無法準確檢測環境變化或頻繁誤報。
解決方法：
1.清潔傳感器表面，確保其不受灰塵或污垢影響。
2.調整傳感器的位置和角度，以獲得最佳檢測效果。
3.重新校準傳感器，或根據制造商的說明進行調整。
4.如果傳感器損壞，考慮更換新的傳感器。
新知講解
三、優化智能家居作品
初步完成了智能家居作品的設計制作之后，可以結合實際生活需要，想一想作品在哪些方面還可以做進一步改進。例如，如果在衛生間感應燈原本不會亮的時候，人覺得需要照明，該怎么辦呢 可以考慮在衛生間感應燈中加入聲音傳感器，利用聲音來觸發感應燈的亮和滅。
新知講解
三、優化智能家居作品
上網查閱相關資料，了解聲音傳感器的應用，并完成聲控感應燈的設計與制作。
數字化學習
參考：聲音傳感器是一種可以檢測聲音并將其轉換為電信號的傳感器。聲音傳感器可以感知聲音強度的大小，并將這種物理量轉換為可測量的電信號輸出。聲音傳感器的應用非常廣泛，例如聲控開關、聲控燈、安防系統、語音識別等領域。
新知講解
三、優化智能家居作品
說說可以如何改進自己的智能家居作品。
說說做做
智能家居作品可以與其他智能設備和系統進行集成，以提供更多的功能和服務。可以考慮集成一些常用的第三方服務，如天氣預報、音樂播放和社交媒體等。
集成第三方服務
智能家居的另一個重要方面是提供良好的用戶體驗和交互性。可以通過增加一些用戶友好的功能來實現這一點。
提升用戶體驗與交互性
智能家居的核心在于提升生活的便捷性和舒適性。可以增加更多的傳感器和執行器，以便更好地監控和控制家居環境。
增強智能化與自動化程度
新知講解
三、優化智能家居作品
智能家居是通過各種感知技術，在接收探測信號并予以判斷后，給出指令讓家庭中的各種通信設備、家用電器、安防、照明等裝置做出相應的動作，以提升家居的安全性、便利性、舒適性和藝術性。
智能家居是目前物聯網的重要應用途徑之一，也是和消費者最接近的物聯網應用。如圖所示的是近年來我國智能家居消費級熱門產品。
知識鏈接——智能家居
新知講解
三、優化智能家居作品
在人工智能、物聯網等技術的推動下，智能家居產品不斷創新發展。以智能鎖為例，其整體應用技術已經由早期的單向指令輸入時代發展到了如今的物聯時代，既可以實現臨時密碼開鎖、家人回家友情提醒、門未關好提醒、防劫持、防撬報警等功能，還能與其他智能家居產品連接，實現回家自動撤防、離家自動布防，定制個性化燈光、環境調節等功能。
知識鏈接——智能家居
新知講解
三、優化智能家居作品
現今，智能家居正逐漸向全屋智能發展，進一步提升居住環境體驗。全屋智能提供的是智能安防、智能家電控制、智能照明、智能娛樂等綜合的服務，其重點不在于家里的設備有多智能，而在于智能設備能否在各類家居生活場景中進行智能聯動，以及智能聯動中能否達到更好的效果。
知識鏈接——智能家居
新知講解
四、擴展學習——設計智能家居時的信息安全保護措施
設計智能家居時的信息安全保護是至關重要的，因為智能家居系統涉及到大量的個人信息和隱私。以下是一些關鍵的安全保護措施：
確保只有授權的用戶可以訪問和控制智能家居系統。采用強密碼策略、多因素身份驗證（如指紋識別、面部識別或手機驗證碼）等方法，增加非法訪問的難度。
身份驗證
新知講解
四、擴展學習——設計智能家居時的信息安全保護措施
在云端和本地存儲用戶數據時，采用加密技術（如AES加密）來保護數據的安全性。同時，定期備份數據以防止數據丟失。
數據保護
為不同的用戶和設備設置不同的訪問權限。例如，家庭成員可以擁有更高的權限來控制家居設備，而訪客則只能訪問有限的功能。
訪問控制
使用加密協議（如SSL/TLS）來保護智能家居設備與云服務器、用戶手機應用之間的通信。確保數據在傳輸過程中不被竊取或篡改。
加密通信
新知講解
四、擴展學習——設計智能家居時的信息安全保護措施
遵守相關的數據隱私保護法律和法規，如GDPR、CCPA等。確保收集、存儲和處理用戶數據的合法性，并尊重用戶的隱私權。
隱私保護
保護智能家居設備免受物理攻擊和破壞。將設備放置在安全的位置，如室內或受保護的區域，并考慮使用防拆封或防篡改技術。
物理安全
定期更新智能家居系統的軟件和固件，以修復已知的安全漏洞。確保設備使用的是最新版本的安全補丁。
安全更新
新知講解
四、擴展學習——設計智能家居時的信息安全保護措施
設計智能家居時應綜合考慮身份驗證、加密通信、訪問控制、數據保護、安全更新、物理安全、隱私保護以及安全審計和監控等方面的信息安全保護措施。這些措施有助于確保智能家居系統的安全性和用戶的隱私權益。
定期對智能家居系統進行安全審計和監控，檢測異常行為或潛在的攻擊。及時發現并應對安全事件，以減少潛在的風險。
安全審計和監控
新知講解
單元挑戰
活動一：
1.選擇一種自己熟悉的物聯網產品，向班級同學作介紹。
2.以小組為單位，制作海報，宣傳我國的北斗系統。
參考：熟悉的物聯網產品
參考：北斗系統海報
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新知講解
單元挑戰
活動二：
1.了解什么是智慧城市，調查智慧城市與物聯網之間的關系，并在班級里展開交流。
2.仔細觀察校園內外的環境和用品，思考哪些可以通過物聯網技術進行改進，設計簡單的解決方案。
參考：智慧城市與物聯網
參考：改進校園內外解決方案
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新知講解
單元挑戰
活動三：
自選材料，設計并制作一款簡易的物聯網作品。
參考：設計并制作一款簡易的物聯網智能環境監控器
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課堂總結
本次活動，我們深入探討了智能家居的設計與實現，通過物聯網技術的應用，讓家居生活更加便捷、舒適和安全。我們學習了如何觀察生活中的不便，并利用物聯網技術提出解決方案。通過小組合作，大家設計了各具特色的智能家居作品，并動手制作了簡易的模型，體驗了從設想到實現的完整過程。在調試與運行環節，大家積極交流問題，共同尋找解決方法，不斷優化作品。此外，我們還拓展了智能家居的發展趨勢，了解到全屋智能將為居住環境帶來更加個性化的體驗。通過本次活動的學習，希望大家能夠將物聯網的理念應用到更多領域，創造出更多智能、環保、舒適的生活空間。
板書設計
課后作業
思考并列舉出你家中可以通過物聯網技術改進的三個生活場景，并簡要說明改進的理由。
01
設計一個簡單的智能家居方案，包括至少兩種智能設備，并描述它們如何實現自動化控制以及相互之間的邏輯關系。
02
謝謝
21世紀教育網（www.21cnjy.com)
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https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin了解什么是智慧城市，調查智慧城市與物聯網之間的關系，并在班級里展開交流。
智慧城市是一種新型的城市形態，它的核心在于運用先進的信息和通信技術，如互聯網、物聯網、大數據、云計算等，來優化城市運營、管理和服務，從而提高城市生活的便捷性、效率和舒適度。智慧城市的目標是實現城市資源的合理分配和高效利用，以及為市民創造更美好的生活環境。
物聯網，則是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，對任何物品進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
在智慧城市的建設中，物聯網技術發揮著至關重要的作用。通過物聯網技術，可以將城市中的各種設備、設施和傳感器連接起來，形成一個龐大的網絡，實時收集和傳輸各種數據。這些數據為城市的智慧化管理提供了決策支持，使得城市管理者能夠更準確地了解城市運行狀態，及時發現和解決問題。
同時，智慧城市的建設也推動了物聯網技術的發展和應用。為了滿足智慧城市對數據收集、傳輸和處理的需求，物聯網技術需要不斷提高其性能、降低成本和增加可靠性。這種相互促進的關系，使得智慧城市和物聯網技術在未來有著廣闊的發展前景。
總的來說，智慧城市與物聯網之間有著密切的聯系。物聯網技術是智慧城市實現的基礎和關鍵，而智慧城市的建設又推動了物聯網技術的發展和應用。兩者相互促進，共同推動著未來城市向更加智能化、高效化和可持續化的方向發展。參考：智能家居產品功能與使用方式小組探討
1.智能照明系統
功能：智能照明系統可以根據環境的光線自動調整燈光的亮度和色溫，提供舒適的照明環境。同時，用戶可以通過手機APP或語音控制燈光的開關、亮度和顏色等。
使用方式：通過手機APP設置定時開關燈，或者與其他智能家居設備聯動，如晚上回家時自動開燈。
2.智能安防系統
功能：智能安防系統包括智能門鎖、智能攝像頭、煙霧報警器等設備，可以實時監控家中的安全狀況，并在發生異常時及時提醒用戶。
使用方式：智能門鎖可以通過指紋、密碼或手機APP開鎖，方便又安全；智能攝像頭可以實時查看家中的監控畫面，并支持錄像和截圖功能；煙霧報警器可以在檢測到煙霧時發出警報，并通過手機APP提醒用戶。
3.智能環境控制系統
功能：智能環境控制系統包括智能空調、智能空氣凈化器等設備，可以根據室內的溫度和空氣質量自動調節設備的運行狀態，提供舒適的居住環境。
使用方式：通過手機APP遠程控制空調的溫度和風速，或者設置定時開關機；智能空氣凈化器可以實時監測室內的空氣質量，并自動凈化空氣中的有害物質。
4.智能家電系統
功能：智能家電系統包括智能冰箱、智能洗衣機、智能掃地機器人等設備，可以通過手機APP遠程控制設備的運行，方便用戶隨時隨地管理家中的家電。
使用方式：通過手機APP查看冰箱內的食物存儲情況，或者遠程控制洗衣機的洗滌程序；智能掃地機器人可以設置定時清掃，保持家中的清潔。
以上是我們小組通過上網查閱相關資料了解到的各種智能家居產品及其功能和使用方式。這些智能家居產品不僅提高了我們的生活質量，也讓我們的生活更加便捷和安全。隨著科技的不斷發展，我們相信未來會有更多更先進的智能家居產品出現，為我們的生活帶來更多的便利和驚喜。實驗設計：測試光照傳感器在不同光照強度下的響應并設置閾值
實驗目的：
測試光照傳感器在白天和夜間不同光照條件下的響應。
根據測試結果設置一個合理的光照強度閾值，以區分光線足夠和光線不足的情況。
實驗地點：
選擇一個具有明顯光照變化的地點，如室內靠近窗戶的位置或室外開闊地。確保實驗地點在白天能夠接收到強烈的光線，而在夜間則光線不足。
實驗步驟：
準備實驗材料：數字光照度傳感器、數據采集設備（如Arduino或類似的微控制器板）、電腦、連接線以及數據記錄和分析軟件。
將光照傳感器連接到數據采集設備上，并確保能夠正確讀取傳感器輸出的數據。
將數據采集設備與電腦連接，并使用數據記錄軟件開始記錄實驗數據。
在白天光線強烈的情況下，將傳感器放置在一個固定的位置，并保持其方向不變。記錄傳感器采集到的光照強度值，可以每隔一段時間（如每分鐘）記錄一次數據，以獲得足夠多的樣本點。
在夜間光線不足的情況下，重復步驟4，記錄傳感器采集到的光照強度值。
將采集到的數據整理成表格，包括時間點和對應的光照強度值。然后使用繪圖軟件繪制出光照強度隨時間變化的曲線圖。
分析曲線圖，觀察白天和夜間光照強度的分布情況。根據實際需求，確定一個合理的光照強度閾值，以區分光線足夠和光線不足的情況。這個閾值應該位于白天和夜間光照強度分布之間，使得在白天時光照強度高于閾值，而在夜間時低于閾值。
根據實驗結果和確定的閾值，編寫程序或設置硬件閾值，使得感應燈能夠在光線低于閾值時自動開啟，而在光線高于閾值時自動關閉。
進行實驗驗證，確保感應燈能夠根據光照強度的變化正確工作。
實驗記錄：
實驗地點 采集時間 光照強度平均值（單位：勒克斯） 備注
室內靠近窗戶 白天 1000 多次采集取平均值
室內靠近窗戶 夜間 10 多次采集取平均值
（注：此處的光照強度平均值僅為示例，實際數據會根據實驗條件和地點而有所不同。）
采集到的數據曲線圖：
在此處插入光照強度隨時間變化的曲線圖。橫軸表示時間（如白天和夜間），縱軸表示光照強度（單位：勒克斯）。將不同時間點的光照強度平均值標記在圖上，并連接各點形成曲線。根據曲線圖可以直觀地看到白天和夜間光照強度的差異。
兩次實驗后的改進方案和最終確定的閾值：
根據實驗結果和曲線圖分析，可以確定一個合理的光照強度閾值。例如，在本例中，可以將閾值設置為100勒克斯。這意味著當光照強度低于100勒克斯時，感應燈將自動開啟；而當光照強度高于100勒克斯時，感應燈將自動關閉。當然，這個閾值可以根據實際需求進行調整。
改進方案可能包括優化傳感器的放置位置和方向，以確保更準確地感應到光線的變化；增加數據采集的樣本點數量，以提高數據的準確性和可靠性；以及使用更高級的數據處理和分析方法來確定更精確的閾值。參考：小組物聯網居家問題解決方案設計
問題：居家安全問題，特別是當家中無人時，如何確保家庭財產的安全？
解決方案名稱：智能居家安全衛士
1.系統功能
智能門鎖：配備指紋識別、密碼或手機APP遠程開鎖功能，防止非法入侵。
智能攝像頭：可360度旋轉，支持夜視功能，實時監控家中情況，并通過手機APP隨時查看。
窗戶與窗簾控制：當系統檢測到家中無人時，自動關閉所有窗戶并拉合窗簾，增加非法入侵的難度。
入侵檢測與報警：通過智能攝像頭和門窗傳感器，一旦檢測到異常動作或非法入侵，立即通過手機APP發送警報通知用戶，并自動打開家中的燈光和音響，播放警報聲音，嚇阻入侵者。
煙霧與漏水檢測：配備煙霧報警器和漏水傳感器，一旦發生火災或水管破裂等緊急情況，立即發送警報通知用戶。
2.使用方式
用戶通過手機APP隨時查看家中的實時監控畫面，了解家中情況。
當用戶離家時，通過手機APP一鍵啟動“離家模式”，系統自動關閉所有窗戶、拉合窗簾，并啟動入侵檢測功能。
當用戶回家時，通過手機APP或指紋識別開鎖，系統自動解除“離家模式”，用戶可以正常居家生活。
一旦系統檢測到入侵、煙霧或漏水等異常情況，立即通過手機APP發送警報通知用戶，用戶可以根據情況選擇報警或通知鄰居幫忙查看。
3.優勢與預期效果
通過物聯網技術將家中的各種智能設備連接起來，實現全方位、24小時的居家安全監控。
用戶可以隨時隨地通過手機APP了解家中情況，增加對家庭財產的安全感。
通過智能設備的聯動和自動化控制，減少用戶的手動操作，提高生活的便捷性和舒適性。
預期可以有效降低家庭被盜、火災和水災等風險，保障家庭財產的安全。設計并制作一款簡易的物聯網智能環境監控器
一、所需材料
一塊開發板（如Arduino、NodeMCU或ESP32等，帶有WiFi功能）
DHT11溫濕度傳感器模塊
光照強度傳感器模塊（如光敏電阻模塊）
一個小型OLED顯示屏（如0.96寸I2C OLED模塊）
杜邦線（公對公、公對母若干）
一個適當的電源（如5V USB供電或鋰電池）
一個USB轉串口模塊（用于編程時連接電腦和開發板）
一些基礎的電子元件，如電阻、電容等
二、制作步驟
1.硬件連接
將DHT11溫濕度傳感器的信號線連接到開發板的一個數字引腳上（注意查閱開發板引腳定義）。
將光照強度傳感器的輸出引腳也連接到開發板的一個模擬輸入引腳上。
將OLED顯示屏的I2C接口（SCL, SDA）連接到開發板的I2C引腳上，并將VCC和GND分別連接到電源的正負極。
連接好電源，確保所有模塊的供電正常。
2.編寫代碼
打開Arduino IDE或其他支持的開發環境。
安裝必要的庫，如DHT11庫、Adafruit_SSD1306（用于OLED顯示）等。
編寫一個程序來讀取DHT11和光照傳感器的數據，并在OLED屏幕上顯示出來。
在代碼中還可以添加邏輯來根據讀取的環境參數控制其他設備（如繼電器、LED燈等），這一步驟是可選的。
3.上傳代碼并測試
將開發板通過USB轉串口模塊連接到電腦。
在Arduino IDE中選擇正確的開發板和端口。
上傳編寫好的代碼到開發板。
斷開與電腦的連接，給開發板獨立供電，觀察OLED屏幕是否能夠正常顯示環境參數。
4.優化與擴展
優化代碼以減小資源占用和提高響應速度。
可以通過添加更多傳感器來擴展功能，如空氣質量傳感器、聲音傳感器等。
可以加入網絡連接功能，將讀取到的數據上傳到云平臺進行分析和存儲。
可以設計一個漂亮的外殼來保護和美化整個作品。
注意：在制作過程中請確保安全，避免短路或接入過高電壓等可能損壞元件的情況。中小學教育資源及組卷應用平臺
設計智能家居 教學設計
課題 設計智能家居 單元 探秘物物相連的新世界——物聯網技術及應用 學科 初中信息技術 年級 八年級
教材分析 教材通過智能家居這一物聯網應用案例，深入淺出地介紹了物聯網技術在解決居家問題中的實際應用。教材首先通過情景模擬，引導學生發現生活中的不便，進而提出基于物聯網技術的解決方案。在實驗制作環節，教材詳細指導了學生如何選擇和使用實驗器材，設計并制作智能家居作品，培養了學生的動手實踐能力和創新思維。此外，教材還注重培養學生的問題意識和優化意識，鼓勵學生不斷思考和完善作品。
學習目標 信息意識：學生能夠意識到信息技術（特別是物聯網技術）在改善生活質量方面的重要性。通過智能家居案例，培養學生對生活中信息設備的敏感性和興趣，激發他們主動探索和應用的欲望。計算思維：學生能夠理解智能家居中設備間的邏輯關系，如條件觸發、自動化控制等，初步形成計算思維。在設計智能家居解決方案時，學生能夠運用邏輯思維和系統思考，對問題進行抽象、分析和建模。數字化學習與創新：通過實驗器材和編程指令的結合，培養學生的創新意識和實踐能力，鼓勵他們設計并制作出個性化的智能家居作品。信息社會責任：學生在設計智能家居解決方案時，能夠考慮到節能、環保、安全等社會責任因素。
重點 通過實驗制作智能家居作品，培養學生的動手實踐能力和創新思維。同時，強調學生對物聯網技術在解決居家問題中的實際應用的理解，以及物聯網設備間的邏輯關系和自動化控制的掌握。
難點 如何深入淺出地介紹物聯網相關技術和原理，使學生能夠理解物聯網的本質和工作原理。此外，在實驗制作環節，如何引導學生發現問題、提出解決方案，并優化完善作品也是一大挑戰。同時，還需要注重培養學生的信息社會責任意識，確保他們在設計和使用智能家居時能夠考慮到節能、環保、安全等因素。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 清晨，窗簾會自動開啟，讓陽光照射進來；屋內溫度過低或過高時，空調會自動制熱或制冷；人外出時，只要說出口令，如“外出”或“出門”,屋內的照明、空調等會全部關閉，屋內外的安保系統開啟無人在家工作模式……作為物聯網的主要應用之一，智能家居讓人們的生活越來越方便、環保、舒適、安全。本活動中，將嘗試從物聯網應用的角度出發，針對家居生活中發現的問題，設計改進方案并利用實驗器材設計、制作簡單的智能家居作品。 了解物聯網在家居生活中的應用，及本次活動的目標。 通過情境導入和明確本次活動內容，激發學生學習熱情。
講授新課 一、設計智能家居解決方案在日常生活中可能會遇到這樣的情景：離開家的時候忘記關燈，直到家人回來才將其關閉；早上出門時陽光明媚，不久卻下起雨來，由于窗戶沒關，雨水打濕了地板……借助物聯網技術，以上問題就不難解決。例如，可以用手機等智能設備遠程控制家中的燈或窗戶，按需要開啟或關閉它們。又如，在物與物之間建立聯系，實現自動化控制和管理。當濕度傳感器探測到濕度增高時，關閉打開的窗戶。說說做做仔細觀察家中的物品，回憶自己居家生活中的不便，說說可以通過物聯網解決哪些問題。參考：冬天回家房間冰冷，需等待暖氣升溫；或者外出時忘記關燈、關電器，浪費資源且有安全隱患。物聯網技術可以解決這些問題。比如，通過智能溫控系統，我們可以提前遠程開啟暖氣，到家時房間已溫暖如春。同時，智能家居系統可實現一鍵控制家中所有電器，外出時自動關閉所有電源，既節能又安全。物聯網讓居家生活更加智能、便捷。數字化學習以小組為單位，上網查閱相關資料，了解各種智能家居產品，認識其功能和使用方式，并開展交流。參考：智能家居產品功能與使用方式小組探討1.智能照明系統功能：智能照明系統可以根據環境的光線自動調整燈光的亮度和色溫，提供舒適的照明環境。同時，用戶可以通過手機APP或語音控制燈光的開關、亮度和顏色等。使用方式：通過手機APP設置定時開關燈，或者與其他智能家居設備聯動，如晚上回家時自動開燈。2.智能安防系統功能：智能安防系統包括智能門鎖、智能攝像頭、煙霧報警器等設備，可以實時監控家中的安全狀況，并在發生異常時及時提醒用戶。使用方式：智能門鎖可以通過指紋、密碼或手機APP開鎖，方便又安全；智能攝像頭可以實時查看家中的監控畫面，并支持錄像和截圖功能；煙霧報警器可以在檢測到煙霧時發出警報，并通過手機APP提醒用戶。3.智能環境控制系統功能：智能環境控制系統包括智能空調、智能空氣凈化器等設備，可以根據室內的溫度和空氣質量自動調節設備的運行狀態，提供舒適的居住環境。使用方式：通過手機APP遠程控制空調的溫度和風速，或者設置定時開關機；智能空氣凈化器可以實時監測室內的空氣質量，并自動凈化空氣中的有害物質。4.智能家電系統功能：智能家電系統包括智能冰箱、智能洗衣機、智能掃地機器人等設備，可以通過手機APP遠程控制設備的運行，方便用戶隨時隨地管理家中的家電。使用方式：通過手機APP查看冰箱內的食物存儲情況，或者遠程控制洗衣機的洗滌程序；智能掃地機器人可以設置定時清掃，保持家中的清潔。以上是我們小組通過上網查閱相關資料了解到的各種智能家居產品及其功能和使用方式。這些智能家居產品不僅提高了我們的生活質量，也讓我們的生活更加便捷和安全。隨著科技的不斷發展，我們相信未來會有更多更先進的智能家居產品出現，為我們的生活帶來更多的便利和驚喜。通過思考日常生活中的細節，確實會發現還存在各種不夠便利的地方。如果能利用物聯網技術改變家中原有物品的工作和使用方式，則可以使生活更加舒適、節能、環保、安全。傳統的家庭照明系統存在著一些不便之處，在大多數家庭里，一個空間里的燈都是由安裝在同一空間里的開關控制的。并且，這些開關大多只能手動控制。因此，可以設計解決方案，對其進行升級改造，表2-2-1所示的是其中一種解決方案。表2-2-1家庭照明系統的問題與解決方案發現的問題1.有時人出門了，難免會忘記關燈，難道只能讓燈一直亮著嗎 2.兒童睡前不愿關燈，入睡后家長幫其關燈時有輕微響動兒童會醒，燈到底是關還是不關 3.晚上去衛生間，找開關很麻煩，打開、關閉燈開關的聲音聽上去格外響，能靜音嗎 解決方案1.通過手機對照明系統進行遠程控制，實現隨時隨地開關燈。2.用手機控制兒童房的燈，當兒童入睡后，家長在房間外用手機關燈，不影響兒童休息。3.將衛生間的燈改成感應燈，白天光線足夠強時，燈自動關閉；夜晚光線不夠亮且同時感知到有人移動時，燈自動開啟；若感知不到人的移動，即使光線很暗，燈也不會亮。說說做做以小組為單位，圍繞一個可以用物聯網技術解決的居家問題，設計簡單解決方案。參考：小組物聯網居家問題解決方案設計問題：居家安全問題，特別是當家中無人時，如何確保家庭財產的安全？解決方案名稱：智能居家安全衛士1.系統功能智能門鎖：配備指紋識別、密碼或手機APP遠程開鎖功能，防止非法入侵。智能攝像頭：可360度旋轉，支持夜視功能，實時監控家中情況，并通過手機APP隨時查看。窗戶與窗簾控制：當系統檢測到家中無人時，自動關閉所有窗戶并拉合窗簾，增加非法入侵的難度。入侵檢測與報警：通過智能攝像頭和門窗傳感器，一旦檢測到異常動作或非法入侵，立即通過手機APP發送警報通知用戶，并自動打開家中的燈光和音響，播放警報聲音，嚇阻入侵者。煙霧與漏水檢測：配備煙霧報警器和漏水傳感器，一旦發生火災或水管破裂等緊急情況，立即發送警報通知用戶。2.使用方式用戶通過手機APP隨時查看家中的實時監控畫面，了解家中情況。當用戶離家時，通過手機APP一鍵啟動“離家模式”，系統自動關閉所有窗戶、拉合窗簾，并啟動入侵檢測功能。當用戶回家時，通過手機APP或指紋識別開鎖，系統自動解除“離家模式”，用戶可以正常居家生活。一旦系統檢測到入侵、煙霧或漏水等異常情況，立即通過手機APP發送警報通知用戶，用戶可以根據情況選擇報警或通知鄰居幫忙查看。3.優勢與預期效果通過物聯網技術將家中的各種智能設備連接起來，實現全方位、24小時的居家安全監控。用戶可以隨時隨地通過手機APP了解家中情況，增加對家庭財產的安全感。通過智能設備的聯動和自動化控制，減少用戶的手動操作，提高生活的便捷性和舒適性。預期可以有效降低家庭被盜、火災和水災等風險，保障家庭財產的安全。二、利用實驗器材制作智能家居作品有了粗略的解決方案，就可以利用實驗器材來設計、制作簡易的智能家居作品，將想法變為現實。以下將以兒童房的臺燈和衛生間的感應燈組成的家居照明系統為例，體驗簡易的智能家居作品的設計制作以及物聯網技術應用的主要過程。1.選擇設備和材料根據解決方案，兒童房的臺燈可以利用手機里的開關來控制，而衛生間的夜間感應燈需要一個能夠檢測光線強度的傳感器和一個能夠感應是否有人移動的傳感器。因此，可以選擇光照傳感器來檢測光線強度，選擇人體感應傳感器來感應是否有人在移動。提示板光感鬧鐘、光感窗簾等智能家居產品中大多會用到光照傳感器，它能檢測光照強度，并將光照強度值轉換為電壓值。當光照強度高于一定值時鬧鐘會響一段時間，窗簾會自動拉開；當光照強度低于一定值時，鬧鐘不會響，窗簾會自動閉合。光照強度，簡稱照度，表示物體表面單位面積被照明程度的量。光照傳感器廣泛應用于農業、林業、建筑業的光照測量及研究等方面。提示板要注意的是，人體感應傳感器感應的不是人的存在，而是人的移動。人體會向外輻射與本身溫度相關的紅外線，當其照射到人體感應傳感器的熱釋電材料上后，熱釋電材料會產生相應電位變化的信號，根據此信號人體感應傳感器就能判斷是否有人移動。數字化學習上網了解光照傳感器和人體感應傳感器的更多實際應用。參考：光照傳感器主要應用包括：自動調節照明：在樓宇照明、家居照明等領域，光照傳感器可以根據環境光照強度自動調節燈光亮度，既保證了適宜的照明環境，又達到了節能的效果。安全監測：在夜間或低光照環境下，光照傳感器可以檢測到異常的光照變化，如有人闖入或發生火災時產生的光亮，從而觸發報警系統。人體感應傳感器主要應用有：健康管理：人體傳感器可以監測人體的生理指標，如心率、血壓等，幫助人們更好地了解自己的健康狀況。運動監測：通過感應人體的運動，人體傳感器可以記錄步數、距離、卡路里等運動數據，為健身愛好者提供科學的運動指導。安防監控：人體傳感器可以感應到人體的活動，當有人進入監控區域時，可以自動觸發報警系統或錄像設備，提高安全性。2.設計作品對于兒童房的臺燈，可以在手機上設置一個開關。當開關處于開的狀態時，點亮臺燈；當開關處于關的狀態時，關閉臺燈。對于衛生間的感應燈，可以根據光照傳感器和人體感應傳感器的工作原理，設計其工作過程如下：當光線不夠亮且有人移動時，即光照傳感器采集到的值小于設定值(閾值)且人體感應傳感器感應到有人移動時，感應燈亮起，并延時一定的時間；而當光線夠亮或無人移動時，即光照傳感器采集到的值高于設定值(閾值)或人體感應傳感器沒有感應到有人移動時，感應燈熄滅。如圖2-2-3所示，本例中所使用的光照傳感器是一種專用于做實驗的數字光照度傳感器。它由一個光敏電阻和數據傳輸線組成，光敏電阻能感應光線的明暗變化，將光線的強弱以電阻值大小的形式輸出(見圖2-2-4)。根據設計，為了讓感應燈正常工作，需要準確設置光照傳感器的閾值。因此，在正式開始制作衛生間感應燈前，需要分別在白天光線強烈和夜間光線不夠這兩種情況下測試光照傳感器采集到的值，最終確定一個合理的閾值。提示板“閾”的意思是界限，故閾值又叫臨界值，是指一個效應能夠產生的最低值或最高值。光照強度閾值是為了確定光照強度對于實際需要是強還是弱而設定的。默認測量值高于光強閾值時，說明光線夠亮；而低于光強閾值時，說明光線弱。說說做做設計并完成實驗，測試不同光照強度下光照傳感器采集到的值，并設置合理的閾值。可以在同一地點的不同時間采集多次，繪制成曲線圖，并完成表2-2-2。注意思考：選擇什么位置來采集光照強度數值 采集的數據都是可用的嗎 表2-2-2實驗記錄實驗地點采集到的數據曲線圖兩次實驗后的改進方案和最終確定的閾值參考：實驗設計：測試光照傳感器在不同光照強度下的響應并設置閾值實驗目的：測試光照傳感器在白天和夜間不同光照條件下的響應。根據測試結果設置一個合理的光照強度閾值，以區分光線足夠和光線不足的情況。實驗地點：選擇一個具有明顯光照變化的地點，如室內靠近窗戶的位置或室外開闊地。確保實驗地點在白天能夠接收到強烈的光線，而在夜間則光線不足。實驗步驟：準備實驗材料：數字光照度傳感器、數據采集設備（如Arduino或類似的微控制器板）、電腦、連接線以及數據記錄和分析軟件。將光照傳感器連接到數據采集設備上，并確保能夠正確讀取傳感器輸出的數據。將數據采集設備與電腦連接，并使用數據記錄軟件開始記錄實驗數據。在白天光線強烈的情況下，將傳感器放置在一個固定的位置，并保持其方向不變。記錄傳感器采集到的光照強度值，可以每隔一段時間（如每分鐘）記錄一次數據，以獲得足夠多的樣本點。在夜間光線不足的情況下，重復步驟4，記錄傳感器采集到的光照強度值。將采集到的數據整理成表格，包括時間點和對應的光照強度值。然后使用繪圖軟件繪制出光照強度隨時間變化的曲線圖。分析曲線圖，觀察白天和夜間光照強度的分布情況。根據實際需求，確定一個合理的光照強度閾值，以區分光線足夠和光線不足的情況。這個閾值應該位于白天和夜間光照強度分布之間，使得在白天時光照強度高于閾值，而在夜間時低于閾值。根據實驗結果和確定的閾值，編寫程序或設置硬件閾值，使得感應燈能夠在光線低于閾值時自動開啟，而在光線高于閾值時自動關閉。進行實驗驗證，確保感應燈能夠根據光照強度的變化正確工作。實驗記錄：實驗地點采集時間光照強度平均值（單位：勒克斯）備注室內靠近窗戶白天1000多次采集取平均值室內靠近窗戶夜間10多次采集取平均值（注：此處的光照強度平均值僅為示例，實際數據會根據實驗條件和地點而有所不同。）采集到的數據曲線圖：請在此處插入光照強度隨時間變化的曲線圖。橫軸表示時間（如白天和夜間），縱軸表示光照強度（單位：勒克斯）。將不同時間點的光照強度平均值標記在圖上，并連接各點形成曲線。根據曲線圖可以直觀地看到白天和夜間光照強度的差異。兩次實驗后的改進方案和最終確定的閾值：根據實驗結果和曲線圖分析，可以確定一個合理的光照強度閾值。例如，在本例中，可以將閾值設置為100勒克斯。這意味著當光照強度低于100勒克斯時，感應燈將自動開啟；而當光照強度高于100勒克斯時，感應燈將自動關閉。當然，這個閾值可以根據實際需求進行調整。改進方案可能包括優化傳感器的放置位置和方向，以確保更準確地感應到光線的變化；增加數據采集的樣本點數量，以提高數據的準確性和可靠性；以及使用更高級的數據處理和分析方法來確定更精確的閾值。3.制作作品按圖2-2-5連接實驗器材，完成照明系統的電路連接。然后，利用Wi-Fi或藍牙將照明系統的主控模塊和配套的手機App相連(本例中采用藍牙連接方式)。提示板圖2-2-5中，電源模塊一頭連接主控模塊，另一頭接插座，以實現供電；其他模塊則通過導線與主控模塊相連以實現通電打開手機藍牙，在配套手機App中搜索設備，在搜索到的設備中選擇主控模塊發出的藍牙信號，進行連接，如圖2-2-6所示。再在App的“傳感器”頁面上，點擊“+”(“添加傳感器”工具),逐一添加所需要的光照傳感器、人體感應傳感器、LED燈和綠色狀態燈，如圖2-2-7所示。說說做做利用手邊的實驗器材，完成智能家居作品的設計與制作。4.編寫程序在配套手機App的“程序”頁面中拖曳并拼接指令塊，完成程序的編寫，如圖2-2-8所示。在App的“界面”頁面上會出現控制兒童房臺燈的開關和調整光照傳感器閾值的滑塊，即照明系統的應用界面，如圖2-2-9所示。提示板圖2-2-9的用戶操作界面是通過圖2-2-8中添加的相關指令塊實現的。首先，分別創建文本框、開關和滑塊組件。再將開關組件與綠色狀態燈的輸出狀態相對應，開關打開，則綠色狀態燈輸出“1”,燈亮；開關關閉，則綠色狀態燈輸出“0”,燈滅。衛生間感應燈的閾值設置是通過一個滑塊來實現的，本例中光照強度的閾值被設置為滑塊敏感度的值乘以4。當光照強度小于4倍滑塊敏感度值時，若人體感應傳感器感應到人的移動(人體感應值=1),則點亮衛生間燈并延時0.05秒；若光照強度不低于4倍滑塊敏感度值或者人體感應傳感器沒有感應到人的移動(人體感應值=0),則熄滅衛生間燈。說說做做完成智能家居作品的制作及程序的編寫，向同伴介紹自己程序中各指令的作用。5.調試、運行程序多次運行程序，查看手機App上各傳感器采集的值，檢查兒童房燈和衛生間燈是否根據需要自動亮起或熄滅。提示板可以用手或物體遮擋住光照傳感器，使其采集的光照強度低于閾值。如圖2-2-11所示此時感應到光線不足且有人移動，因此App中的人體感應傳感器會發紅光，值為1,衛生間燈亮起。說說做做調試并運行自己的程序，交流出現的問題和解決方法。三、優化智能家居作品初步完成了智能家居作品的設計制作之后，可以結合實際生活需要，想一想作品在哪些方面還可以做進一步改進。例如，如果在衛生間感應燈原本不會亮的時候，人覺得需要照明，該怎么辦呢 可以考慮在衛生間感應燈中加入聲音傳感器，利用聲音來觸發感應燈的亮和滅。數字化學習上網查閱相關資料，了解聲音傳感器的應用，并完成聲控感應燈的設計與制作。參考：聲音傳感器是一種可以檢測聲音并將其轉換為電信號的傳感器。聲音傳感器可以感知聲音強度的大小，并將這種物理量轉換為可測量的電信號輸出。聲音傳感器的應用非常廣泛，例如聲控開關、聲控燈、安防系統、語音識別等領域。說說做做說說可以如何改進自己的智能家居作品。知識鏈接智能家居智能家居是通過各種感知技術，在接收探測信號并予以判斷后，給出指令讓家庭中的各種通信設備、家用電器、安防、照明等裝置做出相應的動作，以提升家居的安全性、便利性、舒適性和藝術性。智能家居是目前物聯網的重要應用途徑之一，也是和消費者最接近的物聯網應用。如圖2-2-12所示的是近年來我國智能家居消費級熱門產品。在人工智能、物聯網等技術的推動下，智能家居產品不斷創新發展。以智能鎖為例，其整體應用技術已經由早期的單向指令輸入時代發展到了如今的物聯時代，既可以實現臨時密碼開鎖、家人回家友情提醒、門未關好提醒、防劫持、防撬報警等功能，還能與其他智能家居產品連接，實現回家自動撤防、離家自動布防，定制個性化燈光、環境調節等功能。現今，智能家居正逐漸向全屋智能發展，進一步提升居住環境體驗。全屋智能提供的是智能安防、智能家電控制、智能照明、智能娛樂等綜合的服務，其重點不在于家里的設備有多智能，而在于智能設備能否在各類家居生活場景中進行智能聯動，以及智能聯動中能否達到更好的效果。擴展學習——設計智能家居時的信息安全保護措施設計智能家居時的信息安全保護是至關重要的，因為智能家居系統涉及到大量的個人信息和隱私。以下是一些關鍵的安全保護措施：身份驗證：確保只有授權的用戶可以訪問和控制智能家居系統。采用強密碼策略、多因素身份驗證（如指紋識別、面部識別或手機驗證碼）等方法，增加非法訪問的難度。加密通信：使用加密協議（如SSL/TLS）來保護智能家居設備與云服務器、用戶手機應用之間的通信。確保數據在傳輸過程中不被竊取或篡改。訪問控制：為不同的用戶和設備設置不同的訪問權限。例如，家庭成員可以擁有更高的權限來控制家居設備，而訪客則只能訪問有限的功能。數據保護：在云端和本地存儲用戶數據時，采用加密技術（如AES加密）來保護數據的安全性。同時，定期備份數據以防止數據丟失。安全更新：定期更新智能家居系統的軟件和固件，以修復已知的安全漏洞。確保設備使用的是最新版本的安全補丁。物理安全：保護智能家居設備免受物理攻擊和破壞。將設備放置在安全的位置，如室內或受保護的區域，并考慮使用防拆封或防篡改技術。隱私保護：遵守相關的數據隱私保護法律和法規，如GDPR、CCPA等。確保收集、存儲和處理用戶數據的合法性，并尊重用戶的隱私權。安全審計和監控：定期對智能家居系統進行安全審計和監控，檢測異常行為或潛在的攻擊。及時發現并應對安全事件，以減少潛在的風險。設計智能家居時應綜合考慮身份驗證、加密通信、訪問控制、數據保護、安全更新、物理安全、隱私保護以及安全審計和監控等方面的信息安全保護措施。這些措施有助于確保智能家居系統的安全性和用戶的隱私權益。單元挑戰下列活動按能力要求分成三類，請從這三類活動中依次各選一項去挑戰，并按照完成的情況給自己加星。活動一：1.選擇一種自己熟悉的物聯網產品，向班級同學作介紹。2.以小組為單位，制作海報，宣傳我國的北斗系統。活動二：1.了解什么是智慧城市，調查智慧城市與物聯網之間的關系，并在班級里展開交流。2.仔細觀察校園內外的環境和用品，思考哪些可以通過物聯網技術進行改進，設計簡單的解決方案。活動三：自選材料，設計并制作一款簡易的物聯網作品。 了解使用物聯網技術解決日常生活中的問題情境。發現居家生活中的不便和使用物聯網可以解決的問題。小組合作，學習了解智能家居產品的功能和使用方式。思考日常生活中存在的各種不夠便利的地方和如何利用物聯網解決存在的問題。小組合作，圍繞一個可以用物聯網技術解決的居家問題設計簡單解決方案。根據解決方案選擇合適設備和材料。了解光照傳感器的應用。了解人體感應傳感器的工作方式。通過互聯網學習更多光照傳感器和人體感應傳感器的應用。設計物聯網兒童房的臺燈和衛生間的感應燈。設計并完成實驗，測試不同光照強度下光照傳感器采集到的值，并設置合理的閾值。按照設計方案，完成照明系統的電路連接。給制作的物聯網產品編程。調試程序。檢查設計是否達到預期效果。想一想作品在哪些方面還可以做進一步改進并嘗試改進。了解智能家居。學習設計智能家居時的信息安全保護措施，并應用到自己的作品中。選擇合適的挑戰任務，按要求完成。 通過具體情景的引入，學生能夠直觀地理解物聯網如何幫助解決居家生活中的常見問題。通過了解各種智能家居產品的功能和使用方式，學生能夠更加直觀地感受到物聯網技術在現代家居生活中的應用，從而激發他們對科技的興趣和熱情。通過引導學生思考日常生活中的不便之處，激發他們探索物聯網技術如何改善生活的興趣。同時，培養學生的創新意識和問題解決能力，同時讓他們認識到物聯網技術在提升家居生活舒適性、節能性、環保性和安全性方面的重要作用。通過實踐操作，使學生深入了解智能家居作品的制作過程和物聯網技術的應用。通過選擇設備和材料、設計作品、制作作品、編寫程序以及調試運行程序等一系列步驟，學生能夠將理論知識與實際操作相結合，提升動手能力和解決問題的能力。這一過程不僅培養了學生的科技素養和創新思維，同時，也培養團隊協作和交流溝通能力，有助于提升學生的綜合素質。引導學生對初步完成的智能家居作品進行優化改進，通過加入聲音傳感器等方式提升作品的實用性和便捷性。培養學生的創新思維和解決問題的能力，同時使他們更加深入地理解智能家居的應用和發展趨勢。通過數字化學習和實踐操作，學生將拓展對智能家居領域的認知。提升學生的信息安全意識和技能，使他們能夠全面、深入地了解智能家居信息安全保護的重要性。培養了學生的責任感，也使他們更好地適應了未來信息社會的挑戰。通過分類挑戰活動，激發學生的學習興趣和創造力，同時培養學生的團隊合作能力、調查研究能力和動手實踐能力，加深學生對物聯網技術的理解與應用。
課后練習 1.思考并列舉出你家中可以通過物聯網技術改進的三個生活場景，并簡要說明改進的理由。2.設計一個簡單的智能家居方案，包括至少兩種智能設備，并描述它們如何實現自動化控制以及相互之間的邏輯關系。 小組合作，完成課后練習。 鞏固學生對物聯網技術在智能家居領域的應用理解，并培養他們的問題解決能力和創新思維能力。
課堂小結 組織學生分小組總結本課學習內容，請每個小組代表說說自己小組總結的結果。教師做最后的補充。參考：本次活動，我們深入探討了智能家居的設計與實現，通過物聯網技術的應用，讓家居生活更加便捷、舒適和安全。我們學習了如何觀察生活中的不便，并利用物聯網技術提出解決方案。通過小組合作，大家設計了各具特色的智能家居作品，并動手制作了簡易的模型，體驗了從設想到實現的完整過程。在調試與運行環節，大家積極交流問題，共同尋找解決方法，不斷優化作品。此外，我們還拓展了智能家居的發展趨勢，了解到全屋智能將為居住環境帶來更加個性化的體驗。通過本次活動的學習，希望大家能夠將物聯網的理念應用到更多領域，創造出更多智能、環保、舒適的生活空間。 在小組討論基礎上，推選代表總結本課學習內容。其他小組做補充總結。 學生自己總結學習內容是一種學習方法，每次課可以梳理出學習了哪些知識、技能方法和思維方式，在頭腦中形成本課程的學科結構。
板書 從教師板書上歸納本課學習內容的重點。 通過板書，幫助學生形成本課學習內容思維導圖。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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