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第3.13课《智能物联系统的硬件搭建》教学设计
课题 智能物联系统的硬件搭建 单元 第三单元 学科 信息技术 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能够了解智能物联系统硬件的运行环境要求、搭建流程及测试方法，明确硬件是系统稳定运行和数据可靠传输的基础保障。计算思维：能够理解服务器、网络、传感器等硬件的分工与协同逻辑，掌握硬件测试与问题排查方法，形成物联系统硬件设计思维。数字化学习与创新：能够通过小组协作完成气象站硬件选址、设备搭建与调试，在实践中解决接线、组网等问题，提升动手与创新能力。信息社会责任：能够认识到规范搭建与测试硬件对系统安全、数据可靠的重要性，树立物联网应用中重视硬件规范与数据安全的责任意识。
教学重点 能够了解智能物联系统硬件的运行环境要求、搭建流程及测试方法，明确硬件是系统稳定运行和数据可靠传输的基础保障。
教学难点 能够认识到规范搭建与测试硬件对系统安全、数据可靠的重要性，树立物联网应用中重视硬件规范与数据安全的责任意识。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第3.13课 智能物联系统的硬件搭建一、新知引入1、学习目标:通过选择规范的硬件运行环境和合适的硬件设备，实现物联网系统硬件搭建，了解硬件搭建的一般过程，掌握硬件测试的方法。（播放视频） 科技公司为何将大型服务器放置在海底、山洞等特殊地理位置 碰到传感器采集的数据丢失时，你将如何解决这个故障 观视频思考服务器选址、传感器数据丢失解决 引导学生感知硬件搭建核心逻辑
讲授新课 新知讲解：硬件是智能物联系统的重要基础设施，它的技术指标决定了系统的运行速度、可靠性、适用范围、可维护性等。智能物联系统的便件组成主要包括服务器、网络设备、传感设备、智能终端等，这些硬件格建在一定的环境下，实现系统的正常工作。一、硬件的运行环境智能物联系统硬件的运行环境需满足设备正常工作的环境参数要求。服务器、监测屏等一般放置在有网络、可恒温的机房，网络设备、传感设备、智能终端等根据产品的性能及系统需求进行合理放置。以“智能校园数字气象站系统”为网，将各类便件安装在校园合适的专用场地，确保设备在不同自然环境下正常运行。如图13-1所示，把气象站的地址选在教学楼的楼顶，符合“最大幅度地排除观测场地四周200米以内障碍物的影响”的运行环境条件。确定气象观测场地后，需要考虑仪器配置和安装的规划。根据功能需求分析，室外设备包括了采集器、各类气象传感器、百叶箱、立杆支架、太阳能电池板、LED显示屏和监控设备等。如图13-2所示，参考仪器布置规划总平面图，确定气象的监测设备的摆放位置。亲身体验在校园中确定数字气象站的选址，小组在线协同绘制气象监测设备平面图。答：小组先依据通风良好、无遮挡、远离干扰、安全稳固的原则，在校园内选定空旷平整的草坪作为数字气象站选址。随后通过在线协作工具，共同绘制气象监测设备平面图，精准标注各类传感器与主控设备的摆放位置、安装高度，清晰呈现周边环境。经反复核对调整，确保选址利于数据采集，平面图规范完整，明确各设备布局与安装要求。二、硬件搭建 智能物联系统的硬件搭建主要包括安装服务器、组建网络、选接监测设备等。在智能校园数字气象站系统中，其硬件组成主要包括服务器、网络设备、室外监测设备等(如表13-1)。 1.服务器 服务器主要是实现物联网平台功能，用于存储各种传感器采集上传的数据，通过处理与分析，响应客户端的服务需求。 2.网络设备 通过对交换机、无线路由器、网线等网络设备的搭建，实现各类传感器采集的数据实时传送到物联网平台。 3.室外监测设备气象站需要对校园的气温、气压、湿度、风向风速、降水量等数据进行采集，选择对应功能的传感器将其安装在合适位置。亲身体验在校园气象场地完成硬件设备的搭建。答：在校园气象监测场地，先按设备清单检查传感器、主控板、支架等器材完好。依据平面图固定安装支架，依次安装温湿度、风速、光照等气象传感器，规范完成线路连接与主控模块对接。通电后进行系统调试，确认数据采集、传输正常，设备运行稳定。最后整理固定线路与器材，确保硬件安装规范、安全，完成气象站硬件设备整体搭建。三、硬件测试在完成搭建后，需要对硬件的可靠性进行测试。如在“智能校园数宇气象站系统”中，需要对网络连接和传感器进行测试。1.网络连接测试网络设备接通电源后，需要在设置界面输入网络参数，实现网络连接。网络连接状况可以通过平台管理界面查询，也可以通过网络诊断工具进行测试，如图15-3所示。教你一招在同一局域网内，打开命令提示符窗口，输入:ping网络设备IP地址，址，按Enter键，检测当前主机与网络设备的连通情况和连接速度。2.传感器测试传感器采集的数据可以通过串口输出或LED屏输出等方式呈现，以检测传感器的工作状态。如图13-4所示，风向传感器转动到某一方向，观察输出的数据是否与方向匹配，如不匹配，需对传感器进行校准。四、随堂作业 1.根据项目设计，完善设备清单，完成硬件的搭建，并记录过程。完成表格 2.观察校园智能数字气象站，了解物联系统硬件的连接，画出数据传输流程示意图。完成表格五、课堂练习完成课堂练习21-23页。五、拓展延伸1、断路器（观看视频）2、气象站选址原则3、硬件连接规范4、数据传输流程 小组协同选址，绘制气象设备平面图安装传感器与主控板，规范接线组网用 ping 命令测试设备网络连通性校准传感器，观察数据与状态匹配度实操 ping 命令，记录网络测试结果完善设备清单，记录硬件搭建全过程完成 21-23 页课堂练习观看视频拓展认知 培养学生选址规划与协作能力提升学生硬件实操与规范搭建能力让学生掌握硬件网络测试方法强化学生传感器调试与校验认知帮助学生学会硬件测试工具使用锻炼学生实践记录与梳理能力巩固学生知识掌握程度拓宽学生知识边界
课后作业 1、绘制气象站数据传输流程示意图，简述硬件连接与数据传输过程。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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第三单元 第13节
智能物联系统的硬件搭建
（浙教版）八年级
下
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
能够认识到规范搭建与测试硬件对系统安全、数据可靠的重要性，树立物联网应用中重视硬件规范与数据安全的责任意识。
能够通过小组协作完成气象站硬件选址、设备搭建与调试，在实践中解决接线、组网等问题，提升动手与创新能力。
能够理解服务器、网络、传感器等硬件的分工与协同逻辑，掌握硬件测试与问题排查方法，形成物联系统硬件设计思维。
能够了解智能物联系统硬件的运行环境要求、搭建流程及测试方法，明确硬件是系统稳定运行和数据可靠传输的基础保障。
03
新知讲解
第十三节：智能物联系统的硬件搭建
学习目标
通过选择规范的硬件运行环境和合适的硬件设备，实现物联网系统硬件搭建，了解硬件搭建的一般过程，掌握硬件测试的方法。
03
新知讲解
第十三节：智能物联系统的硬件搭建
03
新知讲解
科技公司为何将大型服务器放置在海底、山洞等特殊地理位置
碰到传感器采集的数据丢失时，你将如何解决这个故障
03
新知讲解
硬件是智能物联系统的重要基础设施，它的技术指标决定了系统的运行速度、可靠性、适用范围、可维护性等。智能物联系统的便件组成主要包括服务器、网络设备、传感设备、智能终端等，这些硬件格建在一定的环境下，实现系统的正常工作。
03
新知讲解
一、硬件的运行环境
智能物联系统硬件的运行环境需满足设备正常工作的环境参数要求。服务器、监测屏等一般放置在有网络、可恒温的机房，网络设备、传感设备、智能终端等根据产品的性能及系统需求进行合理放置。
03
新知讲解
以“智能校园数字气象站系统”为网，将各类便件安装在校园合适的专用场地，确保设备在不同自然环境下正常运行。如图13-1所示，把气象站的地址选在教学楼的楼顶，符合“最大幅度地排除观测场地四周200米以内障碍物的影响”的运行环境条件。
03
新知讲解
确定气象观测场地后，需要考虑仪器配置和安装的规划。根据功能需求分析，室外设备包括了采集器、各类气象传感器、百叶箱、立杆支架、太阳能电池板、LED显示屏和监控设备等。如图13-2所示，参考仪器布置规划总平面图，确定气象的监测设备的摆放位置。
03
新知讲解
亲身体验
在校园中确定数字气象站的选址，小组在线协同绘制气象监测设备平面图。
小组先依据通风良好、无遮挡、远离干扰、安全稳固的原则，在校园内选定空旷平整的草坪作为数字气象站选址。随后通过在线协作工具，共同绘制气象监测设备平面图，精准标注各类传感器与主控设备的摆放位置、安装高度，清晰呈现周边环境。经反复核对调整，确保选址利于数据采集，平面图规范完整，明确各设备布局与安装要求。
03
新知讲解
二、硬件搭建
智能物联系统的硬件搭建主要包括安装服务器、组建网络、选接监测设备等。在智能校园数字气象站系统中，其硬件组成主要包括服务器、网络设备、室外监测设备等(如表13-1)。
03
新知讲解
1.服务器
服务器主要是实现物联网平台功能，用于存储各种传感器采集上传的数据，通过处理与分析，响应客户端的服务需求。
2.网络设备
通过对交换机、无线路由器、网线等网络设备的搭建，实现各类传感器采集的数据实时传送到物联网平台。
3.室外监测设备
气象站需要对校园的气温、气压、湿度、风向风速、降水量等数据进行采集，选择对应功能的传感器将其安装在合适位置。
03
新知讲解
亲身体验
在校园气象场地完成硬件设备的搭建。
在校园气象监测场地，先按设备清单检查传感器、主控板、支架等器材完好。依据平面图固定安装支架，依次安装温湿度、风速、光照等气象传感器，规范完成线路连接与主控模块对接。通电后进行系统调试，确认数据采集、传输正常，设备运行稳定。最后整理固定线路与器材，确保硬件安装规范、安全，完成气象站硬件设备整体搭建。
03
新知讲解
三、硬件测试
在完成搭建后，需要对硬件的可靠性进行测试。如在“智能校园数宇气象站系统”中，需要对网络连接和传感器进行测试。
03
新知讲解
1.网络连接测试
网络设备接通电源后，需要在设置界面输入网络参数，实现网络连接。网络连接状况可以通过平台管理界面查询，也可以通过网络诊断工具进行测试，如图15-3所示。
03
新知讲解
教你一招
在同一局域网内，打开命令提示符窗口，输入:ping网络设备IP地址，址，按Enter键，检测当前主机与网络设备的连通情况和连接速度。
03
新知讲解
2.传感器测试
传感器采集的数据可以通过串口输出或LED屏输出等方式呈现，以检测传感器的工作状态。如图13-4所示，风向传感器转动到某一方向，观察输出的数据是否与方向匹配，如不匹配，需对传感器进行校准。
03
新知讲解
随堂练习
1.根据项目设计，完善设备清单，完成硬件的搭建，并记录过程。
器件名称 测试是否成功 遇到的问题 解决的方法
温湿度传感器 是 数据无输出 检查接线，重新插拔信号线
风速传感器 是 转动时数据跳动大 校准传感器安装角度，固定支架
采集器 是 无法连接物联网平台 重新配置 Wi-Fi 名称和密码
太阳能电池板 是 充电效率低 调整朝向，确保无遮挡
LED 显示屏 是 显示乱码 重新烧录显示程序
03
新知讲解
随堂练习
2.观察校园智能数字气象站，了解物联系统硬件的连接，画出数据传输流程示意图。
04
课堂练习
一、选择题
1、智能校园数字气象站选址时，应优先考虑的环境条件是（ ）
A. 教学楼内阴凉处 B. 四周无遮挡的开阔场地
C. 地下室 D. 教室角落
2、在智能物联系统硬件中，负责存储传感器数据并响应客户端请求的是（ ）
A. 传感器 B. 服务器
C. 网线 D. LED 显示屏
B
B
04
课堂练习
3、ping 命令的主要作用是（ ）
A. 采集环境数据 B. 检测网络连通性
C. 显示数据 D. 校准传感器
4、测试风向传感器时，若输出数据与实际方向不匹配，应采取的措施是（ ）
A. 忽略问题 B. 更换新传感器
C. 对传感器进行校准 D. 重启系统
B
C
04
课堂练习
二、判断题
1、智能物联系统的硬件搭建只需要安装传感器，不需要服务器和网络设备。（ ）
2、网络设备的作用是将传感器采集的数据实时传送到物联网平台。（ ）
3、硬件搭建完成后，必须进行网络连接测试和传感器测试。（ ）
4、气象站的传感器可以随意安装在任何位置，不影响数据采集。（ ）
5、服务器是实现物联网平台功能、存储数据的核心硬件。（ ）
√
X
√
X
√
05
拓展延伸
断路器
05
拓展延伸
气象站选址原则
校园数字气象站选址需选开阔无遮挡、远离热源与电磁干扰的场地，保证通风采光正常。选址科学能让传感器采集数据更精准，避免环境干扰导致数据偏差，是气象站稳定运行、监测准确的重要前提。
05
拓展延伸
硬件连接规范
物联系统硬件连接需按示意图规范接线，传感器与主控板接口对应、线路牢固不松动。通电前逐一检查线路，防止接错、短路损坏设备，规范连接是数据稳定传输、系统正常运行的基础保障。
05
拓展延伸
数据传输流程
气象站数据由传感器采集后，传至主控板处理，通过网络设备上传至服务器，最终在显示屏或平台呈现。完整传输流程实现物理数据到数字信息的转化，直观展现智能物联系统的工作原理。
08
板书设计
智能物联系统的硬件搭建
一、硬件的运行环境
二、硬件搭建
三、硬件测试
课后作业:
1、绘制气象站数据传输流程示意图，简述硬件连接与数据传输过程。
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