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第三单元
信息系统的网络
项目七
探究智能花卉养护系统——了解物联网
第二课时
采集花卉种植环境数据
?教材分析
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，在20多年的时间里，物联网有了飞速的发展。在本节课中，需要让学生知道“物”的含义、物联网的起源、概念、原理、应用，以及互联网与物联网的区别与联系，并对物联网未来的发展趋势有所了解。通过动手组建小型的物联网，让学生了解常见的传感器及其工作原理、控制机制，以及物联网的通信技术等知识。在学习过程中进一步了解信息系统与外部现实世界的连接方式，培养学生的信息意识和计算思维。
?教学目标
1.知识与技能：
①了解传感器的工作原理及分类。
②了解物联网通信技术。
2.过程与方法：
通过动手组建小型的物联网，让学生探索常见的传感与控制机制，并了解物联网的工作原理。
3.情感态度与价值观：
在学习过程中进一步培养学生的信息意识和计算思维。
?教学重点
1.常见的传感器工作原理及分类。
2.物联网通信技术
3.传感和控制机制。
?教学难点
1.物联网通信技术。
2.传感和控制机制。
?教学方法
体验法、讲授法、讨论法、示例法
?教学准备
多媒体教室、几盆植物、智能花草环境传感器、手机、Arduino开发板、ESP8266Wi-Fi?模块、无线路由器、数据线、电源适配器、手机App等。
?教学素材
教学PPT、视频、图表等。
?教学过程
一、新课导入
在新的时代，物联网发展迅速，生活的节奏可以说是又快又慢，快的是科技的发展，许多人力已经追赶不上了，慢的是因为正是科技的发展，所以才能让人有时间去做其他的事，省下许多时间与精力。智能科技也已经逐渐渗透到了各个领域，花草养殖行业也在其中，传统的养花方式也逐渐被智能养花方式所替代。
而“花将花草监测仪”就是在这样一个智能时代诞生的，只需要一个花草监测仪和一部手机便可感受真正的智能时代。
二、采集花卉种植环境数据
要实现智能养护，首先需要监测花卉所处的实际环境，包括光照、温度和土壤水分、肥力等。因此，智能花卉养护系统需具有对环境数据的采集功能，这一功能的实现可以依赖传感器。不同类型的传感器可检测不同环境数据，如用光敏传感器检测光照条件，温度传感器检测环境温度，介质传感器检测土壤中的含水量、肥力等。
现在已出现一些基于物联网技术的智能传感器，它们通常汇集多种传感器于一身，集成了存储、处理、通信等模块，可将检测到的数据进行预处理后传输给其他设备（如物联网设备网关、智能手机、服务器等）。有些智能传感器甚至可以自组网，形成一个互联的传感器网络。例如，智能花草环境传感器由多种传感器组成，其下端为湿度、肥力传感器，插入土中后可以检测土壤中的环境；而上端为温度、光照传感器，可以检测土壤以上部分的环境。但是这种传感器并没有显示功能，要显示传感器采集的数据，还需要借助于App用户在智能手机中下载并安装配套的App,并在App中将智能手机和传感器配对连接后，方可在智能手机上查看传感器检测到的环境数据，如图所示。
三、传感器
传感器（sensor）是一种检测装置，能感知被测量物体或环境的信息，并能将感知到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器主要由敏感元件和转换元件组成。
转换元件可将敏感元件感应到的物理量（如温度、湿度、照度等）或化学量（如酸碱度、浓度等）等转变成电信号（模拟信号）。传感器输出电信号通常为弱信号，需要放大电路将它放大，然后经过滤波电路过滤干扰信号等系列信号调理后形成精度较高、信噪比（信号与噪声的比例）较大的电信号，再通过采样和模数转换，调理后的模拟信号被转换成数字信号以方便计算机等设备的处理，最后经过量程计算，数据（如当前的温度、湿度等）通过显示设备或其他输出设备输出，如图所示。
传感器的分类方法很多，若按用途分，可分为位置传感器、接近和运动传感器、惯性传感器、压力敏和力敏传感器、光敏传感器、介质传感器、温度传感器等。
四、物联网通信技术
物联网除了传输数据与信号的网络外，还包括各种传感器、控制执行装置，以及网络控制平台等。
物联网的通信技术繁多，包括蜂窝移动通信系统（4G、5G）近距离无线通信技术（如Wi-fi、蓝牙、
ZigBee、Wave、RFD、NFC）等。不同的通信技术具有各自的特点。
1.蓝牙是一种无线技术标准，可实现两个设备之间的无线短距离数据交换。随着信息技术的发展，各种依托蓝牙与计算机进行短距离无线通信的设备应运而生，如蓝牙鼠标、蓝牙音箱（如下图）等。使用蓝牙时需要对互联的设备进行配对设置，这样才能在两个设备间建立持续的无线连接。
2.ZigBee是基于EE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离低功耗的无线通信技术。
ZigBee可以嵌入各种设备中，用于实现自动控制和远程控制，如下图所示。例如，在灯中嵌入ZigBee，则可实现无线遥控开关灯。
3.Z-Wave是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-Wave技术可将独立的设备转换为智能网络设备，实现控制和无线监测，如下图所示。Z-Wave技术目前主要应用于智能家居领域，如用于实现家电控制。
Z-Wave无线监控
4.射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID的应用很广，如物流管理、门禁控制、食品溯源等，如下图所示。
5.近场通信（NFC）是一种短距离的高频无线通信技术。它由RFID演变而来，在单芯片上结合了感应式读卡器、感应式卡片，可实现电子备之间的非接触式点对点数据传输。目前主要用于交通一卡通、支付卡、门禁卡等，如下图所示。
五、课后作业
1.选择一盆花卉植物，将智能花草环境传感器插入花盆中，在手机端下载与之匹配的App。将智能手机与传感器配对相连，查看目前的环境数据。
2.通过配套资源中的视频了解Arduino开源硬件的开发方法及相关教程。使用开源硬件
Arduino模拟实现智能手机或计算机网页监控土壤湿度。
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精品试卷·第
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第二课时
采集花卉种植环境数据
信息技术沪教版
必修2
第三单元
信息系统的网络
项目七
探究智能花卉养护系统
——了解物联网
01
02
03
04
05
新课导入
采集花卉种植环境数据
传感器
课后作业
物联网通信技术
目
录
一、新课导入
在新的时代，物联网发展迅速，生活的节奏可以说是又快又慢，快的是科技的发展，许多人力已经追赶不上了，慢的是因为正是科技的发展，所以才能让人有时间去做其他的事，省下许多时间与精力。智能科技也已经逐渐渗透到了各个领域，花草养殖行业也在其中，传统的养花方式也逐渐被智能养花方式所替代。
而“花将花草监测仪”就是在这样一个智能时代诞生的，只需要一个花草监测仪和一部手机便可感受真正的智能时代。
二、采集花卉种植环境数据
要实现智能养护，首先需要监测花卉所处的实际环境，包括光照、温度和土壤水分、肥力等。因此，智能花卉养护系统需具有对环境数据的采集功能，这一功能的实现可以依赖传感器。不同类型的传感器可检测不同环境数据，如用光敏传感器检测光照条件，温度传感器检测环境温度，介质传感器检测土壤中的含水量、肥力等。
现在已出现一些基于物联网技术的智能传感器，它们通常汇集多种传感器于一身，集成了存储、处理、通信等模块，可将检测到的数据进行预处理后传输给其他设备（如物联网设备网关、智能手机、服务器等）。有些智能传感器甚至可以自组网，形成一个互联的传感器网络。例如，智能花草环境传感器由多种传感器组成，其下端为湿度、肥力传感器，插入土中后可以检测土壤中的环境；而上端为温度、光照传感器，可以检测土壤以上部分的环境。
但是这种传感器并没有显示功能，要显示传感器采集的数据，还需要借助于App用户在智能手机中下载并安装配套的App,并在App中将智能手机和传感器配对连接后，方可在智能手机上查看传感器检测到的环境数据，如图所示。
三、传感器
传感器（sensor）是一种检测装置，能感知被测量物体或环境的信息，并能将感知到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
转换元件
传感器
敏感元件
转换元件可将敏感元件感应到的物理量（如温度、湿度、照度等）或化学量（如酸碱度、浓度等）等转变成电信号（模拟信号）。传感器输出电信号通常为弱信号，需要放大电路将它放大，然后经过滤波电路过滤干扰信号等系列信号调理后形成精度较高、信噪比（信号与噪声的比例）较大的电信号，再通过采样和模数转换，调理后的模拟信号被转换成数字信号以方便计算机等设备的处理，最后经过量程计算，数据（如当前的温度、湿度等）通过显示设备或其他输出设备输出，如图所示。
传感器的分类方法很多，若按用途分，可分为位置传感器、接近和运动传感器、惯性传感器、压力敏和力敏传感器、光敏传感器、介质传感器、温度传感器等。
四、物联网通信技术
物联网除了传输数据与信号的网络外，还包括各种传感器、控制执行装置，以及网络控制平台等。
物联网的通信技术繁多，包括蜂窝移动通信系统（4G、5G）近距离无线通信技术（如Wi-fi、蓝牙、
ZigBee、Wave、RFD、NFC）等。不同的通信技术具有各自的特点。
4.射频识别（RFID）
5.近场通信（NFC）
3.Z-Wave
1.蓝牙
2.ZigBee
蓝牙是一种无线技术标准，可实现两个设备之间的无线短距离数据交换。随着信息技术的发展，各种依托蓝牙与计算机进行短距离无线通信的设备应运而生，如蓝牙鼠标、蓝牙音箱（如右图）等。
使用蓝牙时需要对互联的设备进行配对设置，这样才能在两个设备间建立持续的无线连接。
01
蓝牙
ZigBee是基于EE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离低功耗的无线通信技术。
ZigBee可以嵌入各种设备中，用于实现自动控制和远程控制，如下图所示。例如，在灯中嵌入ZigBee，则可实现无线遥控开关灯。
02
ZigBee
02
ZigBee
Z-Wave是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-Wave技术可将独立的设备转换为智能网络设备，实现控制和无线监测，如下图所示。Z-Wave技术目前主要应用于智能家居领域，如用于实现家电控制。
03
Z-Wave
03
Z-Wave
射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID的应用很广，如物流管理、门禁控制、食品溯源等，如右图所示。
04
射频识别（RFID）
近场通信（NFC）是一种短距离的高频无线通信技术。它由RFID演变而来，在单芯片上结合了感应式读卡器、感应式卡片，可实现电子备之间的非接触式点对点数据传输。目前主要用于交通一卡通、支付卡、门禁卡等，如右图所示。
05
近场通信（NFC）
五、课后作业
1.选择一盆花卉植物，将智能花草环境传感器插入花盆中，在手机端下载与之匹配的App。将智能手机与传感器配对相连，查看目前的环境数据。
2.通过配套资源中的视频了解Arduino开源硬件的开发方法及相关教程。使用开源硬件
Arduino模拟实现智能手机或计算机网页监控土壤湿度。
谢谢
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