資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修6：智能家居應用設計
第三章 智能家居簡易產品設計
第 一 節 琳瑯滿目的智能家居產品
教學設計
教學背景
清晨，天慢慢亮了，臥室自動響起輕柔的音樂把你喚醒；房間亮起柔和的燈光；智能衛浴會為你自動調整洗浴水溫；智能廚房會為你自動烹飪早餐……
你是不是覺得這樣的智能生活離我們還很遙遠？
實現人民對美好生活的向往是我們現代化建設的出發點和落腳點。隨著國家堅持把發展經濟的著力點放在實體經濟上，推進新型工業化，加快建設制造強國、質量強國、航天強國、交通強國、網絡強國、數字中國的進程，我國的科學技術得到了高速的發展。這種帶有科幻色彩的生活場景，已經逐漸走進了人們的生活。小到智能電燈、智能門鎖，大到智能臥室、智能廚房，各種各樣的智能產品已經漸漸地融入了我們的生活，這些就是同學們將在本書學習的內容——智能家居。
教學目標：
知識與技能目標:
1.了解智能家居產品的類別。
2.對一些標準的傳感器進行簡單的組裝和體驗。
教學內容分析:
第一章從與同學們生活密切相關的典型實例開始，通過調查、討論等活動，使同學們了解智能家居的系統特征及技術標準，感悟智能科技應用對家庭生活方式的影響，形成親近、運用智能科技的積極情感。
第二章通過對物聯網技術的技術構成、結構特征、技術標準及傳感器的介紹，使同學們了解物聯網通信標準在智能家居領域的應用，并通過簡單的物聯網系統的設計，了解物聯網的應用，理解智能家居與物聯網的關聯性。
第三章通過實例展示了各種智能家居產品，并讓同學們親歷一個智能家居產品的設計過程，掌握簡易智能家居產品的安裝與調試，同時理解組網、通信和傳感器等的原理和功能。
第四章是一個較為完整的智能家居的設計、優化與搭建過程，通過情景描述的方式，使同學們掌握與用戶進行溝通的方法，并學會需求分析。通過本章的學習，同學們還會學到智能家居的設計原則及對方案進行優化的方法。
學情分析:
學生對智能家居產品設計認識有限，他們需要學習有關智能家居產品設計的知識。
現代家庭通常都有電視機、音響、電冰箱、空調、洗衣機等各類家用電器，也有窗簾、門鎖、電燈等設備。通過應用計算機、通信和控制技術，將這些電器和設備互聯起來，構建一個智能家居系統，實現家居安防、互動娛樂、通信和電器設備的遠程控制等服務，已經成為未來家庭生活的發展趨勢。本章通過學習簡易智能家居產品的原型構建、程序設計、硬件配置，以達到初步掌握智能家居產品一般設計方法的目的。
教學重難點:
了解智能家居產品的類別。
對一些標準的傳感器進行簡單的組裝和體驗。
教學策略:
始終強調實踐，在書中設置了“討論”“分析”“思考”“知識窗”等欄目。這些欄目的設置，為同學們自主學習、合作學習和探究學習提供了方便。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
教學過程:
情景導入:
老師：本節課我們學習《通用技術》選擇性必修6：智能家居應用設計　第三章 智能家居簡易產品設計第 一 節 琳瑯滿目的智能家居產品。
通過前面的學習，我們知道智能家居產品可分為智能家居互聯網設備、控制終端、傳感器、受控設備四個部分。其中智能家居互聯網設備有網關、路由器和家庭網絡；控制終端有智能手機、平板電腦、智能開關、遙控器等；傳感器有溫濕度傳感器、聲音傳感器、光傳感器、可燃氣體傳感器、煙霧傳感器、人體感應傳感器、無線門磁傳感器等；受控設備有插座、電視機、窗簾、廚房電器等（圖3-1）（參見教材P36）。
討論
圖3-1中手機發出的指令是如何送達電動窗簾和智能高清電視機的？
一、智能家居互聯網設備
1．網關
網關又稱控制主機，是智能家居的“指揮部”，具備無線轉發和無線接收功能，許多網關還具備傳統路由器的功能。所有的控制終端都通過各種外網或內網接入控制主機，由控制主機通過室內無線網或有線網發出指令，控制受控設備。
目前市面上有很多品牌的商用智能家居控制主機（圖3-2）（參見教材P37），除了商用的控制主機，還可以選用樹莓派、香蕉派、Arduino等開源硬件作為控制主機。
（1）樹莓派。
樹莓派由注冊于英國的慈善組織“Raspberry Pi基金會”開發，它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD卡或Micro SD卡為內存硬盤，絕大部分的主板周圍有USB接口和以太網接口，同時擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口，具備所有個人計算機的基本功能，可連接鍵盤、鼠標和網線，如圖3-3（參見教材P37）所示。
（2）香蕉派。
香 蕉 派 是 一 系 列 國 產 的 基 于 ARM 的 微 型 電 腦 主 板 總 稱 ， 目 前 主 要 有 B a n a n a P i
BPI-M1+、Banana Pi BPI-M2+、Banana Pi BPI-M3、Banana Pi BPI-M64（圖3-4）（參見教材P37）等型號，具備強大的聯網和控制能力。
（3）Arduino。
Arduino是源自意大利的一個開源硬件項目平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板（各種型號的Arduino板）和一套計算機端的程序開發環境（Arduino IDE)。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、電動機和其他裝置來反饋、影響環境。電路板上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。目前，Arduino已設計出很多型號來滿足不同使用者的需要，最常用的是Arduino UNO主控板（圖3-5）（參見教材P38）。
2．路由器
路由器（圖3-6）（參見教材P38）是互聯網的主要結點設備，是互聯網絡的樞紐，是用來連接各局域網、廣域網的設備。路由器的核心功能是數據包的路徑選擇和轉發，當我們要發送數據到目標地址時，路由器會選擇一條最佳的路徑，將我們的數據傳輸過去。一般的路由器除了核心功能外，還兼具其他網絡設備的功能，如交換機、防火墻的功能，具有交換、數據過濾功能，可以進行帶寬管理、連接數據管理、訪問數據管理。路由器的管理和設置很方便，多數路由器通過瀏覽器即可進行設置。
對于某些本身不具備路由器功能的控制主機，一般需要路由器配合以完成智能家居網絡的搭建。目前，各種硬件之間有相互融合的趨勢，有些路由器也具備智能家居控制主機的功能，具有控制及協調其他相關智能家電的能力，能實現空調、電視機及其他家電的智能控制。
3．家庭網絡
家庭網絡是在家庭范圍內，將計算機、手機、家用電器、安防報警系統、照明控制等智能家居設備和廣域網相連接的技術。控制主機和控制終端就是通過有線或無線的家庭網絡與外部的互聯網、寬帶無線網、有線電視網等相連，受控設備也是通過有線或無線的方式與家庭網絡相連。
二、控制終端
控制終端通過發送信息給控制主機，進而對智能家居設備進行控制。控制終端有遙控器、智能手機、平板電腦、智能開關等，它們除了有一個按鍵控制一種功能外，還有一鍵控制多種功能的組合，從而實現情景模式組合控制。如圖3-7（參見教材P39）所示，一般智能家居都會使用多種控制終端。
通過在智能手機或平板電腦等控制終端上安裝相關的智能家居控制軟件，可實現智能家居控制操作。智能家居的APP應用界面可以有不同的設計，有的根據智能家居系統功能設計，有的根據應用場景設計，有的結合實際應用需求設計。如圖3-8（參見教材P39）所示為不同智能家居的APP應用界面。
智能開關既能手動控制，也可遙控控制，還可以配合控制主機進行情景模式等集中控制。智能開關包括智能燈光開關面板、智能燈光調光面板、隨意貼開關面板（圖3-9）（參見教材P40）、窗簾控制面板等。此外，語音識別和人腦研究的發展為智能家居帶來了基于語音和意識控制的可能。
三、傳感器
傳感器是家庭網絡的“眼睛”“鼻子”和“耳朵”，它能將“看”到、“聞”到、“聽”到的信息轉換為電信號送到控制主機，幫助智能家居系統實時獲取房間的狀態。在第二章里我們已經了解了很多傳感器，智能家居一般安裝有溫濕度一體化傳感器、聲音傳感器、氣體傳感器、煙霧傳感器、人體感應傳感器等（圖3-10）（參見教材P40）。
四、受控設備
受控設備是智能家居中受控的家居用品，包括智能插座、電視機、智能窗簾、智能廚房電器等，能夠直接被智能家居系統連接和控制。
智能插座（圖3-11）（參見教材P41）一般具有定時功能，因此也可以充當一定的控制終端角色。
立即行動
市場上有許多優秀的國產智能家居產品套件，如某公司智能家居套裝（圖3-12）（參見教材P41），該套裝中包含多功能家居網關、智能插座、無線開關、人體感應傳感器和門窗傳感器等。
請選擇一款國產的智能家居產品套件，根據產品說明書進行組裝和體驗，并分析它的優缺點。
知識窗
智能家居單品是在原有家電設備和家居產品的基礎上，結合物聯網技術，創新產生的新興產品。智能家居單品既擁有一般電器和家居產品的基本實用功能，又包含接入網絡、數據處理、控制聯動等多重功能。
從使用角度看，智能家居單品主要有照明類、娛樂類、安防類、日常起居類、廚房類、環境類等六大類產品，目前使用較廣泛的有智能門鎖、掃地機器人、智能插座、智能攝像頭等。
與智能家居系統相比，智能家居單品操作簡便、選擇多樣、價格親民，更接地氣。但是很多單品之間不能互聯互通，存在功能單一、不兼容等問題，也會影響到人們的體驗感受。如智能冰箱、智能洗衣機和智能空調等智能家居單品，如果是不同廠家生產的，它們不能相互兼容，每個都需要手機單獨使用一個對應的APP來控制，那就會顯得非常麻煩。
在智能家居系統中，情況就完全不一樣了，它可以整合幾乎所有的家電設備，將之集成在同一個控制終端，而且可以根據用戶的需要進行智能化編程，讓各種電器按照用戶的意愿來實現動作，真正實現了省時、省心、省力。
課后作業
習 題
通過互聯網查找資料或市場調查，了解目前市場上常見的智能主機或某一類智能家居單品，并從功能、價格、用戶體驗等方面進行對比分析。
板書設計
第三章 智能家居簡易產品設計
第 一 節 琳瑯滿目的智能家居產品
一、智能家居互聯網設備
1．網關
2.路由器
3．家庭網絡
二、控制終端
三、傳感器
四、受控設備
教學反思
通用技術
選擇性必修6：智能家居應用設計
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：謝勝利 周衛星
本冊副主編：肖 明 毛潤政
編 寫 人 員：凌星星 曹宏欽 朱志琦 劉 方
廣東教育出版社
廣東科技出版社

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