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《通用技術(shù)》選擇性必修6：智能家居應(yīng)用設(shè)計
第四章　 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
第 三 節(jié) 系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)
教學(xué)設(shè)計
教學(xué)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(wèi)浴會為你自動調(diào)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(yuǎn)？
實(shí)現(xiàn)人民對美好生活的向往是我們現(xiàn)代化建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。隨著國家堅持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國的進(jìn)程，我國的科學(xué)技術(shù)得到了高速的發(fā)展。這種帶有科幻色彩的生活場景，已經(jīng)逐漸走進(jìn)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(chǎn)品已經(jīng)漸漸地融入了我們的生活，這些就是同學(xué)們將在本書學(xué)習(xí)的內(nèi)容——智能家居。
教學(xué)目標(biāo)：
知識與技能目標(biāo):
1.以模擬住宅為平臺，以家用電器及家電設(shè)備為主要控制對象，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)等搭建環(huán)保節(jié)能的智能家居系統(tǒng)，并進(jìn)行操作和遠(yuǎn)程控制。
教學(xué)內(nèi)容分析:
第一章從與同學(xué)們生活密切相關(guān)的典型實(shí)例開始，通過調(diào)查、討論等活動，使同學(xué)們了解智能家居的系統(tǒng)特征及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，感悟智能科技應(yīng)用對家庭生活方式的影響，形成親近、運(yùn)用智能科技的積極情感。
第二章通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及傳感器的介紹，使同學(xué)們了解物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用，并通過簡單的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計，了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，理解智能家居與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)性。
第三章通過實(shí)例展示了各種智能家居產(chǎn)品，并讓同學(xué)們親歷一個智能家居產(chǎn)品的設(shè)計過程，掌握簡易智能家居產(chǎn)品的安裝與調(diào)試，同時理解組網(wǎng)、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(shè)計、優(yōu)化與搭建過程，通過情景描述的方式，使同學(xué)們掌握與用戶進(jìn)行溝通的方法，并學(xué)會需求分析。通過本章的學(xué)習(xí)，同學(xué)們還會學(xué)到智能家居的設(shè)計原則及對方案進(jìn)行優(yōu)化的方法。
學(xué)情分析:
學(xué)生對智能家居產(chǎn)品設(shè)計設(shè)計和實(shí)現(xiàn)認(rèn)識有限，他們需要學(xué)習(xí)有關(guān)智能家居產(chǎn)品設(shè)計的知識。
智能家居綜合設(shè)計是整個項目實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要整合用戶需求分析、功能選項、設(shè)備選項、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、施工實(shí)施等多方技術(shù)、方式、方法，從而達(dá)到滿足用戶智能家居生活需求的目的。
智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)的流程包括用戶需求分析、功能設(shè)計、方案設(shè)計、方案優(yōu)化、系統(tǒng)搭建實(shí)現(xiàn)等。
教學(xué)重難點(diǎn):
以模擬住宅為平臺，以家用電器及家電設(shè)備為主要控制對象，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)等搭建環(huán)保節(jié)能的智能家居系統(tǒng)，并進(jìn)行操作和遠(yuǎn)程控制。
教學(xué)策略:
始終強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，在書中設(shè)置了“討論”“分析”“思考”“知識窗”等欄目。這些欄目的設(shè)置，為同學(xué)們自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)提供了方便。
教學(xué)準(zhǔn)備:
展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。
教學(xué)過程:
情景導(dǎo)入:
老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)《通用技術(shù)》選擇性必修6：智能家居應(yīng)用設(shè)計　第四章智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 第 三 節(jié) 系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)。
第三章已對簡單智能照明系統(tǒng)的搭建進(jìn)行了闡述，本節(jié)主要介紹簡單智能電動窗簾、簡單智能家電系統(tǒng)、簡單智能安防報警系統(tǒng)等的搭建與實(shí)現(xiàn)。
一、智能電動窗簾的搭建與實(shí)現(xiàn)
對圖4-6（參見教材P74）所示智能家居系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分解，智能電動窗簾系統(tǒng)如圖4-7（參見教材P77）所示，系統(tǒng)需要用到的設(shè)備與材料清單如表4-6所示，實(shí)物如圖4-8（參見教材P78）所示
表4-6 設(shè)備與材料清單
設(shè)備名稱 數(shù)量 備注
電動窗簾遙控器 1個
電動窗簾電機(jī) 1個
路由器 1個 第三章方案2已使用
家居網(wǎng)關(guān) 1個 第三章方案2已使用
移動終端 1個 手機(jī)或平板電腦
網(wǎng)線、電源線 　1批
本次任務(wù)主要內(nèi)容如表4-7所示。
表4-7 任務(wù)主要內(nèi)容
工作任務(wù) 具體任務(wù)描述
設(shè)備安裝 將窗簾電機(jī)與導(dǎo)軌等器件組裝，并固定在實(shí)訓(xùn)架上
線路連接 為窗簾電機(jī)通電
設(shè)備調(diào)試 1. 將窗簾遙控器與電動窗簾對碼 2. 將窗簾遙控器與家居網(wǎng)關(guān)及APP關(guān)聯(lián)
1．設(shè)備安裝與線路連接
（1）將窗簾桿頂部的安裝碼和側(cè)面的安裝碼用螺絲固定，把窗簾桿安裝在實(shí)訓(xùn)架上。
（2）將窗簾電機(jī)和主傳動箱位置對接后，完成窗簾電機(jī)的安裝，如圖4-9（參見教材P78）所示。
（3）將窗簾遙控器的安裝底板固定在實(shí)訓(xùn)架上，再將窗簾遙控器卡入安裝底板。電動窗簾設(shè)備安裝完成效果如圖4-10（參見教材P78）所示。
2．設(shè)備調(diào)試
（1）為電動窗簾通電，給窗簾遙控器裝上電池。
（2）將電動窗簾設(shè)備與遙控器對碼。先用小號的螺絲刀頂住窗簾電機(jī)下方的對碼孔，長按3秒直到對碼指示燈變紅（圖4-11）（參見教材P79）；找到窗簾遙控器背面的對碼按鈕，用螺絲刀按下（圖4-12）（參見教材P79）。對碼成功后，用窗簾遙控器控制窗簾的開合，測試成功則表示對碼成功，否則重復(fù)以上操作。
（3）在家居網(wǎng)關(guān)的APP上添加窗簾遙控及設(shè)置遙控屬性（圖4-13）（參見教材P79）。打開APP界面，向右滑動屏幕，點(diǎn)擊“遙控”按鈕，單擊上方的“新建遙控”按鈕，在新建遙控界面將遙控開關(guān)命名為“電動窗簾”，類型選擇為“開關(guān)”，設(shè)備選擇為對應(yīng)的家居網(wǎng)關(guān)，選擇對應(yīng)的背景圖片。
（4）進(jìn)入按鈕界面后，向左滑動窗口，進(jìn)入按鈕編輯模式。先刪除默認(rèn)的圓形開關(guān)按鈕，然后分別添加三個方形按鈕，可分別設(shè)置其背景圖片為窗簾開啟、窗簾閉合、窗簾暫停。
（5）單擊“窗簾開啟”按鈕，在彈出的菜單中選擇“學(xué)習(xí)”→“學(xué)習(xí)433M射頻碼”（圖4-14）（參見教材P80），待家居網(wǎng)關(guān)的學(xué)習(xí)指示燈變紅色后，將窗簾遙控對準(zhǔn)家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備，長按遙控面板的“開啟窗簾”按鈕，直到家居網(wǎng)關(guān)的紅色指示燈熄滅，完成窗簾遙控器與家居網(wǎng)關(guān)的對碼，如圖4-15（參見教材P80）所示?！按昂熼]合”“窗簾暫?！卑粹o同理設(shè)置，并進(jìn)行測試。
二、智能家電系統(tǒng)的搭建與實(shí)現(xiàn)
對圖4-6（參見教材P74）所示智能家居系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分解，智能家電系統(tǒng)如圖4-16（參見教材P81）所示，系統(tǒng)需要用到的設(shè)備與材料清單如表4-8所示。
表4-8 設(shè)備與材料清單
設(shè)備名稱 數(shù)量 備注
設(shè)備名稱 數(shù)量 備注
紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器 2個
電視機(jī) 1臺
空調(diào) 1臺
路由器 1個 第三章方案2已使用
家居網(wǎng)關(guān) 1個 第三章方案2已使用
移動終端 　1個 手機(jī)或平板電腦
本次任務(wù)主要內(nèi)容如表4-9所示。
表4-9 任務(wù)主要內(nèi)容
工作任務(wù) 具體任務(wù)描述
設(shè)備安裝 將紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器放在能與空調(diào)、電視機(jī)通信的合適位置
設(shè)備調(diào)試 1. 在APP上添加紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器 2. 使用APP通過紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器學(xué)習(xí)如何控制空調(diào)和電視機(jī)
設(shè)備安裝與調(diào)試
（1）為紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器安裝電池。
（2）進(jìn)入家居網(wǎng)關(guān)APP界面，向左滑動界面，點(diǎn)擊“我的設(shè)備”，并選擇“添加設(shè)備”，選擇“物聯(lián)中繼”。用竹簽按下對接空調(diào)的紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器的復(fù)位鍵，當(dāng)紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器的藍(lán)燈閃爍時按下APP的掃描鍵，完成設(shè)備的添加（圖4-17）（參見教材P82）。重復(fù)本步驟完成對接電視機(jī)的紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器的添加。
（3）將兩個紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器擺放到空調(diào)與電視機(jī)能接收到信號的位置，建議紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器與接收信號設(shè)備間距離不超過3 m，安裝位置可參考圖4-18（參見教材P82）。
（4）在APP中添加“空調(diào)遙控”。在新建遙控界面中分別填入?yún)?shù)，如名稱（空調(diào)）、類型（空調(diào)碼庫）、設(shè)備（選擇空調(diào)對應(yīng)的紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器）等；選擇碼庫后，進(jìn)入碼庫選擇界面，選擇空調(diào)對應(yīng)的品牌，然后反復(fù)點(diǎn)擊“測試下一個”直到空調(diào)控制成功為止，點(diǎn)擊“下載”碼庫，完成空調(diào)的學(xué)習(xí)，如圖4-19（參見教材P83）所示。
（5）在APP中添加電視機(jī)遙控，在新建遙控界面中分別填入?yún)?shù)，如名稱（電視機(jī)）、類型（電視機(jī)、機(jī)頂盒）、設(shè)備（選擇電視機(jī)對應(yīng)的紅外線中繼轉(zhuǎn)發(fā)器）。完成參數(shù)設(shè)置后進(jìn)入電視機(jī)控制界面，單擊其中的開關(guān)電視機(jī)按鈕，選擇“學(xué)習(xí)紅外碼”。待彈出學(xué)習(xí)界面后，將電視機(jī)遙控對準(zhǔn)家居網(wǎng)關(guān)，并輕按遙控器中的開關(guān)按鈕完成學(xué)習(xí)，如圖4-20（參見教材P83）所示。其他的按鈕學(xué)習(xí)方法與開關(guān)鍵學(xué)習(xí)方法相同。
（6）通過APP對空調(diào)和電視機(jī)進(jìn)行控制測試。
三、智能安防報警系統(tǒng)的搭建與實(shí)現(xiàn)
對圖4-6所示智能家居系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行分解，智能安防報警系統(tǒng)如圖4-21（參見教材P84）所示，系統(tǒng)需要用到的設(shè)備與材料清單如表4-10所示，實(shí)物如圖4-22（參見教材P84）所示。
表4-10 設(shè)備與材料清單
設(shè)備名稱 數(shù)量 備注
家庭型紅外報警系統(tǒng) 1套 包括紅外報警主機(jī)、紅外探測器、警笛等設(shè)備
IP攝像頭 1個
家居網(wǎng)關(guān) 1個 第三章方案2已使用
路由器 1個 第三章方案2已使用
移動終端 1個
工具及耗材 1批
本次任務(wù)主要內(nèi)容如表4-11所示。
表4-11 任務(wù)主要內(nèi)容
工作任務(wù) 具體任務(wù)描述
設(shè)備安裝 將報警主機(jī)、紅外探測器、IP攝像頭安裝在實(shí)訓(xùn)架上
線路連接 為報警主機(jī)、紅外探測器、IP攝像頭通電
設(shè)備調(diào)試 1. 在APP中創(chuàng)建設(shè)防、解防相關(guān)界面 2. 為設(shè)防、解防等相關(guān)功能“學(xué)習(xí)”編碼 3. 實(shí)現(xiàn)在APP中添加攝像頭、查看監(jiān)控視頻
知識窗
網(wǎng)絡(luò)攝像頭，又稱IP攝像頭，是一種結(jié)合傳統(tǒng)攝像頭與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代攝像頭。網(wǎng)絡(luò)攝像頭對比模擬攝像頭具有很多優(yōu)勢（表4-12），網(wǎng)絡(luò)攝像頭除了具備一般傳統(tǒng)攝像頭所有的圖像捕捉功能外，機(jī)內(nèi)還內(nèi)置了數(shù)字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)，使得視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮加密后，通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)送至終端用戶。遠(yuǎn)端用戶可在計算機(jī)上使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)攝像頭的IP地址，對網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行訪問，實(shí)時監(jiān)控目標(biāo)現(xiàn)場的情況，并可對圖像資料實(shí)時編輯和存儲，同時還可以控制攝像頭的云臺和鏡頭，進(jìn)行全方位的監(jiān)控。
表4-12 網(wǎng)絡(luò)攝像頭和模擬攝像頭對比
比較參數(shù) 網(wǎng)絡(luò)攝像頭 模擬攝像頭
圖像 網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以達(dá)到100萬、200萬以上像素圖像的輸出。如1 080P百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，內(nèi)置100萬像素CMOS傳感器，支持高達(dá)1 080P的高清分辨率 主要以720P的40萬像素為主
整合方式 網(wǎng)絡(luò)攝像頭內(nèi)置操作系統(tǒng)。使用任何一臺計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)WEB瀏覽器，都能夠管理和查看圖像，并且可以和多畫面的管理軟件共用，實(shí)現(xiàn)多路監(jiān)控，路數(shù)不受限制，不增加硬件的成本 模擬攝像頭要與硬盤錄像機(jī)相連，其路數(shù)有一定的限制。硬盤錄像機(jī)接滿后，再增加攝像頭還要增加硬件的成本
存儲方式 網(wǎng)絡(luò)攝像頭可將圖像資料存儲在遠(yuǎn)程的硬盤上，易于搜尋，易于存儲，不會被破壞。網(wǎng)絡(luò)攝像頭還支持內(nèi)置SD卡 錄像資料只能本地存儲，也不能遠(yuǎn)程查看
安裝方式 只需將網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接到最近的網(wǎng)絡(luò)，并分配一個IP地址就可以。它可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺，不用再去布線 將同軸電纜連接到每一個攝像頭，并連接到控制平臺。每增加一路攝像都要重新布線，并且沒有現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)可以利用
管理方式 可以進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，如錄像設(shè)置、云臺控制、報警設(shè)置、雙向?qū)χv、升級管理等 只能本地觀看圖像，進(jìn)行本地管理
1．設(shè)備安裝和固定
（1）將紅外報警主機(jī)用螺絲固定在實(shí)訓(xùn)架上，用螺絲固定好紅外探測器的支架，并將紅外探測器安裝在支架上；將報警揚(yáng)聲器用扎帶固定在實(shí)訓(xùn)架上，將揚(yáng)聲器的線纜插頭插入紅外報警主機(jī)背面的“警笛”接口，如圖4-23（參見教材P86）所示。
（2）用螺絲固定網(wǎng)絡(luò)攝像頭的支架，并將攝像頭安裝在支架上，然后為攝像頭、紅外報警主機(jī)通電，用網(wǎng)線連接IP攝像頭至路由器，如圖4-24（參見教材P86）所示。
2．紅外報警器調(diào)試
（1）運(yùn)行家居網(wǎng)關(guān)APP，在主界面中向右滑動屏幕，在彈出的菜單下方選擇“遙控”，然后單擊菜單上方的添加遙控按鈕“+”。
（2）在新建遙控界面將遙控開關(guān)命名為“安防監(jiān)控”，類型選擇為“開關(guān)”，設(shè)備選擇為對應(yīng)的家居網(wǎng)關(guān)。
（3）進(jìn)入按鈕界面后，向左滑動窗口，進(jìn)入按鈕編輯模式。分別添加兩個開關(guān)按鈕，并命名為“設(shè)防”“解防”。
①單擊“設(shè)防”按鈕，在彈出的菜單中選擇“學(xué)習(xí)”→“學(xué)習(xí)315M射頻碼”。
②待家居網(wǎng)關(guān)的學(xué)習(xí)指示燈變紅色后，將紅外報警遙控對著家居網(wǎng)關(guān)，長按遙控面板上的“設(shè)防”按鈕，直到家居網(wǎng)關(guān)的指示燈熄滅。
③“解防”按鈕學(xué)習(xí)操作過程與“設(shè)防”按鈕相同。
（4）通過家居網(wǎng)關(guān)APP，測試紅外報警器的“設(shè)防”與“解防”功能。
3．網(wǎng)絡(luò)攝像頭調(diào)試
運(yùn)行家居網(wǎng)關(guān)的APP，添加攝像頭，如圖4-25（參見教材P87）所示。向左滑動窗口，選擇“攝像頭”。在彈出的窗口中選擇“新增攝像頭”，在設(shè)備設(shè)置窗口中點(diǎn)擊“搜索”找到設(shè)備，若找不到設(shè)備可通過掃描條碼的方式解決。輸入UID和密碼（默認(rèn)為admin）后點(diǎn)擊“確定”，添加設(shè)備成功后，即可查看攝像頭的監(jiān)控圖像。
學(xué)習(xí)評價
　　　　　　　　　評價內(nèi)容 評價方式
自評 互評 師評
掌握與用戶進(jìn)行智能家居設(shè)計溝通的方法，學(xué)會需求分析，制作用戶需求表
能結(jié)合用戶的需求及其家庭基本情況，學(xué)會智能家居的功能規(guī)劃
掌握智能家居的設(shè)計原則，設(shè)計智能家居系統(tǒng)方案
能從不同的方向出發(fā)，對智能家居系統(tǒng)方案進(jìn)行優(yōu)化
能搭建簡單的環(huán)保節(jié)能智能家居系統(tǒng)，并進(jìn)行操作和遠(yuǎn)程控制
說明：A—優(yōu)秀，B—良好，C—合格，D—待改進(jìn)
通過本章的學(xué)習(xí)，你的核心素養(yǎng)得到了哪些發(fā)展？
板書設(shè)計
第四章 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
第 三 節(jié) 系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)
一、智能電動窗簾的搭建與實(shí)現(xiàn)
二、智能家電系統(tǒng)的搭建與實(shí)現(xiàn)
三、智能安防報警系統(tǒng)的搭建與實(shí)現(xiàn)
1．設(shè)備安裝和固定
2．紅外報警器調(diào)試
3．網(wǎng)絡(luò)攝像頭調(diào)試
教學(xué)反思
通用技術(shù)
選擇性必修6：智能家居應(yīng)用設(shè)計
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發(fā)
副 主 編：李 榕 周衛(wèi)星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：謝勝利 周衛(wèi)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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