資源簡介

(共54張PPT)
第2課
物聯網相關技術
八年級
上
（第一課時）
01
學習目標
內容總覽
02
新知導入
03
感知識別技術
04
短距離無線通信技術
05
擴展學習
06
課后練習
07
課堂小結
08
板書設計
教學目標
理解物聯網技術的應用對社會和個人的影響，能夠在應用中考慮社會責任。
信息社會責任
認識到物聯網技術在日常生活和社會生產中的廣泛應用，理解其對社會發展的重要性。
信息意識
掌握條碼識別、RFID技術和傳感器技術的基本原理和工作方式，能夠運用這些技術進行簡單的物聯網應用設計。
計算思維
運用所學的物聯網技術進行創意設計和創新實踐，嘗試開發具有實際應用價值的物聯網應用。
數字化學習與創新
新知導入
物聯網技術正快速滲透到人們的生產生活中，許多設備也越來越智能化。對于社會上的各行各業，物聯網的發展將為其帶來挑戰與機遇。本課我們將學習物聯網的相關技術。
(1)認識日常的定位技術。
(2)了解常見的短距離無線通信技術。
(3)了解常見的感知識別技術。
(4)掌握傳感器技術的原理和分類。
探究新知
一、感知識別技術
通過感知識別技術，讓物品“開口說話、發布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一環，是物聯網區別于其他網絡的重要特點。感知識別技術主要應用在如識別物體、定位物體等方面，常采用條碼識別技術、RFID(射頻識別)技術、傳感器技術等。
探究新知
一、感知識別技術
條碼識別技術的核心是條碼符號。條碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按一定的編碼規則排列，用以表示一組信息，其中“條”指對光線反射率較低的部分，“空”指對光線反射率較高的部分。這種用條、空組成的數據編碼可以供機器識讀，也容易譯成二進制數和十進制數。條碼一般分為一維條碼、二維條碼兩種。
(一)條碼識別技術
思考活動
請同學們說說在生活中你見過的條碼及其識別方法。
思考活動
參考
在生活中，條碼的身影無處不在。最常見的條碼當屬商品上的條形碼，購物時在超市收銀臺，收銀員會用掃描槍對準條形碼進行掃描，隨著“嘀”的一聲，商品信息便自動錄入系統，價格也就自動計算出來了，非常便捷。此外，在圖書館，每本書背后也貼有條碼，借書還書時，圖書管理員會用掃描設備掃一下條碼，就能快速完成借閱或歸還的手續。這些條碼的識別主要依賴于專用的掃描設備，通過光學識別技術快速準確地讀取條碼信息，極大地提高了工作效率。
探究新知
一、感知識別技術
1.一維條碼
一維條碼種類繁多，每種條碼都有自己的一套編碼規則，規定了每個字母由幾根線條、幾個空格組成及排列方式。目前較為流行的一維條碼有EAN碼、39碼、UPC碼、128碼，以及用于書刊管理的ISBN、ISSN等，如圖所示，為ISBN碼。
(一)條碼識別技術
探究新知
一、感知識別技術
2.二維條碼
二維條碼是目前應用較為廣泛的條碼技術，如圖所示。它采用特定的幾何圖形，按一定規律在平面分布的黑白相間的圖形中記錄數據符號信息。
(一)條碼識別技術
探究新知
一、感知識別技術
2.二維條碼
在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內容邏輯基礎的“0”“1”比特流概念，使用若干個與二進制相對應的幾何體來表示文字數值等信息，通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀，以實現信息自動處理。常見的二維條碼有線性堆疊式二維碼和矩陣式二維碼。線性堆疊式二維碼典型的碼制有Code16K、Code49和PDF417等，矩陣式二維碼典型的碼制有OR碼、DataMa-trix條碼、龍貝碼、漢信碼等。
(一)條碼識別技術
思考活動
請同學們討論二維碼對生活的影響，探討是否有更好的使用方案。
思考活動
參考
二維碼已深入我們生活的各個角落，從支付到信息獲取，都提供了極大的便利。通過掃描二維碼，我們可以快速完成支付，無需攜帶現金或銀行卡。同時，二維碼也提供了便捷的信息獲取方式，如掃碼關注公眾號、獲取優惠券等。然而，二維碼的使用還可以更加優化。例如，通過技術升級，實現二維碼的動態加密，以提高安全性。另外，可以結合人工智能，實現二維碼的個性化推薦服務，為用戶提供更精準的信息。這樣，二維碼不僅能提供便捷性，還能增加用戶體驗的個性化與安全性。
探究新知
一、感知識別技術
射頻識別技術即RFID。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，通過無線射頻信號識別特定目標并讀寫相關數據。RFID主要用來識別和跟蹤物體上綁定的標簽，從而實現對物體的管理。
(二)射頻識別技術
探究新知
一、感知識別技術
RFID系統主要由電子標簽、讀寫器和后臺管理系統組成。電子標簽由耦合元件、芯片和天線組成，附著在物體上，每個標簽都有唯一的電子編碼，在標簽中一般保存有被識別物體的相關電子數據。讀寫器是讀取電子標簽數據信息的設備。后臺管理系統是計算機網絡系統，其功能是對讀取的數據進行處理和傳輸。射頻技術應用廣泛，常被應用于鈔票及產品防偽技術、身份證、門票、電子收費系統、電子病歷、倉儲物流等。
(二)射頻識別技術
探究新知
一、感知識別技術
拓展閱讀——耦合元件
兩個或兩個以上的電路構成一個網絡時，若其中某一電路中電流或電壓發生變化，能影響其他電路也發生類似的變化，這種網絡叫作耦合電路，而耦合元件就是兩個電路間的元件。
(二)射頻識別技術
探究新知
一、感知識別技術
RFID系統的工作原理是，閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產生電流獲得能量，或者依靠自身的供電系統主動向閱讀器發送自身編碼等信息，然后由閱讀器采集并解碼，最終將數據發送到計算機系統進行處理，如圖所示。
(二)射頻識別技術
探究新知
一、感知識別技術
傳感器是物聯網的一個重要組成部分。如果將物聯網比作一個人，那么傳感器就是人體的五官，是全面感知外界的核心元件。可以說，傳感器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等“感官”,讓物體慢慢地“活”了起來。
(三)傳感器技術
探究新知
一、感知識別技術
傳感器(國家標準GB7665-87)是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成，如圖所示。
(三)傳感器技術
探究新知
一、感知識別技術
1.傳感器的工作原理
傳感器一般由敏感元件、轉換元件和轉換電路三部分組成，有時還加上輔助電源。傳感器的工作原理是：
(三)傳感器技術
(1)敏感元件直接感受被測的非電學量，并輸出與被測量有確定對應關系的，轉換元件所能接收的其他物理量。
探究新知
一、感知識別技術
(三)傳感器技術
(2)轉換元件將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號。
(3)轉換電路將轉換元件輸出的電信號轉換成易于處理的電壓、電流等電學量，以便后續電路實現顯示、記錄、處理等功能，如圖所示。
探究新知
一、感知識別技術
2.傳感器的分類
傳感器有多種分類方法，但是尚未有一個權威、統一的標準，比較常見的分類如下：
(三)傳感器技術
(1)按照傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、濕度、流量和氣體成分等傳感器，這種分類有利于選擇和應用傳感器。
探究新知
一、感知識別技術
(三)傳感器技術
(2)按照傳感器的工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵和熱電偶等傳感器。這種分類有利于研究和設計傳感器，有利于闡述傳感器的工作原理。
(3)按照傳感器輸出信號的性質分類，又可分為輸出為開關量(“1”和“0”或者“開”和“關”)的開關型傳感器、模擬型傳感器和輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器，其中數字型傳感器便于與計算機連用，且抗干擾性較強。傳感器數字化是今后的發展趨勢。
探究新知
一、感知識別技術
(三)傳感器技術
(4)根據傳感器的能量轉換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器。
思考活動
隨著技術的發展，越來越多的傳感器被運用于智能家居系統中，例如洗衣機、電冰箱、電視機、微波爐等。家用電器中常用的傳感器主要有壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器、光傳感器、超聲波傳感器和紅外線傳感器。請同學們對各類家用電器展開調查，填寫下表。
思考活動
電器名稱 應用的傳感器 傳感器的作用 功能 發展的趨勢
電視機
電飯鍋
電冰箱
微波爐
洗衣機
空調
思考活動
參考
電器名稱 應用的傳感器 傳感器的作用 功能 發展的趨勢
電視機 紅外線傳感器 接收遙控器信號 遠程控制 集成更多智能功能，如語音控制、手勢識別等
電飯鍋 溫度傳感器 控制烹飪溫度 自動烹飪 智能化、多功能一體化，如加入聯網功能進行遠程控制
電冰箱 溫度傳感器 監測冰箱內部溫度 保鮮食物 節能環保、智能管理，如通過APP遠程控制溫度
思考活動
參考
電器名稱 應用的傳感器 傳感器的作用 功能 發展的趨勢
微波爐 溫度傳感器、紅外線傳感器 監測爐內溫度、感知食物熱度 烹飪食物 更加智能化的烹飪程序，自動調整火力和時間
洗衣機 壓力傳感器、水位傳感器 監測洗衣負荷、控制水位 自動洗滌 更高效的洗滌方式，如使用更少的水和電
空調 溫度傳感器、濕度傳感器 監測室內溫度、濕度 調節室內環境 更加智能化的溫控系統，如自動學習用戶習慣進行溫度預設
探究新知
二、短距離無線通信技術
由于物聯網連接的物體多種多樣，物聯網涉及的網絡技術也有很多種，既可以是有線網絡、無線網絡，又可以是短距離網絡、長距離網絡，也可以是企業專用網絡、公用網絡，還可以是局域網、互聯網等。其中，短距離的無線通信技術是物聯網最為活躍的部分，它幫助人們擺脫了各種電纜的束縛，讓小范圍內建立起無線通信網絡，使設備之間的協同工作變得更加方便、快捷。
探究新知
二、短距離無線通信技術
短距離無線通信是一種在較小范圍內，通過無線電波傳輸信息的技術，該技術具有低成本、通信對等和低功耗的特征。目前，發展較為成熟的短距離無線通信技術主要包括Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee等，主要應用于無線上網、智能家居、移動支付、遠程控制等領域。
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二、短距離無線通信技術
Wi-Fi技術是一種允許電子設備連接到一個無線局域網(WLAN)的技術，通常使用2.4GHz或5GHz射頻頻段，幾乎所有智能手機、平板電腦和筆記本電腦都支持Wi-Fi上網，它是當今使用最廣泛的一種無線網絡傳輸技術，其標志如圖所示。多數無線局域網是有密碼保護的，也有一些是開放的，允許WLAN范圍內的任何設備連接。Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有。
(一)Wi-Fi技術
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二、短距離無線通信技術
拓展閱讀——Wi-FiHaLow
2016年，Wi-Fi聯盟公布的802.1lahWi-Fi標準——Wi-FiHaLow,使得Wi-Fi可以被運用于更多地方，如小尺寸、電池供電的可穿戴設備；同時也適用于工業設施內的部署，以及介于兩者之間的應用。HaLow采用900MHz頻段，低于當前Wi-Fi的2.4GHz和5GHz頻段。同時HaLow的覆蓋范圍可以達到1千米，信號更強，且不容易被干擾。
(一)Wi-Fi技術
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二、短距離無線通信技術
藍牙技術是一種實現短距離無線通信的技術規范，其標志如圖所示。藍牙技術已經為越來越多的設備(包括手機、耳機、計算機、鼠標、鍵盤、音響等)賦予了安全、簡便的連接手段，是物聯網中物物互聯的主要無線通信技術之一。藍牙的波段為2400~2483.5MHz,通信半徑從幾米延伸到百米。目前的版本為藍牙5.0,它具有高速、低功耗、低延遲等特性，傳輸速率上限可達24Mbps。
(二)藍牙技術
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二、短距離無線通信技術
在網盤還不太普及的時候，人們習慣打開手機里的藍牙設備，把手機上好玩、好看的東西分享給周圍的朋友。手機、平板電腦等移動設備以及大量的無線外圍設備(藍牙耳機、藍牙鍵盤等)都應用了藍牙技術。在智能家居領域，采用了BluetoothSmart技術的藍牙支持設備與設備之間的“對話”技術，在沒有Wi-Fi的情況下，智能家居設備仍可繼續工作。
(二)藍牙技術
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二、短距離無線通信技術
近場通信(NearFieldCommunication,縮寫為NFC)是一種短距離的高頻無線通信技術，它是手機常見的一個通信接口，通過互相靠近來傳輸數據，如圖所示。
(三)NFC技術
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二、短距離無線通信技術
NFC技術由RFID及互聯互通技術整合演變而來，是一種非接觸式識別和互聯技術，其在單一芯片上集成了感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能，可以在移動設備、消費類電子產品、個人計算機和智能控件工具間進行近距離無線通信，進行識別和數據交換。目前，NFC主要應用在智能手機上，配置了NFC功能的智能手機可以用作機場登機驗證、大廈的門禁鑰匙、智能交通一卡通、代替信用卡進行電子支付等。
(三)NFC技術
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二、短距離無線通信技術
拓展閱讀——NFC與RFID
RFID由閱讀器和標簽組成，只能實現信息的讀取以及判定。具有NFC功能的手機內置了NFC芯片，它是組成RFID模塊的一部分，可以當作RFID無源標簽使用；也可以當作RFID讀寫器，用作數據交換與采集；還可以用于NFC手機之間的數據通信。NFC傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達到幾米甚至幾十米，由于NFC采取了獨特的信號衰減技術，相對于RFID來說，NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。
(三)NFC技術
探究新知
二、短距離無線通信技術
一般來說，NFC終端主要有三種工作模式：主動模式、被動模式和雙向模式。目前，人們常見的NFC工作模式是被動模式。例如，刷手機乘公交、電子支付等，都是將NFC終端模擬成一張卡片。主動模式常見于讀取NFC標簽信息等，雙向模式多用于信息交換，例如交換電子名片。
(三)NFC技術
思考活動
請同學們結合前面所學，總結藍牙技術與NFC技術的異同。
思考活動
參考
藍牙技術與NFC技術均為無線通信技術，但存在顯著差異。藍牙技術傳輸距離較遠，適用于長距離數據同步和音頻傳輸，如無線耳機和智能家居設備連接。NFC技術則專注于短距離通信，傳輸距離在10厘米以內，適用于移動支付、門禁等需快速、安全數據傳輸的場景。此外，NFC無需配對，連接速度快，便捷性高；而藍牙則需設備間搜索配對，操作較復雜。總之，藍牙適用于長距離、大數據傳輸，NFC則適用于短距離、快速安全的數據交換。
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二、短距離無線通信技術
紫蜂技術(ZigBee)是一種新興的短距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術。ZigBee技術的命名主要來自人們對蜜蜂采蜜過程的觀察，蜜蜂在采蜜過程中的舞蹈軌跡很像“Z”的形狀，由于蜜蜂自身體積小、所需要的能量小，又能傳送所采集的花粉，因此人們用ZigBee技術來代表具有成本低、體積小、能量消耗少和傳輸效率低的無線通信技術，中文譯名通常為“紫蜂”技術。
(四)ZigBee技術
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二、短距離無線通信技術
ZigBee的標準是IEEE802.15.4,工作頻率為2.14GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行),其最大數據傳輸速率是250Kbps,傳輸距離從標準的75米到幾百米、幾千米。
(四)ZigBee技術
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二、短距離無線通信技術
ZigBee技術廣泛應用于家庭和樓宇網絡、商業智慧型標簽、傳感器自動化控制、公共場所煙霧探測器等，如圖所示。
(四)ZigBee技術
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二、短距離無線通信技術
例如，使用ZigBee技術，可以對礦井下的人員進行定位。礦井下人員通過佩戴基于Zig-Bee技術的定位卡，使得系統能對井下坑道作業工作人員精確定位，并能準確地提供井下人員的數量和分布情況，為事故處理和救援工作提供可靠的數據。
(四)ZigBee技術
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二、短距離無線通信技術
拓展閱讀——ETC(ElectronicTollCollectionSystem)全自動電子收費系統(ETC,ElectronicTollCollection),是智能交通系統的服務功能之一，它特別適合在高速公路或交通繁忙的橋隧環境下使用。高速公路收費處，有專門的ETC收費通道。車主只要在車輛前擋風玻璃上安裝感應卡并預存費用，通過收費站時便不用人工繳費，也無須停車，高速通行費將從卡中自動扣除，實現自動收費。這種收費系統每車收費耗時不到兩秒，其收費通道的通行能力是人工收費通道的5至10倍。
(四)ZigBee技術
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二、短距離無線通信技術
其原理是利用車輛自動識別技術，通過路側車道或門架上控制系統的信號發射與接收裝置識別車輛上的“電子標簽”,ETC車道計算機根據“電子標簽”中存儲的信息識別出車輛的基本信息，再根據車輛行駛情況從車主的銀行卡中扣除通行費。
(四)ZigBee技術
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拓展學習——物聯網安全
物聯網安全是保護物聯網設備和系統免受網絡攻擊和數據泄露等安全威脅的實踐。由于物聯網設備數量龐大且多樣化，安全性問題變得尤為重要。物聯網安全涉及多個方面，包括設備安全、網絡安全和數據安全等。
設備安全是指保護物聯網設備免受物理破壞、惡意軟件感染、未經授權的訪問等威脅。這包括確保設備的硬件和軟件都是安全的，以及采取適當的身份驗證和訪問控制措施。
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拓展學習——物聯網安全
網絡安全是指保護物聯網設備和系統之間的通信免受攻擊和竊聽。這需要使用加密技術來保護數據的機密性和完整性，以及使用安全的通信協議來確保數據的可靠傳輸。
數據安全是指保護物聯網設備和系統中存儲和處理的數據免受未經授權的訪問、篡改和泄露等威脅。這需要使用強密碼學算法來加密數據，以及實施訪問控制和審計措施來確保只有授權人員才能訪問數據。
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拓展學習——物聯網安全
為了保障物聯網安全，需要采取一系列措施，包括：
1.制定完善的安全策略和流程，確保設備和系統的安全性得到充分考慮和實現。
2.使用最新的安全技術和標準，如加密技術、身份驗證技術、安全通信協議等，確保設備和系統的安全性得到最大程度的保障。
3.定期對設備和系統進行安全漏洞掃描和評估，及時發現和修復安全漏洞，防止攻擊者利用漏洞進行攻擊。
4.對設備和系統進行定期維護和更新，確保設備和系統的安全性和穩定性得到持續保障。
5.提高用戶的安全意識和技能水平，防止因用戶不當操作而引發的安全問題。
課堂總結
本節課我們深入探討了物聯網中的感知識別技術和短距離無線通信技術。通過了解條碼識別、RFID、傳感器技術等感知識別技術，我們認識到這些技術如何讓物體“開口說話”，發布信息，實現物理世界和信息世界的融合。同時，我們也學習了短距離無線通信技術的幾種主流方式，包括Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee，了解了它們的工作原理、應用場景及發展趨勢。這些技術不僅讓我們的生活更加便捷，也為智能家居、移動支付、遠程控制等領域的發展提供了強大的支持。通過本節課的學習，希望同學們能夠對這些技術有更深入的理解，并在未來的學習和生活中加以應用。
課后作業
隨著物聯網技術的發展，短距離無線通信技術將在哪些方面進一步拓展應用？請至少提出兩點你的看法，并簡述理由。
板書
53
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物聯網相關技術教學設計
課題 物聯網相關技術（第一課時） 單元 走進物聯網 學科 初中信息科技 年級 八年級
教材分析 本教材深入淺出地介紹了物聯網的相關技術，重點講解了感知識別技術和短距離無線通信技術。在感知識別技術部分，教材詳細介紹了條碼識別技術、射頻識別技術和傳感器技術，通過實例和圖表幫助學生理解并掌握相關知識。在短距離無線通信技術部分，教材系統介紹了Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee等主流技術，不僅闡述了各項技術的原理和特點，還結合實際應用場景，幫助學生理解其在物聯網中的應用價值。整體而言，本教材結構清晰，內容詳實，注重理論與實踐的結合，能夠有效幫助學生建立物聯網技術的知識體系，為后續的學習和應用打下堅實的基礎。
學習目標 信息意識：認識到物聯網技術在日常生活和社會生產中的廣泛應用，理解其對社會發展的重要性。計算思維：掌握條碼識別、RFID技術和傳感器技術的基本原理和工作方式，能夠運用這些技術進行簡單的物聯網應用設計。數字化學習與創新：運用所學的物聯網技術進行創意設計和創新實踐，嘗試開發具有實際應用價值的物聯網應用。信息社會責任：理解物聯網技術的應用對社會和個人的影響，能夠在應用中考慮社會責任。
重點 掌握物聯網中的感知識別技術和短距離無線通信技術的基本原理與應用。具體包括：條碼識別技術、RFID技術、傳感器技術的原理與分類；Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee等短距離無線通信技術的特點、應用場景及相互之間的異同。
難點 理解傳感器技術的復雜分類及其在不同領域的應用，以及短距離無線通信技術的多樣性和各自的技術特點。同時，引導學生將理論知識與實際生活應用相結合，培養其分析問題和解決實際問題的能力，也是教學中的難點所在。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 物聯網技術正快速滲透到人們的生產生活中，許多設備也越來越智能化。對于社會上的各行各業，物聯網的發展將為其帶來挑戰與機遇。本課我們將學習物聯網的相關技術。(1)認識日常的定位技術。(2)了解常見的短距離無線通信技術。(3)了解常見的感知識別技術。(4)掌握傳感器技術的原理和分類。 了解本課學習的主題即圍繞物聯網相關技術展開探究。 引出本課學習主題，激發學生學習興趣。
講授新課 一、感知識別技術通過感知識別技術，讓物品“開口說話、發布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一環，是物聯網區別于其他網絡的重要特點。感知識別技術主要應用在如識別物體、定位物體等方面，常采用條碼識別技術、RFID(射頻識別)技術、傳感器技術等。(一)條碼識別技術條碼識別技術的核心是條碼符號。條碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按一定的編碼規則排列，用以表示一組信息，其中“條”指對光線反射率較低的部分，“空”指對光線反射率較高的部分。這種用條、空組成的數據編碼可以供機器識讀，也容易譯成二進制數和十進制數。條碼一般分為一維條碼、二維條碼兩種。思考活動請同學們說說在生活中你見過的條碼及其識別方法。1.一維條碼一維條碼種類繁多，每種條碼都有自己的一套編碼規則，規定了每個字母由幾根線條、幾個空格組成及排列方式。目前較為流行的一維條碼有EAN碼、39碼、UPC碼、128碼，以及用于書刊管理的ISBN、ISSN等，如圖2-1所示，為ISBN碼。2.二維條碼二維條碼是目前應用較為廣泛的條碼技術，如圖2-2所示。它采用特定的幾何圖形，按一定規律在平面分布的黑白相間的圖形中記錄數據符號信息。在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內容邏輯基礎的“0”“1”比特流概念，使用若干個與二進制相對應的幾何體來表示文字數值等信息，通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀，以實現信息自動處理。常見的二維條碼有線性堆疊式二維碼和矩陣式二維碼。線性堆疊式二維碼典型的碼制有Code16K、Code49和PDF417等，矩陣式二維碼典型的碼制有OR碼、DataMa-trix條碼、龍貝碼、漢信碼等。思考活動請同學們討論二維碼對生活的影響，探討是否有更好的使用方案。(二)射頻識別技術射頻識別技術即RFID。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，通過無線射頻信號識別特定目標并讀寫相關數據。RFID主要用來識別和跟蹤物體上綁定的標簽，從而實現對物體的管理。RFID系統主要由電子標簽、讀寫器和后臺管理系統組成。電子標簽由耦合元件、芯片和天線組成，附著在物體上，每個標簽都有唯一的電子編碼，在標簽中一般保存有被識別物體的相關電子數據。讀寫器是讀取電子標簽數據信息的設備。后臺管理系統是計算機網絡系統，其功能是對讀取的數據進行處理和傳輸。射頻技術應用廣泛，常被應用于鈔票及產品防偽技術、身份證、門票、電子收費系統、電子病歷、倉儲物流等。拓展閱讀——耦合元件兩個或兩個以上的電路構成一個網絡時，若其中某一電路中電流或電壓發生變化，能影響其他電路也發生類似的變化，這種網絡叫作耦合電路，而耦合元件就是兩個電路間的元件。RFID系統的工作原理是，閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產生電流獲得能量，或者依靠自身的供電系統主動向閱讀器發送自身編碼等信息，然后由閱讀器采集并解碼，最終將數據發送到計算機系統進行處理，如圖2-3所示。(三)傳感器技術傳感器是物聯網的一個重要組成部分。如果將物聯網比作一個人，那么傳感器就是人體的五官，是全面感知外界的核心元件。可以說，傳感器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等“感官”,讓物體慢慢地“活”了起來。傳感器(國家標準GB7665-87)是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成，如圖2-4所示。1.傳感器的工作原理傳感器一般由敏感元件、轉換元件和轉換電路三部分組成，有時還加上輔助電源。傳感器的工作原理是：(1)敏感元件直接感受被測的非電學量，并輸出與被測量有確定對應關系的，轉換元件所能接收的其他物理量。(2)轉換元件將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號。(3)轉換電路將轉換元件輸出的電信號轉換成易于處理的電壓、電流等電學量，以便后續電路實現顯示、記錄、處理等功能，如圖2-5所示。2.傳感器的分類傳感器有多種分類方法，但是尚未有一個權威、統一的標準，比較常見的分類如下：(1)按照傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、濕度、流量和氣體成分等傳感器，這種分類有利于選擇和應用傳感器。(2)按照傳感器的工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵和熱電偶等傳感器。這種分類有利于研究和設計傳感器，有利于闡述傳感器的工作原理。(3)按照傳感器輸出信號的性質分類，又可分為輸出為開關量(“1”和“0”或者“開”和“關”)的開關型傳感器、模擬型傳感器和輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器，其中數字型傳感器便于與計算機連用，且抗干擾性較強。傳感器數字化是今后的發展趨勢。(4)根據傳感器的能量轉換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器。思考活動隨著技術的發展，越來越多的傳感器被運用于智能家居系統中，例如洗衣機、電冰箱、電視機、微波爐等。家用電器中常用的傳感器主要有壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器、光傳感器、超聲波傳感器和紅外線傳感器。請同學們對各類家用電器展開調查，填寫表2-1。表2-1家用電器的傳感器調查電器名稱應用的傳感器傳感器的作用功能發展的趨勢電視機電飯鍋電冰箱微波爐洗衣機空調二、短距離無線通信技術由于物聯網連接的物體多種多樣，物聯網涉及的網絡技術也有很多種，既可以是有線網絡、無線網絡，又可以是短距離網絡、長距離網絡，也可以是企業專用網絡、公用網絡，還可以是局域網、互聯網等。其中，短距離的無線通信技術是物聯網最為活躍的部分，它幫助人們擺脫了各種電纜的束縛，讓小范圍內建立起無線通信網絡，使設備之間的協同工作變得更加方便、快捷。短距離無線通信是一種在較小范圍內，通過無線電波傳輸信息的技術，該技術具有低成本、通信對等和低功耗的特征。目前，發展較為成熟的短距離無線通信技術主要包括Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee等，主要應用于無線上網、智能家居、移動支付、遠程控制等領域。(一)Wi-Fi技術Wi-Fi技術是一種允許電子設備連接到一個無線局域網(WLAN)的技術，通常使用2.4GHz或5GHz射頻頻段，幾乎所有智能手機、平板電腦和筆記本電腦都支持Wi-Fi上網，它是當今使用最廣泛的一種無線網絡傳輸技術，其標志如圖2-6所示。多數無線局域網是有密碼保護的，也有一些是開放的，允許WLAN范圍內的任何設備連接。Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有。拓展閱讀——Wi-FiHaLow2016年，Wi-Fi聯盟公布的802.1lahWi-Fi標準——Wi-FiHaLow,使得Wi-Fi可以被運用于更多地方，如小尺寸、電池供電的可穿戴設備；同時也適用于工業設施內的部署，以及介于兩者之間的應用。HaLow采用900MHz頻段，低于當前Wi-Fi的2.4GHz和5GHz頻段。同時HaLow的覆蓋范圍可以達到1千米，信號更強，且不容易被干擾。(二)藍牙技術藍牙技術是一種實現短距離無線通信的技術規范，其標志如圖2-7所示。藍牙技術已經為越來越多的設備(包括手機、耳機、計算機、鼠標、鍵盤、音響等)賦予了安全、簡便的連接手段，是物聯網中物物互聯的主要無線通信技術之一。藍牙的波段為2400~2483.5MHz,通信半徑從幾米延伸到百米。目前的版本為藍牙5.0,它具有高速、低功耗、低延遲等特性，傳輸速率上限可達24Mbps。在網盤還不太普及的時候，人們習慣打開手機里的藍牙設備，把手機上好玩、好看的東西分享給周圍的朋友。手機、平板電腦等移動設備以及大量的無線外圍設備(藍牙耳機、藍牙鍵盤等)都應用了藍牙技術。在智能家居領域，采用了BluetoothSmart技術的藍牙支持設備與設備之間的“對話”技術，在沒有Wi-Fi的情況下，智能家居設備仍可繼續工作。(三)NFC技術近場通信(NearFieldCommunication,縮寫為NFC)是一種短距離的高頻無線通信技術，它是手機常見的一個通信接口，通過互相靠近來傳輸數據，如圖2-8所示。NFC技術由RFID及互聯互通技術整合演變而來，是一種非接觸式識別和互聯技術，其在單一芯片上集成了感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能，可以在移動設備、消費類電子產品、個人計算機和智能控件工具間進行近距離無線通信，進行識別和數據交換。目前，NFC主要應用在智能手機上，配置了NFC功能的智能手機可以用作機場登機驗證、大廈的門禁鑰匙、智能交通一卡通、代替信用卡進行電子支付等。拓展閱讀——NFC與RFIDRFID由閱讀器和標簽組成，只能實現信息的讀取以及判定。具有NFC功能的手機內置了NFC芯片，它是組成RFID模塊的一部分，可以當作RFID無源標簽使用；也可以當作RFID讀寫器，用作數據交換與采集；還可以用于NFC手機之間的數據通信。NFC傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達到幾米甚至幾十米，由于NFC采取了獨特的信號衰減技術，相對于RFID來說，NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。一般來說，NFC終端主要有三種工作模式：主動模式、被動模式和雙向模式。目前，人們常見的NFC工作模式是被動模式。例如，刷手機乘公交、電子支付等，都是將NFC終端模擬成一張卡片。主動模式常見于讀取NFC標簽信息等，雙向模式多用于信息交換，例如交換電子名片。思考活動請同學們結合前面所學，總結藍牙技術與NFC技術的異同。(四)ZigBee技術紫蜂技術(ZigBee)是一種新興的短距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術。ZigBee技術的命名主要來自人們對蜜蜂采蜜過程的觀察，蜜蜂在采蜜過程中的舞蹈軌跡很像“Z”的形狀，由于蜜蜂自身體積小、所需要的能量小，又能傳送所采集的花粉，因此人們用ZigBee技術來代表具有成本低、體積小、能量消耗少和傳輸效率低的無線通信技術，中文譯名通常為“紫蜂”技術。ZigBee的標準是IEEE802.15.4,工作頻率為2.14GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行),其最大數據傳輸速率是250Kbps,傳輸距離從標準的75米到幾百米、幾千米。ZigBee技術廣泛應用于家庭和樓宇網絡、商業智慧型標簽、傳感器自動化控制、公共場所煙霧探測器等，如圖2-9所示。例如，使用ZigBee技術，可以對礦井下的人員進行定位。礦井下人員通過佩戴基于Zig-Bee技術的定位卡，使得系統能對井下坑道作業工作人員精確定位，并能準確地提供井下人員的數量和分布情況，為事故處理和救援工作提供可靠的數據。拓展閱讀——ETC(ElectronicTollCollectionSystem)全自動電子收費系統(ETC,ElectronicTollCollection),是智能交通系統的服務功能之一，它特別適合在高速公路或交通繁忙的橋隧環境下使用。高速公路收費處，有專門的ETC收費通道。車主只要在車輛前擋風玻璃上安裝感應卡并預存費用，通過收費站時便不用人工繳費，也無須停車，高速通行費將從卡中自動扣除，實現自動收費。這種收費系統每車收費耗時不到兩秒，其收費通道的通行能力是人工收費通道的5至10倍。其原理是利用車輛自動識別技術，通過路側車道或門架上控制系統的信號發射與接收裝置識別車輛上的“電子標簽”,ETC車道計算機根據“電子標簽”中存儲的信息識別出車輛的基本信息，再根據車輛行駛情況從車主的銀行卡中扣除通行費。拓展學習——物聯網安全物聯網安全是保護物聯網設備和系統免受網絡攻擊和數據泄露等安全威脅的實踐。由于物聯網設備數量龐大且多樣化，安全性問題變得尤為重要。物聯網安全涉及多個方面，包括設備安全、網絡安全和數據安全等。設備安全是指保護物聯網設備免受物理破壞、惡意軟件感染、未經授權的訪問等威脅。這包括確保設備的硬件和軟件都是安全的，以及采取適當的身份驗證和訪問控制措施。網絡安全是指保護物聯網設備和系統之間的通信免受攻擊和竊聽。這需要使用加密技術來保護數據的機密性和完整性，以及使用安全的通信協議來確保數據的可靠傳輸。數據安全是指保護物聯網設備和系統中存儲和處理的數據免受未經授權的訪問、篡改和泄露等威脅。這需要使用強密碼學算法來加密數據，以及實施訪問控制和審計措施來確保只有授權人員才能訪問數據。為了保障物聯網安全，需要采取一系列措施，包括：制定完善的安全策略和流程，確保設備和系統的安全性得到充分考慮和實現。使用最新的安全技術和標準，如加密技術、身份驗證技術、安全通信協議等，確保設備和系統的安全性得到最大程度的保障。定期對設備和系統進行安全漏洞掃描和評估，及時發現和修復安全漏洞，防止攻擊者利用漏洞進行攻擊。對設備和系統進行定期維護和更新，確保設備和系統的安全性和穩定性得到持續保障。提高用戶的安全意識和技能水平，防止因用戶不當操作而引發的安全問題。 簡要了解感知識別技術。初步了解條碼識別技術。學習一維條碼技術。學習二維條碼技術。學習射頻識別技術。了解耦合元件的含義。學習RFID系統的工作原理。初步了解傳感器技術。學習傳感器的工作原理。了解傳感器的分類。小組合作完成家用電器的傳感器調查。初步了解短距離無線通信技術。學習Wi-Fi技術。了解Wi-FiHaLow技術。學習藍牙技術。學習NFC技術。了解NFC與RFID的特點。學習ZigBee技術。了解ETC技術。學習物聯網安全知識。 通過詳細闡述感知識別技術及其在生活中的應用，讓學生深入理解物聯網技術的基礎和重要性。通過介紹條碼識別技術、射頻識別技術和傳感器技術，激發學生對物聯網技術的興趣，并提升他們對這些技術如何影響日常生活的認識。同時，通過思考活動和拓展閱讀，鼓勵學生主動探索和創新，培養他們的問題解決能力和批判性思維。讓學生調研并理解家用電器中傳感器的應用，探索技術發展趨勢，培養實踐與探索能力。通過深入了解短距離無線通信技術，包括Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee等技術，對物聯網中的關鍵通信技術有更全面的認識。通過介紹這些技術的原理、應用及發展，旨在激發學生對物聯網技術的興趣，理解這些技術在智能家居、移動支付、遠程控制等領域的重要作用。同時，通過拓展閱讀和思考活動，鼓勵學生進行知識探索和綜合運用，培養其分析問題和解決問題的能力，以適應科技發展的需求。通過學習物聯網安全的概念和重要性，學生能夠更加深刻地認識到網絡安全對于個人和社會的重要性，從而培養出強烈的安全意識，自覺地在日常生活和學習中注意保護個人信息和設備安全。
課后練習 隨著物聯網技術的發展，短距離無線通信技術將在哪些方面進一步拓展應用？請至少提出兩點你的看法，并簡述理由。 結合本課學習內容，獨立完成課后練習。 考察學生對物聯網技術及短距離無線通信技術發展趨勢的理解與應用拓展能力。以此培養學生的前瞻性思維與創新能力。
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：本節課我們深入探討了物聯網中的感知識別技術和短距離無線通信技術。通過了解條碼識別、RFID、傳感器技術等感知識別技術，我們認識到這些技術如何讓物體“開口說話”，發布信息，實現物理世界和信息世界的融合。同時，我們也學習了短距離無線通信技術的幾種主流方式，包括Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee，了解了它們的工作原理、應用場景及發展趨勢。這些技術不僅讓我們的生活更加便捷，也為智能家居、移動支付、遠程控制等領域的發展提供了強大的支持。通過本節課的學習，希望同學們能夠對這些技術有更深入的理解，并在未來的學習和生活中加以應用。 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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