資源簡介

(共13張PPT)
十五課：智慧家居
基于物聯網的家居應用場景與系統設計
本節課任務：
請基于上節課智慧生活物聯系統設計方案構思，結合物聯網在智慧家居中的實際應用，優化智慧家居智慧家居場景的構思，完成智慧生活物聯系統設計方案的智慧家居部分。
導入：
近些年，智慧家居發展較快，不僅與人們的日常生活聯系密切，還是智慧城市建設的第一步。隨著物聯網技術的發展，“智能音箱”“掃地機器人”“智能聲控燈”等智慧家居產品出現在越來越多的家庭中。
觀看視頻，思考什么是智慧家居？
探索：
智慧家居讓我們的家庭生活更加智能化，不僅讓我們享有更便捷和舒適的生活體驗，更為我們打開了高質量生活的新篇章。在這一進程中，物聯網技術扮演著舉足輕重的角色。
思考：
究竟什么是智慧家居呢？
為什么物聯網技術融入到家居中，能讓我們的家變得更“聰明”呢？
請和同學圍繞這些問題繼續探究思考，完成智慧生活物聯系統方案設計中的智慧家居子方案。
智慧家居的概念
智慧家居就是指使用各種技術和設備，提高人們的生活質量與效率，使家庭生活變得更舒適、更安全
生活的應用：
炎炎夏日，我們可以提刖打開家中空調，回到家就很涼爽；清晨起床，窗簾自動拉開，百葉窗自動打開，柔和的陽光傾瀉而來；離開家后，家里的燈會自動關閉，門會自動上鎖……
那么生活中還有哪些常見的智慧家居產品呢？將你知道的產品填寫在課本P90頁寫一寫。
常見智慧家居產品
智能音箱
語音控制中心
掃地機器人
自動清潔
智能聲控燈
語音調節亮度
智慧空調
遠程溫控
物聯網在智慧家居的主要應用
物聯網技術應用能夠讓智慧家居實現智能識別、精準定位、遠程操控、實時監控、在線管理等功能，為人類日常生活提供諸多便利。
1
2
3
智慧安防
攝像頭、傳感器采集數據
異常及時報警
智慧照明
調節燈光亮度和色彩
場景化照明
智慧家電
智慧空調、洗衣機、冰箱
遠程監測控制
智慧安防及體系結構
借助攝像頭、傳感器等設備采集信息，識別到需要報警的情況，系統會自動確認報警信息、狀態及位置；通過終端設備和云平臺，能隨時隨地查看家中的實時動態和視頻儲存回放。
1
應用層
利用終端系統或云平臺對傳輸過來的數據進行呈現、分析、處理、挖掘或操控等，發現安全隱患或事故則及時預警或報警
2
傳輸層
將感知層采集到的數據通過ZigBee、藍牙或Wi-Fi等傳輸技術傳輸到應用層
3
感知層
借助攝像頭、傳感器等設備采集圖像、煙霧、一氧化碳等涉及安全方面的數據
智慧照明
通過使用終端設備和云平臺，人們可以根據各個場景和房間光照需求，調節照明亮度、調整燈光色彩，滿足不同的家庭生活氛圍以及對昭明燈具進行遠程操控。
智慧家電
包括智慧空調、智慧洗衣機、智慧冰箱、智慧插座、智慧廚具等設施。將家中這些電器融入物聯網系統，人們利用終端設備等遠程操控它們，并監測它們的狀態。
智慧家居行業的發展階段
1
單品連接
各個家居產品通過傳輸網絡，如ZigBee,藍牙或Wi-Fi等進行連接，可以對每個單品進行單獨控制，如掃地機器人、智慧電飯煲等
2
物物聯動
同一品牌下的所有家居產品進行用聯網、系統集成，使各產品間能聯動控制，如智慧廚房家居系統、智慧安防系統、智慧照明系統等
3
平臺集成
不同品牌的家居產品都遵循統一 的標準，各種家居產品之間能夠相互兼容、聯動控制
智慧家居系統設計方案
我們可以參考下文，將上面的探索轉換成智慧生活物聯系統設計方案。在完成了前言部分的撰寫后，第一步，根據本課的學習優化之前智慧家居部分的構思；第二步，根據構思展開，分析物聯網技術應用于智慧家居場景時存在的問題和智慧家居應具備的功能；第二步，根據問題與需求，確定智慧家居物聯系統的基本構成。
智慧生活物聯系統設計方案
小組成員：
一、前言
總體概述智慧生活物聯系統設計方案的設計背景、原則與整體構思等 二、智慧家居
（一）家居場景應用現狀與問題分析
正文
（二）智慧家居的功能分析
正文
（三）智慧家居的基本構成
構成智慧家居的各種子系統，如智慧安防系統、智慧照明系統等。從物聯網感知層、傳輸層和應用層三層體系結構的角度來描述搭建這些子系統所需的軟硬件或傳輸技術等。
1.感知層：如需要安裝哪些傳感器或其他感應設備等，用來采集 數據。
2.傳輸層：如采用ZigBee、藍牙或Wi-Fi等無線傳輸技術還是有線傳輸技術，需要購買路由器、網線等哪些網絡設備。
3.應用層：如選擇哪些合適的終端設備或云平臺。
智慧家居框架圖
感知層
溫度、濕度、煙霧傳感器
紅外、攝像頭
傳輸層
ZigBee、藍牙
Wi-Fi網絡
應用層
手機APP
云平臺、語音控制
實踐
初步了解
同學們已經對智慧家居和物聯網在家居場景中的具體應用及發展趨勢有了初步的了解。
產品調研
建議大家選擇代表性的智慧家居產品廠商進行調研，深入了解產品、技術特點和用戶反饋。
總結現狀
總結當前家居領域的物聯網技術應用現狀和問題。
設計方案
分析智慧家居的功能和基本構成，完成智慧生活物聯系統設計方案中的智慧家居子方案的設計。
系統框架圖
在分析智慧家居基本構成時可以：構建智慧家居系統框架圖，展示各部分的組成及其關系，包括感知層、傳輸層和應用層。
知識點回顧與作業
完成智慧家居子方案設計：感知層、傳輸層、應用層
請與同學利用課余時間嘗試應用所學軟硬件知識編程實現方案中的部分設計。第十五課課后練習習題
一、選擇題
容易題（5道）
選擇題 1
題目：以下哪項不屬于智慧家居的典型應用場景？
A. 智慧安防
B. 智慧照明
C. 智能洗衣機
D. 智能語音翻譯機（僅用于語言學習）
答案：D. 智能語音翻譯機（僅用于語言學習）
解析：智慧家居主要指家居內部的安防、照明、家電等場景，語言翻譯機通常并不歸屬于家居場景。
選擇題 2
題目：在智慧家居的物聯網體系結構中，哪一層主要負責采集家居環境中的溫度、濕度、煙霧等數據？
A. 應用層
B. 傳輸層
C. 感知層
D. 控制層
答案：C. 感知層
解析：感知層由各類傳感器（如溫度傳感器、煙霧傳感器等）組成，用于采集環境數據。
選擇題 3
題目：下列哪一種傳輸技術不常用于智慧家居的設備互聯？
A. Wi-Fi
B. 藍牙
C. ZigBee
D. NFC（近場通信）
答案：D. NFC（近場通信）
解析：NFC更常用于短距離支付或身份識別等場景，智慧家居常見的通信技術主要有Wi-Fi、藍牙、ZigBee等。
選擇題 4
題目：智慧家居中“智慧安防”通常采用哪種設備來監測家中異常狀況？
A. 智能電視
B. 智能音箱
C. 攝像頭、傳感器
D. 廚房灶具
答案：C. 攝像頭、傳感器
解析：智慧安防通過攝像頭、門窗傳感器、煙霧傳感器等設備進行監控與預警。
選擇題 5
題目：在智慧家居發展歷程中，單品連接 → 物物聯動 → 平臺集成三個階段的順序反映了什么？
A. 設備由小到大的外形變化
B. 智慧家居系統從簡單到復雜的進化
C. 用戶對家電需求減少
D. 無法實現跨品牌互聯
答案：B. 智慧家居系統從簡單到復雜的進化
解析：單品連接是最初階段，物物聯動與平臺集成是后續更高級的演進，實現更復雜的功能與跨品牌聯動。
中等難度題（2道）
選擇題 6
題目：在智慧家居物聯系統中，以下哪項不是傳輸層的主要功能？
A. 通過ZigBee將傳感器數據發送至網關
B. 采用Wi-Fi將家電狀態上傳到云平臺
C. 在終端App上呈現并分析數據
D. 使用藍牙與智能燈泡通信
答案：C. 在終端App上呈現并分析數據
解析：在物聯網三層架構中，終端App上的呈現與分析屬于應用層功能；傳輸層主要負責數據的網絡傳輸。
選擇題 7
題目：下列哪種方式可以讓不同品牌的智能家居設備實現物物聯動？
A. 將所有設備都使用同一種傳感器
B. 統一使用藍牙進行連接
C. 不同品牌設備之間采用通用協議或平臺進行對接
D. 讓所有設備使用同一個電源插座
答案：C. 不同品牌設備之間采用通用協議或平臺進行對接
解析：要實現跨品牌設備聯動，需要使用通用的物聯網協議或統一平臺，以保證數據和控制指令可以相互兼容。
較難題（1道）
選擇題 8
題目：在設計智慧家居物聯系統方案時，為滿足高安全性和高可擴展性需求，下列哪種做法最全面？
A. 使用單一通信協議簡化設備連接
B. 所有數據只在本地處理，禁止上傳云端
C. 采用多重加密與認證機制，并使用可兼容多協議的網關
D. 僅使用低功耗藍牙控制所有設備
答案：C. 采用多重加密與認證機制，并使用可兼容多協議的網關
解析：在智慧家居中，為兼容多品牌與多場景，需要使用可兼容多協議的網關；同時，為保障安全性，必須在數據傳輸和設備接入上采用多重加密和身份認證措施。
二、判斷題設計（8道）
判斷題 1
題目：智慧家居通過物聯網技術可實現遠程控制家電，但并不涉及任何安防應用。
答案：錯誤
解析：智慧家居不僅包括遠程控制家電，還涵蓋智慧安防等多種應用。
判斷題 2
題目：在智慧家居中，感知層通常由傳感器和攝像頭等設備組成，負責采集環境數據。
答案：正確
解析：感知層是物聯網三層結構的最底層，負責數據采集。
判斷題 3
題目：使用Wi-Fi或藍牙是智慧家居傳輸層常見的做法之一。
答案：正確
解析：傳輸層通過無線通信（如Wi-Fi、藍牙、ZigBee）將感知層采集到的數據發送到應用層或云平臺。
判斷題 4
題目：在智慧家居體系中，應用層的主要功能是執行數據采集和上傳。
答案：錯誤
解析：應用層主要是對接終端用戶和云平臺，對數據進行處理與呈現，數據采集屬于感知層的功能。
判斷題 5
題目：智慧家居的發展歷程從單品連接到物物聯動再到平臺集成，反映了設備間聯動程度不斷提升的過程。
答案：正確
解析：這是智慧家居的發展邏輯，從最初獨立設備到同品牌聯動，最終到跨平臺集成。
判斷題 6
題目：智慧安防僅通過門鎖實現安全功能，不需要傳感器或攝像頭。
答案：錯誤
解析：智慧安防通常還需借助傳感器、攝像頭等設備來實現實時監控和報警功能。
判斷題 7
題目：在智慧家居設計中，若要兼容不同品牌的設備，需要統一通信協議或采用多協議兼容的網關。
答案：正確
解析：跨品牌的設備要實現互聯互通，需要采用通用協議或多協議兼容方案。
判斷題 8
題目：物聯網技術在智慧家居中除了帶來便利，也需關注數據安全與用戶隱私。
答案：正確
解析：智慧家居收集大量個人數據，必須加強安全防護和隱私保護，避免信息泄露或濫用。教學教案設計
總第 15 課時
課 題 名 稱 智慧家居
學習目標 （包含學科核心素養） 理解智慧家居與物聯網技術的關聯及發展趨勢 分析智慧家居應用場景與系統構成 設計與優化智慧家居物聯系統方案
問 題 類 型 學生問題 智慧家居為什么能讓我們的家變得更‘聰明’？物聯網技術在其中起了什么關鍵作用？ 智慧家居有哪些常見的應用場景？例如，智慧安防、智慧照明和智慧家電分別是如何工作的？ 在智慧家居場景中，我們可能遇到哪些尚未解決的問題或用戶需求？又該如何提出改進方案？
學科問題 1. 從物聯網三層體系結構（感知層、傳輸層、應用層）角度，智慧家居的各層次分別承擔哪些功能或技術？ 2. 物聯網技術在智慧家居領域的發展經歷了哪些階段（單品連接、物物聯動、平臺集成），各階段的特點與難點是什么？ 3. 智慧家居系統如何結合用戶需求、物聯網技術和實際場景，形成完整的智慧生活物聯系統設計方案？
教師問題 1. 在指導學生設計智慧家居方案時，如何引導他們結合物聯網體系結構，分析感知層、傳輸層和應用層的具體需求？ 2.如何在實踐環節讓學生通過頭腦風暴、實地調研或技術演示，進一步理解智慧家居的應用現狀和潛在問題？
問題系統 （星號標出核心問題） 1. 從物聯網三層體系結構（感知層、傳輸層、應用層）角度，智慧家居的各層次分別承擔哪些功能或技術？ 2. 物聯網技術在智慧家居領域的發展經歷了哪些階段（單品連接、物物聯動、平臺集成），各階段的特點與難點是什么？ 3. 智慧家居系統如何結合用戶需求、物聯網技術和實際場景，形成完整的智慧生活物聯系統設計方案？
問題探究流程 導（問題引導）、學（自主探究）、探（合作探究）、測（課堂檢測）、拓（知識拓展）
導（問題引導）： 教學情境： 教師播放一段視頻（或使用圖片/動畫演示）： 在視頻中，一個學生早上起床，窗簾自動打開，咖啡機自動啟動，空氣凈化器調整室內空氣質量，智能語音助手提醒今日天氣和行程。 2. 問題引導（激發思考） 教師提問： （1）這個家為什么“聰明”了？它是如何感知人的需求并自動調整環境的？ （2）如果你家也安裝了這樣的系統，哪些功能最吸引你？為什么？ 學生回答并討論，教師總結智慧家居的基本概念： 智慧家居： 通過物聯網技術，實現家居設備的智能控制，提高生活的便利性、舒適度和安全性。 關鍵技術： 感知（傳感器）、傳輸（Wi-Fi、藍牙、NB-IoT等）、應用（APP、語音控制等）。 學（自主探究）： 自主探究任務： 1. 分組任務：智慧家居“三層架構”分析 學生閱讀教材，并結合生活經驗，自主探究智慧家居如何運作。 教師布置任務：請結合教材內容，思考并完成下面的問題。 感知層： 智慧家居中的哪些設備負責數據采集？ （例如：溫度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、攝像頭等） 傳輸層： 這些設備如何把信息傳輸到控制中心？ （例如：Wi-Fi、藍牙、ZigBee、NB-IoT等） 應用層： 用戶如何與智能家居系統進行交互？ （例如：手機APP、智能語音助手、觸控面板等） 學生獨立思考并記錄答案，隨后小組討論。 三、探（合作探究）： 合作探究任務： 教師組織一場智慧家居模擬實驗，讓學生分別扮演智慧家居中的不同角色，如： 傳感器（檢測溫度/濕度/光照等） 數據傳輸（扮演Wi-Fi/藍牙等網絡） 處理中心（模擬智能控制系統） 用戶（通過APP或語音指令控制設備） 任務： 任務1：當室內溫度超過30℃時，系統應該如何調整？ 任務2：當家里沒有人時，如何自動關閉燈光和電器？ 學生通過角色扮演體驗智慧家居的運行流程，并在課堂上分享自己的觀察與思考。 2. 設計任務：智慧家居功能創意 教師任務：請結合智慧家居的功能，設計一款“智能家電”或“智慧家居系統”，描述其功能與工作原理。 學生以小組為單位，討論智慧家居系統的創意方案，并用簡單的圖示或流程圖展示。 選出優秀作品，進行課堂展示和講解。 四（課堂檢測）： 課堂檢測題目設計: 題目： 智慧家居的感知層主要由哪些設備組成？ A.傳感器 B. 無線路由器 C. 手機APP D. 語音助手） 在智慧家居系統中，智能門鎖通常使用哪種技術進行遠程控制？ A. 藍牙 B. ZigBee C. NB-IoT D. 以上都可） 題目：以下哪項不屬于智慧家居的典型應用場景？ A. 智慧安防 B. 智慧照明 C. 智能洗衣機 D. 智能語音翻譯機（僅用于語言學習） 答案：D. 智能語音翻譯機（僅用于語言學習） 題目：在智慧家居中，感知層通常由傳感器和攝像頭等設備組成，負責采集環境數據。 答案：正確 2. 案例分析 教師給出一個現實場景： “小明家的智能燈泡可以通過手機APP遠程控制，回家前可以提前打開燈光。” 問：該智慧家居功能涉及物聯網的哪幾層架構？每層的具體作用是什么？ 學生作答后，教師點評總結。 五、拓（知識拓展）： 1. 未來展望：AI+智慧家居 教師提問：未來的智慧家居可能有哪些突破性變化？ AI如何提升智慧家居的智能化程度？ 5G技術的普及會對智慧家居產生什么影響？ 學生分組討論，結合查閱資料，提出自己的觀點，并由代表分享。 2. 現實挑戰與改進方案 教師引導：當前智慧家居存在哪些問題？如何改進？ 隱私安全問題（如何防止黑客攻擊？） 設備兼容性問題（不同品牌如何實現互聯互通？） 用戶體驗問題（如何讓操作更簡單？） 學生思考并討論后，由教師進行總結提升。
板 書 設 計 智慧家居
一、智慧家居概念 提高生活品質與效率 實現家居設備智能化、自動化 二、物聯網在智慧家居中的應用 智慧安防：攝像頭、傳感器檢測安全隱患 智慧照明：遠程控制燈光亮度、色彩 智慧家電：智能空調、冰箱、洗衣機等實現遠程監控與操作 三、智慧家居的三層結構 感知層：攝像頭、傳感器等采集數據 傳輸層：ZigBee、藍牙、Wi-Fi等傳輸技術 應用層：終端設備、云平臺進行數據分析與呈現
教 學 反 思 智慧家居
1. 內容與現實生活緊密結合 通過智慧家居視頻或案例導入，學生對家中智能設備的應用產生濃厚興趣，更能將理論與實踐相結合，激發學習動機。 2. 知識結構清晰 板書設計與三層架構（感知層、傳輸層、應用層）相呼應，幫助學生從系統層面理解智慧家居如何感知環境、傳輸數據并進行應用處理，抓住教學重點。 3. 學生主體性突出 設計環節中鼓勵學生結合“物聯網體系結構”分析和創新，提出智慧家居場景的改進方案，既培養他們的創新思維，也讓他們體驗了項目式學習的過程。 4. 不足與改進 對不同傳輸協議或安全性細節講解較為簡單，部分學生對協議兼容、隱私安全等問題理解還不夠深入。后續可增加演示或實操環節，讓學生更好地體驗與驗證智慧家居的實際效果與挑戰
1智慧生活物聯系統設計方案
小組成員：
一、前言
總體概述智慧生活物聯系統設計方案的設計背景、原則與整體構思等 二、智慧家居
（一）家居場景應用現狀與問題分析
正文
（二）智慧家居的功能分析
正文
智慧家居的基本構成
構成智慧家居的各種子系統，如智慧安防系統、智慧照明系統等。從物聯網感知層、傳輸層和應用層三層體系結構的角度來描述搭建這些子系統所需的軟硬件或傳輸技術等。
1.感知層：如需要安裝哪些傳感器或其他感應設備等，用來采集 數據。
2.傳輸層：如采用ZigBee、藍牙或Wi-Fi等無線傳輸技術還是有線傳輸技術，需要購買路由器、網線等哪些網絡設備。
3.應用層：如選擇哪些合適的終端設備或云平臺。

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