任務(wù)一物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的識別與檢測【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的類型。2．了解常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的特點與功能。3．能正確識別常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。4．能對常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行簡單檢測。5．激發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興趣，增強(qiáng)對專業(yè)的熱愛?！救蝿?wù)情景】常見的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有傳感器、執(zhí)行器、通信設(shè)備、邊緣計算設(shè)備等。某公司采購了一批物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，主要有傳感器和執(zhí)行器，具體包括光敏傳感器、溫濕度傳感器、化學(xué)傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器、電機(jī)、RGB彩燈模塊等，請檢測并判斷它們能否正常使用?！救蝿?wù)分析】為了完成上述任務(wù)，首先需要熟悉物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括光敏傳感器、溫濕度傳感器、化學(xué)傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器、電機(jī)、RGB彩燈模塊等；然后，可以通過觀察外觀、使用萬用表等方式對它們進(jìn)行測試，以驗證它們是否能夠正常運行?！鞠嚓P(guān)知識】一、常用傳感器二、常用執(zhí)行器一、常用傳感器1．光敏傳感器光敏傳感器基于光電效應(yīng)原理，它能夠感知光照強(qiáng)度變化，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過電路對這些信號進(jìn)行放大和處理，從而實現(xiàn)測量光照強(qiáng)度的功能。光敏傳感器的主要用途是檢測光照強(qiáng)度、光脈沖、光斑位置、光斑尺寸，以及光的方向和顏色等。在實際使用中，光敏傳感器可以應(yīng)用于多種場景。例如，它可以用于檢測室內(nèi)或室外的光照強(qiáng)度，以便在需要時進(jìn)行調(diào)節(jié)或管理。光敏傳感器的主要特點是靈敏度高、動態(tài)范圍寬、可編程性和自適應(yīng)性強(qiáng)等。傳感器用于檢測各種環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、壓力等），并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胂到y(tǒng)進(jìn)行分析。常用傳感器的作用和特點如下。光敏傳感器一、常用傳感器2．溫濕度傳感器溫濕度傳感器能夠感知環(huán)境中的溫度和濕度變化，并將這些變化轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過電路放大和處理這些信號，從而實現(xiàn)測量溫度和濕度的功能。在實際使用中，溫濕度傳感器用于檢測環(huán)境中的溫度和濕度，用戶可以根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整環(huán)境中的溫度和濕度，以達(dá)到最佳的工作環(huán)境。溫濕度傳感器可以用于溫室種植、工業(yè)控制等。溫濕度傳感器的主要特點是功耗低、延遲低、安全性和隱私性強(qiáng)等，然而，它并不具備高精度和長期穩(wěn)定性，因此難以作為計量器具使用。溫濕度傳感器一、常用傳感器3．化學(xué)傳感器化學(xué)傳感器能夠?qū)⒛繕?biāo)化學(xué)物質(zhì)引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)相互作用轉(zhuǎn)換為電信號，從而實現(xiàn)檢測化學(xué)物質(zhì)濃度的功能?；瘜W(xué)傳感器的主要用途包括檢測環(huán)境中的有害氣體、污染物或特定化合物?；瘜W(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)安全、食品安全、醫(yī)療診斷和化學(xué)分析等領(lǐng)域?；瘜W(xué)傳感器的主要特點是體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、可靠性強(qiáng)、檢測范圍大、價格低廉，以及易于實現(xiàn)自動化檢測和在線或原位連續(xù)檢測等。一、常用傳感器4．紅外傳感器紅外傳感器能夠?qū)⒓t外線的能量轉(zhuǎn)換為電信號，從而實現(xiàn)檢測紅外線的功能。紅外傳感器的主要用途包括檢測目標(biāo)物體的熱輻射、溫度變化和運動，并將其轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行分析和處理。紅外傳感器廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控、人體檢測、智能家居、無人機(jī)導(dǎo)航、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。紅外傳感器的主要特點是性能穩(wěn)定、靈敏度高、隱蔽性強(qiáng)、誤報率低、適應(yīng)性強(qiáng)等。紅外傳感器一、常用傳感器5．超聲波傳感器超聲波傳感器基于超聲波的傳播和回波原理，將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，在接收到超聲波時，也能將其轉(zhuǎn)變成電能，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物體的檢測和距離測量功能。超聲波傳感器的主要用途是測量距離、檢測障礙物、實現(xiàn)非接觸式精確定位等。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用于自動駕駛汽車、智能機(jī)器人、倉儲管理、智能家居等領(lǐng)域。超聲波傳感器的主要特點是靈敏度高、非接觸式測量、抗干擾性強(qiáng)、可編程性強(qiáng)，它適用于距離和速度的測量。超聲波傳感器二、常用執(zhí)行器1．電機(jī)電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，通過電流在磁場中的作用讓電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)驅(qū)動機(jī)械運動的功能。在物聯(lián)網(wǎng)中常用的電機(jī)有直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等。其中，步進(jìn)電機(jī)是一種能進(jìn)行精準(zhǔn)控制的電機(jī)，它能將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移或線位移，通過控制施加在電機(jī)線圈上的電脈沖順序、頻率和數(shù)量，實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。電機(jī)的主要用途是為自動化設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等提供動力和精準(zhǔn)控制。電機(jī)的主要特點是速度控制精確、響應(yīng)速度快、控制電路簡單等。執(zhí)行器能夠執(zhí)行特定的動作，例如控制燈光、調(diào)節(jié)溫度、開關(guān)電器等。執(zhí)行器通過接收來自中央系統(tǒng)或其他設(shè)備的指令來實現(xiàn)自動化操作。常用執(zhí)行器如下。電機(jī)二、常用執(zhí)行器2．RGB彩燈模塊RGB指3種顏色：紅色（Red）、綠色（Green）和藍(lán)色（Blue）。RGB彩燈模塊用于處理顏色信息，可以對圖像、視頻等進(jìn)行顏色處理和轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)不同的視覺效果。RGB彩燈模塊是一種基于電子控制方式，實現(xiàn)LED燈的各種燈光模式和顏色變化的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。RGB彩燈模塊的主要用途是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和智能分析，以便根據(jù)需求實現(xiàn)各種視覺效果。這些功能可以讓用戶創(chuàng)造出精彩的燈光體驗和裝飾效果，為場所提供高品質(zhì)的照明服務(wù)，提高城市的環(huán)境質(zhì)量和宜居性。RGB彩燈模塊的主要特點為功耗低、易于編程、高度集成、體積小、價格低等。RGB彩燈模塊【技能訓(xùn)練】嘗試從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出本任務(wù)所需的硬件設(shè)備（光敏傳感器、溫濕度傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器、電機(jī)、RGB彩燈模塊）。序號設(shè)備名稱1物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件2指針式萬用表硬件設(shè)備清單物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件【技能訓(xùn)練】活動一

識別常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備活動二

檢測常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備活動一

識別常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備識別物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以采取以下幾種方法：查看外觀標(biāo)志、閱讀產(chǎn)品文檔、掃描設(shè)備上的二維碼或條形碼、咨詢制造商等。序號設(shè)備名稱外觀識別方法設(shè)備圖例1光敏傳感器光敏傳感器中間有一個光敏電阻，其外觀像一盞燈，2個引腳焊接在主板上，電阻旁邊通常有一個小太陽標(biāo)記；主板上有“LightSensor”標(biāo)注，即光敏傳感器的英文標(biāo)注

2溫濕度傳感器溫濕度傳感器上有熱敏電阻和濕敏電阻，一般情況下，電阻會被透氣的塑料塊包裹保護(hù)，并引出4個引腳分別與主板上VCC、OUT、NC、GND這4個引腳相連

3紅外傳感器紅外傳感器上有一個菲涅耳透鏡，其材質(zhì)一般為塑料，呈半圓球狀；通常主板上有“PassiveInfraredSensor”標(biāo)注，即被動式紅外傳感器的英文標(biāo)注

4超聲波傳感器超聲波傳感器上有兩個圓柱體，分別是超聲波發(fā)送器和超聲波接收器，并由TRIG和ECHO兩個引腳來發(fā)送超聲波和接收超聲波；通常主板上有“UltrasonicSensor”標(biāo)注，即超聲波傳感器的英文標(biāo)注

5電機(jī)電機(jī)外形略帶圓柱體，配套風(fēng)扇使用，電機(jī)通過轉(zhuǎn)子驅(qū)動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向可以通過改變電源的接入方式來控制

6RGB彩燈模塊RGB彩燈模塊中間有LED燈，由B+、R+、G+引腳控制燈光的顏色；通常主板上有“RGBmodule”標(biāo)注，即RGB彩燈模塊的英文標(biāo)注

常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的外觀識別方法及設(shè)備圖例活動二

檢測常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一、檢測光敏傳感器在檢測光敏傳感器之前，首先觀察傳感器表面是否損壞，引腳、排線是否有銹跡或斷裂；然后將指針式萬用表設(shè)置在“R×1K”擋（初始設(shè)置在“R×1K”擋是為了在保護(hù)設(shè)備的同時，提供一個適合初步評估光敏傳感器電阻值的測量環(huán)境，后續(xù)可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整），將兩支表筆分別接到光敏傳感器的VCC、GND引腳上?？梢园凑障旅娴姆椒z測光敏傳感器。1.避光檢測2.透光檢測3.間斷受光檢測一、檢測光敏傳感器1．避光檢測用黑紙片將光敏傳感器的透光窗口遮住，將指針式萬用表的擋位開關(guān)調(diào)至歐姆擋，然后用指針式萬用表的兩支表筆測量光敏傳感器兩端的電阻，此時如果指針式萬用表的指針基本保持不動，顯示阻值很大或接近無窮大，則說明光敏傳感器性能好；如果顯示阻值很小或接近零，則說明光敏傳感器已損壞，不能繼續(xù)使用。一、檢測光敏傳感器2．透光檢測將光源對準(zhǔn)光敏傳感器的透光窗口，此時如果指針式萬用表的指針有較大幅度的擺動，顯示阻值明顯減小，則說明光敏傳感器性能是正常的，阻值越小說明光敏傳感器性能越好；如果顯示阻值很大甚至為無窮大，則說明光敏傳感器內(nèi)部開路損壞，不能繼續(xù)使用。透光檢測一、檢測光敏傳感器3．間斷受光檢測將光敏傳感器的透光窗口對準(zhǔn)入射光源，用黑紙片在光敏傳感器的透光窗口上方晃動，使其間歇性地接收光線。此時如果指針式萬用表的指針隨黑紙片的晃動而左右擺動，則說明光敏傳感器性能是正常的；如果指針式萬用表的指針始終停在某一位置，不隨黑紙片的晃動而左右擺動，則說明光敏傳感器的光敏材料已經(jīng)損壞，不能繼續(xù)使用。檢測電機(jī)的步驟如下：（1）觀察電機(jī)表面是否損壞，引腳、排線是否有銹跡或斷裂。（2）如果電機(jī)表面沒有損壞，可使用指針式萬用表檢測。將指針式萬用表調(diào)至“R×100”擋，將指針式萬用表的兩支表筆不分正負(fù)極地連接在電機(jī)的兩條線上，用手輕輕轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)子。（3）轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)子時，注意觀察指針式萬用表指針的擺動情況，指針式萬用表指針左右擺動角度不大，說明電機(jī)的電樞線圈有匝間短路、斷路現(xiàn)象，電機(jī)已損壞。二、檢測電機(jī)三、檢測RGB彩燈模塊檢測RGB彩燈模塊的步驟如下。（1）觀察RGB彩燈模塊中的LED燈表面是否損壞，如果LED燈上有小黑點說明其已燒壞。（2）如果LED燈表面沒有損壞，可串聯(lián)2個1.5V干電池進(jìn)行檢測。分別用B+、R+、G+引腳連接電池的正極。GND引腳連接電池負(fù)極，查看LED燈的藍(lán)色、紅色、綠色3種顏色是否依次正常亮，如果是，說明RGB彩燈模塊可以使用。串聯(lián)電池測試RGB彩燈模塊【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1常用傳感器的類型能正確說出幾種常用傳感器10

2常用執(zhí)行器的類型能正確說出幾種常用執(zhí)行器10

3常用傳感器的識別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出指定傳感器10

4常用執(zhí)行器的識別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出指定執(zhí)行器10

5常用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的檢測能使用合適的方法和工具檢測光敏傳感器10

能使用合適的方法和工具檢測電機(jī)10

能使用合適的方法和工具檢測RGB彩燈模塊10

6職業(yè)素養(yǎng)檢測過程中，操作要安全、規(guī)范。完成檢測后，應(yīng)將相關(guān)元件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10

能按時完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計100

【拓展學(xué)習(xí)】生活中的溫濕度傳感器1.智能家居產(chǎn)品溫濕度傳感器2.工業(yè)產(chǎn)品溫濕度傳感器【思考與練習(xí)】1．在物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出溫濕度傳感器并查閱資料，了解它的精度和適用范圍。2．描述超聲波傳感器的工作原理。3．在物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出化學(xué)傳感器并查閱資料，檢測其能否正常工作。任務(wù)二物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具的安裝與配置【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具M(jìn)ind+。2．了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)硬件開發(fā)平臺Arduino。3．能正確安裝、配置物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具M(jìn)ind+。4．能正確識別Arduino開發(fā)板引腳功能。5．提升規(guī)范操作意識，能夠不斷關(guān)注行業(yè)的新技術(shù)、新工藝?！救蝿?wù)情景】某客戶要求搭建一套微型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)并為該系統(tǒng)搭建軟件開發(fā)環(huán)境，以實現(xiàn)控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?！救蝿?wù)分析】“工欲善其事，必先利其器”。目前物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具較多，我們要選擇一款既適合搭建微型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，又能集成各種主流開發(fā)板及上百種開源硬件、支持人工智能（ArtificialIntelligence，AI）與物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）相關(guān)功能，還可以使用Python/C/C++等高級編程語言，且操作簡便的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具。用戶安裝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具可以體驗到創(chuàng)造的樂趣，并且可以使用該工具為微型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建軟硬件開發(fā)環(huán)境。對于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具，需按要求進(jìn)行安裝并配置環(huán)境，使硬件設(shè)備實現(xiàn)相互通信，以達(dá)到對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制?！鞠嚓P(guān)知識】一、物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺二、Mind+一、物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺可以幫助開發(fā)人員在物聯(lián)網(wǎng)上構(gòu)建、部署和測試物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺通常用于連接傳感器、智能設(shè)備和其他設(shè)備，使它們能夠相互通信。一、物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺支持多種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，如藍(lán)牙（Bluetooth）、WiFi、ZigBee和LoRa，因此物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺可以適用于廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺還提供豐富的應(yīng)用程序接口（ApplicationProgramInterface，API），可以幫助開發(fā)人員輕松地集成傳感器數(shù)據(jù)和控制設(shè)備。藍(lán)牙標(biāo)志W(wǎng)iFi標(biāo)志Zigbee標(biāo)志LoRa標(biāo)志一、物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺此外，物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)平臺還可以幫助開發(fā)人員保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的安全，其提供的各種安全功能，如加密、身份驗證和權(quán)限管理，確保只有授權(quán)用戶才可以訪問物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。二、Mind+Mind+是一款免費的圖形化編程軟件，誕生于2013年。Mind+提供了可視化的編程界面，初學(xué)者可以通過簡單的拖曳和連接來實現(xiàn)編程，無須學(xué)習(xí)復(fù)雜的編程語言。Mind+不僅可以使用編程控制硬件，還支持編寫基于Scratch的程序。Mind+提供了多個傳感器和執(zhí)行器的庫，用戶可以更輕松地控制硬件。Mind+可以幫助用戶了解物聯(lián)網(wǎng)和硬件編程的相關(guān)知識。Mind+適用于開發(fā)多種項目，例如智能家居、智能汽車、機(jī)器人等。用戶使用其強(qiáng)大的硬件擴(kuò)展功能庫，可以對幾十種硬件模塊（如傳感器、執(zhí)行器、通信模塊、顯示器、功能模塊等）進(jìn)行編程控制。結(jié)合OBLOQ物聯(lián)網(wǎng)模塊和EasyIoT平臺，Mind+可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能，降低用戶學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的門檻；通過攝像頭動作檢測功能，Mind+可以拓展人機(jī)交互方式。Mind+形象三、物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板目前市場上有很多種開發(fā)板可供選擇，一些常見的開發(fā)板及其優(yōu)缺點如下。1．樹莓派優(yōu)點：樹莓派（RaspberryPi）是一款價格便宜、性能良好、開源的開發(fā)板，具有廣泛的社區(qū)支持和應(yīng)用。樹莓派的操作系統(tǒng)支持多種編程語言，可以用于很多領(lǐng)域。同時，樹莓派有豐富的通用輸入輸出（GeneralPurposeInputOutput，GPIO）接口、攝像頭接口和WiFi/藍(lán)牙連接模塊。缺點：樹莓派使用的是ARM處理器，輸入輸出一些特定應(yīng)用的軟件存在不兼容的情況。同時，樹莓派的內(nèi)存和存儲空間相對較小。2．BeagleBoneBlack優(yōu)點：BeagleBoneBlack是一款性能好、GPIO接口數(shù)量多、支持多種操作系統(tǒng)的開發(fā)板，可以直接與外部設(shè)備進(jìn)行通信。因為BeagleBoneBlack的GPIO接口數(shù)量多，所以其可以支持多種應(yīng)用。缺點：相比其他開發(fā)板，BeagleBoneBlack的價格較高。同時，BeagleBoneBlack的文檔和社區(qū)支持相對較少。三、物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板3．Arduino優(yōu)點：Arduino是一款價格低廉、易于上手、開源的開發(fā)板，非常適合初學(xué)者使用。Arduino支持多種擴(kuò)展模塊，可以實現(xiàn)很多不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。缺點：Arduino的處理器和內(nèi)存相對較小，無法處理一些復(fù)雜的任務(wù)。同時，Arduino的GPIO接口數(shù)量較少，需要通過擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。4．Odroid優(yōu)點：Odroid是一款性能好、擴(kuò)展接口多、支持多種操作系統(tǒng)的開發(fā)板。Odroid支持多種編程語言和應(yīng)用程序，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域。缺點：Odroid的價格相對較高，而且文檔和社區(qū)支持相對較少。三、物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板5．NanoPi優(yōu)點：NanoPi是一款價格低廉、易于上手、小巧便攜的開發(fā)板。NanoPi支持多種通信接口和編程語言，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域。缺點：NanoPi的性能相對較差，內(nèi)存和存儲空間相對較小。同時，NanoPi的GPIO接口數(shù)量較少，需要通過擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。三、物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板總的來說，選擇開發(fā)板時需要考慮應(yīng)用場景、功能需求、價格等因素。對于初學(xué)者來說，Arduino是一個不錯的選擇。在

Arduino

的眾多型號中，Arduino

Mega2560

的功能非常強(qiáng)大，它基于ATmega2560微控制器，具有更多的輸入輸出引腳和更大的存儲容量。ArduinoMega2560的優(yōu)點如下。（1）更多的輸入輸出引腳：ArduinoMega2560具有54個數(shù)字引腳和16個模擬引腳，相比ArduinoUno的14個數(shù)字引腳和6個模擬引腳，它能夠更好地滿足更復(fù)雜的電路設(shè)計需求。（2）更大的存儲容量：ArduinoMega2560具有256kB的閃存和8kB的靜態(tài)隨機(jī)存儲器（StaticRandomAccessMemory，SRAM），能夠存儲更多的代碼和數(shù)據(jù)。（3）更強(qiáng)大的處理能力：ArduinoMega2560的時鐘頻率為16MHz，能夠處理更復(fù)雜的算法和操作。（4）與ArduinoUno兼容：雖然ArduinoMega2560具有更多的輸入輸出引腳和更大的存儲容量，但是它仍然與ArduinoUno兼容，因此可以使用為ArduinoUno編寫的代碼和庫。（5）擴(kuò)展性強(qiáng)：ArduinoMega2560具有更多的輸入輸出引腳和更大的存儲容量，可以連接更多的傳感器和設(shè)備，因此它非常適合用于擴(kuò)展性強(qiáng)的項目。【技能訓(xùn)練】活動一

安裝、配置Mind+活動二

認(rèn)識ArduinoMega2560開發(fā)板的引腳本任務(wù)所需硬件設(shè)備清單序號設(shè)備名稱1安裝Windows10及以上版本操作系統(tǒng)的計算機(jī)2ArduinoMega2560開發(fā)板活動一

安裝、配置Mind+一、安裝軟件（1）在Mind+官網(wǎng)下載軟件安裝包（本書使用的版本為1.7.2，不同版本的安裝過程略有不同，可根據(jù)安裝指引進(jìn)行操作），雙擊下載的安裝包，安裝語言選擇中文。進(jìn)入安裝界面，仔細(xì)閱讀“MindPlus用戶協(xié)議”，了解使用Mind+軟件的權(quán)利和責(zé)任后，單擊“我同意”按鈕。（2）進(jìn)入“選定安裝位置”界面，若要修改安裝位置，單擊“瀏覽”按鈕進(jìn)行修改?！霸S可證協(xié)議”界面“選定安裝位置”界面

Mind+“安裝完成”界面活動一

安裝、配置Mind+二、安裝串口驅(qū)動程序用戶在安裝多個硬件平臺驅(qū)動程序時，會遇到需要逐一安裝驅(qū)動程序、安裝失敗等問題，為了解決這些問題，Mind+軟件具有一鍵安裝常用的開源硬件平臺驅(qū)動程序的功能，省去了很多步驟。可以在軟件主菜單的“連接設(shè)備”中，單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動”進(jìn)行安裝。單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動”進(jìn)行安裝活動一

安裝、配置Mind+三、安裝設(shè)備驅(qū)動程序單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動”后，彈出“設(shè)備驅(qū)動程序安裝向?qū)А贝翱?。單擊“下一頁”按鈕，進(jìn)行驅(qū)動程序安裝。如果出現(xiàn)安裝提示，單擊“安裝”按鈕進(jìn)行安裝。“設(shè)備驅(qū)動程序安裝向?qū)А贝翱?/p>

安裝提示

設(shè)備驅(qū)動程序“安裝完成”界面活動一

安裝、配置Mind+用戶在使用Mind+時，如果沒有編程基礎(chǔ)想不依賴硬件入門學(xué)習(xí)編程或者有

Scratch

基礎(chǔ)想制作交互項目，就可以選擇實時模式。上傳模式是對硬件開發(fā)板進(jìn)行編程，該模式相對于實時模式少了一些與舞臺相關(guān)的內(nèi)容，同時增加了更多命令，并且變量具有數(shù)字和字符串兩種類型，程序上傳到開發(fā)板后，設(shè)備可以脫離計算機(jī)工作。本任務(wù)以上傳模式為主要操作模式。打開Mind+軟件，選擇“上傳模式”。選擇“上傳模式”活動二

認(rèn)識ArduinoMega2560開發(fā)板的引腳ArduinoMega2560是一款功能強(qiáng)大的開發(fā)板，它常用于各種電子項目和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。ArduinoMega2560開發(fā)板實物圖活動二

認(rèn)識ArduinoMega2560開發(fā)板的引腳一、數(shù)字引腳ArduinoMega2560的數(shù)字引腳編號為0～53，其用于輸入和輸出數(shù)字信號。數(shù)字引腳可以連接數(shù)字設(shè)備或傳感器，也可以被配置為中斷引腳，用于處理緊急事件或?qū)崟r任務(wù)。0～13：多功能的數(shù)字輸入/輸出引腳。其中，0號和1號引腳專用于串行通信，13號引腳上裝有一個內(nèi)置的LED燈，用于指示或顯示狀態(tài)。14～21：除了作為數(shù)字輸入/輸出引腳外，這些引腳還具有額外的功能。20號引腳是模擬參考（AREF）引腳，用于設(shè)定模擬信號的參考電壓，21號引腳是IIC通信的時鐘線（SCL）。22～53：這些引腳也是數(shù)字輸入/輸出引腳，它們擴(kuò)展了ArduinoMega2560的I/O能力，使開發(fā)板能夠連接更多的數(shù)字設(shè)備和傳感器。二、模擬引腳ArduinoMega2560的模擬引腳編號為A0～A15，其用于讀取模擬信號。模擬引腳可以測量模擬電壓，例如接收來自溫濕度傳感器、光敏傳感器等的信號，并將其轉(zhuǎn)換為電壓值，這些電壓值可以在程序中使用。ArduinoMega2560具有54個數(shù)字引腳和16個模擬引腳，每個引腳都具有特定的功能和用途，常見的引腳及其用途如下?；顒佣?/p>

認(rèn)識ArduinoMega2560開發(fā)板的引腳三、特殊功能引腳除了數(shù)字引腳和模擬引腳，ArduinoMega2560還有許多其他類型的引腳，如PWM（脈寬調(diào)制）引腳、SPI（串行外設(shè)接口）引腳、IIC引腳等。PWM引腳可以產(chǎn)生PWM信號。PWM是一種通過改變脈沖寬度的方式來控制電壓平均值的技術(shù)，用于控制直流電機(jī)或調(diào)節(jié)LED燈的亮度。SPI引腳和IIC引腳分別用于連接SPI設(shè)備和IIC設(shè)備。ArduinoMega2560引腳示意圖以上介紹的是一些常見的ArduinoMega2560引腳及其用途。當(dāng)需要連接特定設(shè)備時，可以查看設(shè)備的規(guī)格書或引腳說明，以確定需要連接哪些引腳，并將其配置為輸入引腳或輸出引腳。通常情況下，設(shè)備制造商會提供示例代碼或庫，以便使用者快速開始使用設(shè)備?；顒佣?/p>

認(rèn)識ArduinoMega2560開發(fā)板的引腳【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1Mind+的基礎(chǔ)知識能正確說出Mind+的特點和作用10

2Arduino開發(fā)板的特點能正確說出Arduino開發(fā)板的特點10

3Mind+的安裝能正確安裝Mind+15

4Mind+的配置能正確配置Mind+15

5ArduinoMega2560開發(fā)板引腳的識別能正確說出ArduinoMega2560開發(fā)板各引腳的用途206Mind+的基礎(chǔ)知識能正確說出Mind+的特點和作用10

7Arduino開發(fā)板的特點能正確說出Arduino開發(fā)板的特點10

8職業(yè)素養(yǎng)實驗中，操作要安全、規(guī)范。完成實驗后，應(yīng)將相關(guān)元件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

9

學(xué)習(xí)態(tài)度

能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10

能按時完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計100

【拓展學(xué)習(xí)】ArduinoIDE物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)工具ArduinoIDE的主要特點：（1）跨平臺：供電方式：（2）開發(fā)簡單、清晰：（3）開放性：（4）社區(qū)與第三方支持：（5）硬件開發(fā)的趨勢：與Mind+相比，ArduinoIDE更偏向于傳統(tǒng)程序員和硬件開發(fā)者，強(qiáng)調(diào)編程的自由度和控制深度。兩者各有優(yōu)勢，選擇哪一種取決于用戶的編程基礎(chǔ)、項目需求以及學(xué)習(xí)目的?！舅伎寂c練習(xí)】1．請上網(wǎng)查閱資料，列舉幾個除Mind+外的圖形化編程軟件。2．在Windows操作系統(tǒng)的設(shè)備管理器中，查看Mind+是否安裝了所需設(shè)備驅(qū)動程序。任務(wù)三

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的識讀與繪制【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)。2．了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D。3．能識讀物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D。4．能正確繪制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D。5．增強(qiáng)對工程設(shè)計和工程實踐的興趣和熱情?！救蝿?wù)情景】某新建智能小區(qū)委托公司設(shè)計小區(qū)的智能車庫系統(tǒng)。請以項目工程師的身份繪制該系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，并面向客戶對該圖進(jìn)行講解?！救蝿?wù)分析】本任務(wù)以智能車庫系統(tǒng)為例，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的識讀和繪制。為了繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D，首先需要了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的要素，然后根據(jù)智能車庫系統(tǒng)的功能將這些要素按實際情況進(jìn)行模塊化分類，最后使用繪圖軟件繪制出智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D?！鞠嚓P(guān)知識】一、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)二、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D及其應(yīng)用三、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的組成一、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)是指將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)劃分為3個主要層次，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。每個層次都有不同的功能和任務(wù)，它們協(xié)同工作以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高效運行和數(shù)據(jù)傳輸。一、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)1．感知層感知層（PerceptionLayer）位于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的底層，負(fù)責(zé)實時收集和檢測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以來自各種傳感器，如溫濕度傳感器、光敏傳感器、化學(xué)傳感器等。感知層收集數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使其可以傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行處理和存儲。在感知層中，通常會使用各種通信技術(shù)和協(xié)議來收集數(shù)據(jù)，例如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，WSN）、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa等。這些技術(shù)和協(xié)議可以支持設(shè)備之間的無線通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和實時響應(yīng)。一、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)2．網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）位于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中間層，負(fù)責(zé)將感知層收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、路由和處理。網(wǎng)絡(luò)層提供了數(shù)據(jù)傳輸和連接管理的功能，使得來自感知層的數(shù)據(jù)能夠在不同的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)間流動。網(wǎng)絡(luò)層還負(fù)責(zé)確保數(shù)據(jù)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙澈透咝?。在網(wǎng)絡(luò)層中，可以采用多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和技術(shù)，如傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）、消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MessageQueuingTelemetryTransport，MQTT）、受限應(yīng)用協(xié)議（ConstrainedApplicationProtocol，CoAP）等，來實現(xiàn)設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)交換。一、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)3．應(yīng)用層應(yīng)用層（ApplicationLayer）位于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的頂層，也是最接近用戶的一層。應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理和管理來自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)用戶的需求，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對用戶有意義的信息并展示，從而實現(xiàn)各種功能和應(yīng)用。在應(yīng)用層中，可以構(gòu)建各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如智能家居、智能健康監(jiān)測、智能交通等。這些應(yīng)用可以提供豐富的功能和服務(wù)，使用戶能夠更便捷地管理和控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，獲取實時信息，并做出相應(yīng)的決策。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的三層架構(gòu)從底層數(shù)據(jù)采集到上層數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用，形成了一個完整的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。這種分層架構(gòu)使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更加高效、靈活和可擴(kuò)展，有助于實現(xiàn)多樣化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和服務(wù)。二、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D及其應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D是一種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成部分的圖形化表示方式，通常用于幫助系統(tǒng)設(shè)計人員和工程師更好地理解和管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D作用如下。1．系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以幫助系統(tǒng)設(shè)計人員在系統(tǒng)設(shè)計初期就對整個系統(tǒng)進(jìn)行全面的規(guī)劃和設(shè)計，從而提高系統(tǒng)設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性。2．系統(tǒng)功能模塊劃分物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以將系統(tǒng)分成不同的功能模塊，從而幫助系統(tǒng)工程師更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的功能并進(jìn)行優(yōu)化。3．系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以表明系統(tǒng)中各個設(shè)備和節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，從而幫助系統(tǒng)設(shè)計人員更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和擴(kuò)展。4．系統(tǒng)安全設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以幫助系統(tǒng)設(shè)計人員在設(shè)計系統(tǒng)時考慮安全問題，如網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露等，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的安全性和可靠性。三、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的組成1．設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)涉及各種設(shè)備，它們在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中通常具有唯一標(biāo)識符。這些設(shè)備負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)、執(zhí)行特定的任務(wù)以及與其他設(shè)備進(jìn)行通信。2．網(wǎng)絡(luò)節(jié)點物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以是路由器、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中表示為設(shè)備之間的連接點，以展示物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和布局。3．連接方式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間可以使用不同的連接方式進(jìn)行通信。有線連接方式包括以太網(wǎng)、串口等，通過物理線纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；無線連接方式包括WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa等。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中，連接方式可以用線條或箭頭表示。4．通信協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用通信協(xié)議來實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。常見的通信協(xié)議包括超文本傳輸協(xié)議（HypertextTransferProtocol，HTTP）、MQTT、CoAP等。通信協(xié)議定義了數(shù)據(jù)的格式、傳輸方式、安全性等規(guī)范。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中，可以使用特定的符號來表示通信協(xié)議，以便清晰地展示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸方式。5．?dāng)?shù)據(jù)流向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動方向（即數(shù)據(jù)流向）也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的一個重要部分。數(shù)據(jù)流向描述了設(shè)備數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和存儲的路徑。數(shù)據(jù)流向從數(shù)據(jù)的源頭（設(shè)備）指向數(shù)據(jù)的目的地（存儲設(shè)備、云平臺等）。通過數(shù)據(jù)流向，我們可以清楚地了解數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的傳輸和處理過程。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D顯示了物聯(lián)網(wǎng)中的組件、子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有助于理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D包含以下要素。三、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以清晰地展示物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中各個組件之間的關(guān)系，幫助我們更好地理解系統(tǒng)的架構(gòu)和運行方式，便于進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計、部署和維護(hù)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D也可用于故障排查和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，以確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性?！炯寄苡?xùn)練】活動一

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D活動二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D本任務(wù)所需的硬件設(shè)備主要是已安裝繪圖軟件AutoCAD的計算機(jī)?；顒右?/p>

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D一、識讀智能車庫系統(tǒng)功能模塊智能車庫系統(tǒng)一般分為車位管理模塊、車輛識別及監(jiān)控模塊、安全防范模塊、遠(yuǎn)程控制模塊等功能模塊。智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D活動一

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D1．車位管理模塊車位管理模塊是智能車庫系統(tǒng)的核心模塊，通過對車位進(jìn)行編碼和管理，實現(xiàn)車位的智能化分配和預(yù)約。車位管理模塊還可以對車位的占用情況進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)車位的合理利用。其中，車位傳感器用于指示車庫內(nèi)的空閑車位數(shù)量，方便車主快速找到空閑車位停車。2．車輛識別及監(jiān)控模塊車輛識別及監(jiān)控模塊采用車牌識別技術(shù)，可以對進(jìn)入車庫的車輛進(jìn)行自動識別和記錄，提高車輛管理的效率和準(zhǔn)確性；采用攝像頭可以對車庫內(nèi)部的安全情況進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會自動報警，從而提高車庫的安全性和可靠性?；顒右?/p>

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D3．安全防范模塊安全防范模塊采用傳感器對車庫內(nèi)部的環(huán)境情況進(jìn)行實時的物理安全檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會自動報警，從而提高車庫的安全性和可靠性。安全防范模塊涉及的幾種傳感器的功能如下：水位傳感器：當(dāng)車庫內(nèi)發(fā)生積水、漏水時，會自動報警，提醒車主注意安全。煙霧傳感器：當(dāng)車庫內(nèi)出現(xiàn)煙霧或火災(zāi)時，會自動報警，提醒車主注意安全。溫濕度傳感器：用于監(jiān)測車庫內(nèi)的溫度和濕度變化。4．遠(yuǎn)程控制模塊遠(yuǎn)程控制模塊可以通過手機(jī)、計算機(jī)等，實現(xiàn)對車庫門的開關(guān)控制，車主可以隨時隨地控制車庫門的開關(guān)，方便車主使用車庫。除了這些模塊，智能車庫系統(tǒng)中還有一些基礎(chǔ)設(shè)備，如交換機(jī)、服務(wù)器等，用于實現(xiàn)智能化控制和數(shù)據(jù)傳輸?；顒右?/p>

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D二、識讀智能車庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向智能車庫系統(tǒng)是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，涉及感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個層次。從系統(tǒng)拓?fù)鋱D數(shù)據(jù)流箭頭方向可知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向，下面進(jìn)行詳細(xì)說明。1．感知層智能車庫系統(tǒng)的感知層包括車位管理模塊、車輛識別及監(jiān)控模塊、安全防范模塊等，這些模塊中的設(shè)備負(fù)責(zé)感知車庫內(nèi)外的環(huán)境和車輛狀態(tài)。感知層數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層一般為單向傳輸。2．網(wǎng)絡(luò)層感知層通過通信技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸和處理。在智能車庫系統(tǒng)中，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰噹靸?nèi)部的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理、打包，然后通過互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器及本地服務(wù)器上進(jìn)行存儲和處理。服務(wù)器會運行一些智能算法和應(yīng)用，用于數(shù)據(jù)的分析、處理和決策，以供應(yīng)用層設(shè)備使用。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸除了可以由網(wǎng)絡(luò)層上傳到應(yīng)用層外，還可以由應(yīng)用層下傳到網(wǎng)絡(luò)層，所以網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層為雙向傳輸?；顒右?/p>

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D3．應(yīng)用層應(yīng)用層可以實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制車庫的功能。用戶可以通過手機(jī)、計算機(jī)等，遠(yuǎn)程查看車庫狀態(tài)、控制車庫門的開關(guān)、查看車庫內(nèi)部的圖像等。除了存在由應(yīng)用層獲取網(wǎng)絡(luò)層上傳的車庫狀態(tài)數(shù)據(jù)，還存在由應(yīng)用層下傳到網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)，所以應(yīng)用層到網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸為雙向傳輸。智能車庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個層中傳輸。車輛進(jìn)出的感知數(shù)據(jù)首先通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)杰噹靸?nèi)部的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，然后經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)皆品?wù)器或經(jīng)過網(wǎng)線傳輸?shù)奖镜胤?wù)器進(jìn)行存儲、處理和應(yīng)用，再通過計算機(jī)、手機(jī)等智能設(shè)備來顯示車輛狀態(tài)和控制車庫門開關(guān)等。這樣的流程使得智能車庫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、智能控制和數(shù)據(jù)分析等功能?；顒佣?/p>

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D1．新建項目打開AutoCAD軟件，新建項目。2．選擇“布局1”視圖選擇軟件界面左下角的“布局1”視圖。在“布局1”視圖中，可以調(diào)整物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中的各個元素，并進(jìn)行添加文字、注釋等操作。

新建項目

選擇“布局1”視圖活動二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D3．插入圖塊在功能區(qū)單擊“插入”按鈕，插入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中各元素的圖塊。單擊“插入”按鈕活動二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D4．調(diào)整圖塊位置按智能車庫系統(tǒng)功能模塊調(diào)整圖塊位置，同一類模塊調(diào)整在一起。調(diào)整后的結(jié)果活動二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D5．添加圖塊注釋添加圖塊注釋時，注意注釋與圖塊相對應(yīng)。添加注釋后的結(jié)果活動二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D6．繪制連接方式和數(shù)據(jù)流向通過“畫線”功能，繪制各設(shè)備連接方式和數(shù)據(jù)流向。繪制連接方式和數(shù)據(jù)流向后的結(jié)果活動二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D7．美化系統(tǒng)拓?fù)鋱D默認(rèn)圖塊存在邊框，以方便定位。完成繪制后，可去除邊框，以美化系統(tǒng)拓?fù)鋱D。在命令欄中輸入命令“IMAGEFRAME”，然后按Enter鍵，輸入IMAGEFRAME的新值<1>：0，再按Enter鍵，即可去除圖塊邊框。適當(dāng)調(diào)整并美化拓?fù)鋱D。去除圖塊邊框【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的功能和作用能正確說出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的功能和作用10

2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的識讀能從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中識讀出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三層架構(gòu)10

能識讀物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中各種設(shè)備10

能識讀物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中各設(shè)備間的數(shù)據(jù)流向10

3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D的繪制能繪制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中各元素10

能添加物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中各元素的標(biāo)注10

能繪制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D中各設(shè)備間的數(shù)據(jù)流向10

4職業(yè)素養(yǎng)實驗中，操作要安全、規(guī)范。完成實驗后，應(yīng)將相關(guān)元件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

5

學(xué)習(xí)態(tài)度能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10

能按時完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計100

【拓展學(xué)習(xí)】物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)漕愋停?）集中式拓?fù)洌?）分布式拓?fù)洌?）分層式拓?fù)洌?）網(wǎng)狀拓?fù)洌?）混合拓?fù)洌?）異構(gòu)拓?fù)洹舅伎寂c練習(xí)】1．構(gòu)建一套智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，需要哪些傳感器和執(zhí)行器？2．構(gòu)建一套智能家居系統(tǒng)，需要哪些傳感器和執(zhí)行器？3．使用AutoCAD繪制智能家居系統(tǒng)拓?fù)鋱D。任務(wù)一物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解觸摸開關(guān)的特點。2．掌握觸摸開關(guān)的連接方法。3．能對觸摸開關(guān)控制程序進(jìn)行邏輯分析。4．能獨立完成程序積木的搭建、上傳與調(diào)試。5．養(yǎng)成仔細(xì)觀察、深入分析的學(xué)習(xí)態(tài)度?！救蝿?wù)情景】為營造物聯(lián)網(wǎng)智能環(huán)境，某酒店要在客房里安裝觸摸開關(guān)，客人只需觸碰一下開關(guān)，燈就會亮起來。請為酒店安裝觸摸開關(guān)，并通過串口獲取觸摸開關(guān)的狀態(tài)，確保觸摸開關(guān)能正常使用。【任務(wù)分析】從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，這是通過客人觸碰觸摸開關(guān)傳送電信號，形成電流，從而實現(xiàn)對燈的控制。為了模擬并實現(xiàn)這一情景，我們可以利用觸摸開關(guān)模塊和開發(fā)板，驗證電信號傳遞的可靠性，并且能夠更深入地理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實際生活中的作用。【相關(guān)知識】一、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)簡介二、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的結(jié)構(gòu)三、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理四、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的應(yīng)用一、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)簡介物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)是一種能夠與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接并通過觸摸操作控制設(shè)備或執(zhí)行特定功能的開關(guān)。根據(jù)不同的設(shè)計和功能，物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)可以分為以下5種類型。（1）電容式觸摸開關(guān)：電容式觸摸開關(guān)基于電容變化原理，通過感應(yīng)人體接近或觸摸導(dǎo)電表面時產(chǎn)生的電容變化來檢測觸摸操作。電容式觸摸開關(guān)可以實現(xiàn)非接觸式觸摸操作，具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特點。（2）電阻式觸摸開關(guān)：電阻式觸摸開關(guān)基于電阻感應(yīng)原理，通過測量電流在觸摸位置的變化來檢測觸摸操作。電阻式觸摸開關(guān)通常需要物理接觸，并且需要使用帶有電阻涂層的表面或觸摸屏來感應(yīng)觸摸操作。一、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)簡介（3）聲波觸摸開關(guān)：聲波觸摸開關(guān)使用超聲波傳感器或聲波傳感器來感應(yīng)手指接近開關(guān)表面時產(chǎn)生的聲波變化。聲波觸摸開關(guān)可以實現(xiàn)非接觸式觸摸操作，適用于一些特殊場景，如防水或高污染環(huán)境。（4）光學(xué)觸摸開關(guān)：光學(xué)觸摸開關(guān)利用光敏傳感器或光電二極管來感應(yīng)觸摸時光照的變化。通過檢測光線的散射、反射或遮擋，可以實現(xiàn)對觸摸開關(guān)的控制和操作。（5）手勢識別觸摸開關(guān)：手勢識別觸摸開關(guān)結(jié)合了多種觸摸開關(guān)，如電容式觸摸開關(guān)、光學(xué)觸摸開關(guān)、聲波觸摸開關(guān)等，可以實現(xiàn)手勢識別等多種功能。手勢識別觸摸開關(guān)可以根據(jù)手指的移動、滑動、旋轉(zhuǎn)等來控制設(shè)備或執(zhí)行不同的操作。二、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)一般包含5個基本模塊：（1）觸摸按鍵模塊：觸摸按鍵模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的輸入部分，用戶可以通過觸摸按鍵模塊來控制開關(guān)的狀態(tài)，例如打開或關(guān)閉燈、電器等設(shè)備。（2）觸摸按鍵控制模塊：觸摸按鍵控制模塊是觸摸按鍵模塊和MCU（微控制單元）模塊之間的橋梁，主要負(fù)責(zé)將觸摸按鍵模塊的信號轉(zhuǎn)換成MCU模塊能夠識別的數(shù)字信號。（3）MCU模塊：MCU模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的核心部分，主要負(fù)責(zé)處理來自觸摸按鍵控制模塊的數(shù)字信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序控制開關(guān)的狀態(tài)。同時，MCU模塊還可以與無線通信模塊進(jìn)行通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。（4）無線通信模塊：無線通信模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)與其他設(shè)備進(jìn)行通信的關(guān)鍵部分，它可以通過無線信號與智能手機(jī)、平板計算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行連接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、定時開關(guān)等功能。（5）電源模塊：電源模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的能量來源，主要負(fù)責(zé)將外部電源轉(zhuǎn)換成適合MCU模塊和其他模塊工作的電壓和電流。

（a）外觀（b）邏輯結(jié)構(gòu)三、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理常見的4種物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理：1．電容式觸摸開關(guān)的工作原理電容式觸摸開關(guān)基于電容變化原理，其觸摸面板通常由導(dǎo)電材料和絕緣面板構(gòu)成。電容式觸摸開關(guān)的工作原理如圖2-3所示。當(dāng)沒有觸摸時，觸摸面板與周圍環(huán)境的電容保持穩(wěn)定。當(dāng)手指接近或觸碰觸摸面板時，手指和觸摸面板之間形成電容耦合。這種電容耦合會引起觸摸面板電容的變化，其被傳感器檢測到并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的觸摸信號。圖2-3電容式觸摸開關(guān)的工作原理三、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理常見的4種物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理：2．電阻式觸摸開關(guān)的工作原理電阻式觸摸開關(guān)通常有電阻涂層的表面或觸摸面板。當(dāng)手指觸摸有電阻涂層的表面或觸摸面板時，觸摸點附近的電阻會發(fā)生變化。通過測量觸摸點附近電阻的變化，傳感器可以檢測到觸摸動作，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的觸摸信號。3．聲波觸摸開關(guān)的工作原理聲波觸摸開關(guān)使用超聲波傳感器或聲波傳感器來感應(yīng)手指接近開關(guān)表面時產(chǎn)生的聲波變化。當(dāng)手指觸碰觸摸面板時，產(chǎn)生的反射超聲波會被超聲波傳感器捕捉到。超聲波傳感器會分析聲波的特征，檢測觸摸動作，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸摸信號。4．光學(xué)觸摸開關(guān)的工作原理光學(xué)觸摸開關(guān)利用光敏傳感器或光電二極管來感應(yīng)觸摸時光線的變化。當(dāng)手指觸碰觸摸面板時，光線的散射、反射或遮擋會發(fā)生變化。光敏傳感器或光電二極管可以檢測到這種變化，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸摸信號。四、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)由于其便捷的操作和連接能力，可以在多個領(lǐng)域中發(fā)揮作用。以下是一些物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的應(yīng)用。（1）智能家居（2）智能照明（3）智能安防（4）智能辦公（5）酒店和商業(yè)場所（6）公共場所和醫(yī)療設(shè)施（7）智能零售和展示【技能訓(xùn)練】活動一

組裝設(shè)備活動二

編寫圖形程序活動三

解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系在本任務(wù)中，觸摸開關(guān)要控制燈的開關(guān)狀態(tài)，同時將狀態(tài)信號發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板，ArduinoMega2560開發(fā)板根據(jù)狀態(tài)信號進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果輸出到串口，實現(xiàn)對燈的開關(guān)狀態(tài)的控制。觸摸開關(guān)的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志本任務(wù)中使用的觸摸開關(guān)模塊有3個引腳，具體如下。（1）VCC引腳：表示電源正極。（2）GND引腳：接地引腳，表示電源負(fù)極。（3）OUT引腳：信息輸出引腳，表示觸摸開關(guān)的輸出狀態(tài)，輸出信號是一個數(shù)字信號。引腳連向設(shè)備的名稱所連向設(shè)備的引腳觸摸開關(guān)的VCCArduino開發(fā)板3.3V或5V觸摸開關(guān)的GNDArduino開發(fā)板GND觸摸開關(guān)的OUTArduino開發(fā)板52觸摸開關(guān)引腳連接表活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備2．連接引腳（1）將VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（3）將OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳52上。具體接線方式如表2-2和圖2-5所示。觸摸開關(guān)引腳接線圖活動一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項如下。（1）觸摸開關(guān)的連接線應(yīng)該為紅線接電源正極、黑線接電源負(fù)極，切不可接反。（2）觸摸開關(guān)的輸出引腳可與任意開發(fā)板的數(shù)字引腳（0～53）連接，但需更改程序中相應(yīng)引腳的參數(shù)。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過程中要注意安全?；顒佣帉憟D形程序一、分析程序流程（1）觸摸開關(guān)狀態(tài)值由觸摸事件的產(chǎn)生與否確定。定義變量touch來保存燈的開關(guān)狀態(tài)，1為開，0為閉。（2）進(jìn)入循環(huán)，測試觸摸事件是否產(chǎn)生。（3）等待2s的目的是方便在串口調(diào)試窗口中觀察燈的狀態(tài)，這不是必需的部分。（4）產(chǎn)生觸摸事件后，判斷touch值是1還是0，即燈是開還是閉。（5）通過串口顯示燈經(jīng)觸摸后改變的狀態(tài)，并相應(yīng)更改touch值。觸摸開關(guān)控制程序流程圖活動二編寫圖形程序二、搭建程序積木觸摸開關(guān)控制程序完整流程活動三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動生成的代碼（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動生成”選項卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動生成的ArduinoC語言的代碼。觸摸開關(guān)的ArduinoC語言的代碼活動三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義/*!這是注釋部分，“MindPlus”表示開發(fā)平臺；“mega2560”表示使用的是ArduinoMega2560開發(fā)板

*MindPlus

*mega2560

*

*/

//動態(tài)變量代碼中定義了一個名為mind_n__touch的浮點數(shù)類型的動態(tài)變量，用于存儲觸摸開關(guān)的狀態(tài)。volatile關(guān)鍵字用于告訴編譯器mind_n_touch變量會被意外改變，因此編譯器不應(yīng)該進(jìn)行一些優(yōu)化，以確保讀寫的正確性

volatilefloatmind_n_touch;

//主程序開始主程序從setup()函數(shù)開始；Serial.begin(9600);用于初始化串行通信，將波特率設(shè)置為9600，以便通過串口與計算機(jī)通信

voidsetup(){

Serial.begin(9600);

mind_n_touch=0;在setup()函數(shù)中，初始化mind_n_touch變量的值為0，即燈為“關(guān)”狀態(tài)

}—

voidloop(){loop()函數(shù)：代碼的主要執(zhí)行部分，會一直循環(huán)執(zhí)行

delay(2000);在loop()函數(shù)中，使用delay()函數(shù)來延遲2s，讓程序暫停一段時間，以免過多占用中央處理器（CPU）時間

while(!digitalRead(52)){yield();}使用while循環(huán)語句和yield()函數(shù)產(chǎn)生一個無限循環(huán)來讀取digitalRead(52)函數(shù)返回的值，digitalRead()函數(shù)用于讀取數(shù)字引腳（52）的狀態(tài)，該引腳與觸摸開關(guān)輸出引腳相連，可按實際情況更改引腳號。如果觸摸開關(guān)被觸摸，則digitalRead()函數(shù)返回1，否則返回0。當(dāng)返回1時，“！”表示取反；返回0時，跳出該循環(huán)

if((mind_n_touch==1)){用if...else語句進(jìn)行判斷，如果觸摸開關(guān)原來為“開”狀態(tài)，則將mind_n_touch變量的值設(shè)置為0，表示燈已開，并在串口顯示“燈已開”，返回到delay(2000);處，繼續(xù)檢測觸摸開關(guān)是否產(chǎn)生觸摸事件

mind_n_touch=0;

Serial.println("燈已開");

}

else{否則，將mind_n_touch變量的值設(shè)置為1，表示燈已閉，并在串口顯示“燈已閉”，返回到delay(2000);處，繼續(xù)檢測觸摸開關(guān)是否產(chǎn)生觸摸事件

mind_n_touch=1;

Serial.println("燈已閉");

}

}程序會一直運行，直到程序被手動停止活動四上傳與調(diào)試程序觸摸開關(guān)控制程序完整流程連接設(shè)備上傳程序觸摸開關(guān)實物連接觸摸開關(guān)控制程序運行效果【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1觸摸開關(guān)的分類及工作原理能正確說出觸摸開關(guān)的分類及工作原理10

2觸摸開關(guān)的識別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出觸摸開關(guān)10

3觸摸開關(guān)引腳的識別能準(zhǔn)確說出觸摸開關(guān)引腳標(biāo)志的含義10

4觸摸開關(guān)的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速連接電路10

5觸摸開關(guān)的調(diào)試能根據(jù)需求，正確配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運行程序，使運行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實驗中，操作要安全、規(guī)范。完成實驗后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10

能按時完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計100

【拓展學(xué)習(xí)】物聯(lián)網(wǎng)智能感應(yīng)開關(guān)一、物聯(lián)網(wǎng)智能感應(yīng)開關(guān)的分類1．按照感應(yīng)技術(shù)分類2．按照用途分類3．按照工作原理分類二、物聯(lián)網(wǎng)智能感應(yīng)開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)（1）工作電壓

（6）靈敏度（2）工作電流

（7）防水等級（3）工作溫度

（8）響應(yīng)速度（4）工作壽命

（9）抗干擾能力（5）感應(yīng)距離

（10）安裝方式【思考與練習(xí)】1．目前流行的衛(wèi)生間智能鏡柜可以自動消除鏡子上的霧氣，也能打開鏡子上的燈。請簡述衛(wèi)生間智能鏡柜的工作原理。2．完成本任務(wù)時會發(fā)現(xiàn)，有時手指接近觸摸開關(guān)而并沒有接觸到觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)就會產(chǎn)生觸摸事件，請說明發(fā)生這種情況的原因。3．在家安裝燈具時，一般會在門口設(shè)置一個燈的開關(guān)，然后在床頭設(shè)置該燈的另一個開關(guān)，形成雙控開關(guān)，以方便控制燈。請用觸摸開關(guān)來模擬這個雙控場景（提示：可以用兩個觸摸開關(guān)來完成）。任務(wù)二光敏傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解光敏傳感器的特點。2．掌握光敏傳感器的連接方法。3．能對光敏傳感器管理程序進(jìn)行邏輯分析。4．能獨立完成程序積木的搭建、上傳與調(diào)試。5．培養(yǎng)精準(zhǔn)測量意識和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度?！救蝿?wù)情景】某小區(qū)要改造路燈，使其工作起來更加“智能”，當(dāng)天色昏暗的時候，路燈能自動開啟；當(dāng)天色明亮的時候，路燈能自動關(guān)閉。請使用物聯(lián)網(wǎng)套件來實現(xiàn)智能路燈?！救蝿?wù)分析】為了實現(xiàn)路燈的自動開關(guān)功能，首要任務(wù)是確定光照強(qiáng)度。在眾多傳感器中，光敏傳感器最適合，它能夠根據(jù)外界環(huán)境的光照強(qiáng)度判斷是否開啟路燈。為了實現(xiàn)路燈的智能化改造，我們在物聯(lián)網(wǎng)套件中選擇光敏傳感器作為主要設(shè)備，并將其安裝在路燈的前方?！鞠嚓P(guān)知識】一、光敏傳感器簡介二、光敏傳感器的結(jié)構(gòu)三、光敏傳感器中感光半導(dǎo)體元器件的工作原理四、光敏傳感器的應(yīng)用一、光敏傳感器簡介光敏傳感器是一種能夠感知光照強(qiáng)度變化的傳感器，核心組件是感光半導(dǎo)體元器件。感光半導(dǎo)體元器件有多種類型，常見的感光半導(dǎo)體元器件包括光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏電容、光敏場效應(yīng)晶體管（簡稱光敏場效應(yīng)管）、光敏阻抗、光敏二極管陣列等，不同感光半導(dǎo)體元器件在不同的應(yīng)用領(lǐng)域具有不同的特性和優(yōu)勢。根據(jù)具體的需求和應(yīng)用場景，選擇合適的光敏傳感器類型是很重要的。感光半導(dǎo)體元器件二、光敏傳感器的結(jié)構(gòu)光敏傳感器的結(jié)構(gòu)因傳感器類型和設(shè)計的不同而有所差異。通常光敏傳感器包含以下6個基本組件。（1）感光半導(dǎo)體元器件：光敏傳感器的核心組件。（2）外殼：用于保護(hù)內(nèi)部組件和提供結(jié)構(gòu)支撐。外殼通常由塑料或金屬材料制成，以保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響。（3）連接接口：用于與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。連接接口可以是模擬輸出接口（如電壓輸出接口）或數(shù)字輸出接口（如IIC接口或SPI）。（4）光學(xué)濾波器：有些光敏傳感器會在感光半導(dǎo)體元器件的前面使用光學(xué)濾波器。光學(xué)濾波器的作用是選擇性地傳遞或阻擋特定波長范圍的光，以提高傳感器的選擇性和性能。（5）電路和信號處理器件：光敏傳感器內(nèi)部一般包含一些電路和信號處理器件，用于進(jìn)行放大、濾波、去噪聲或其他信號處理操作。這些電路和信號處理器件有助于提高信號質(zhì)量和滿足不同的應(yīng)用需求。（6）電源電路：光敏傳感器通常需要供電才可以正常工作，因此，光敏傳感器內(nèi)部包含電源電路。

三、光敏傳感器中感光半導(dǎo)體元器件的工作原理常用的5種感光半導(dǎo)體元器件的工作原理。內(nèi)光電效應(yīng)原理1．光敏電阻光敏電阻基于內(nèi)光電效應(yīng)，通過測量其電阻值的變化來檢測環(huán)境中的光照強(qiáng)度。光敏電阻由半導(dǎo)體光敏材料制成，兩端裝有電極，并封裝在帶有玻璃窗的管殼內(nèi)。當(dāng)光照射到光敏電阻上時，光子的能量被半導(dǎo)體光敏材料吸收，使價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生自由電子和空穴，如圖2-16所示。自由電子和空穴的出現(xiàn)降低了電阻值。光照強(qiáng)度越大，自由電子和空穴越多，電阻值越小。當(dāng)光照消失時，自由電子和空穴逐漸復(fù)合，電阻值逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)。2．光敏二極管與光敏三極管光敏二極管通過光的照射來產(chǎn)生電流。當(dāng)光線照射到光敏二極管的活性層上時，光子的能量被轉(zhuǎn)化為電子的能量。這些光激發(fā)的電子會被推向光敏二極管的PN結(jié)，從而形成電流。光照強(qiáng)度的增加會導(dǎo)致產(chǎn)生更多電子，進(jìn)而增大電流。光敏三極管和光敏二極管的工作原理相似，都是利用光激發(fā)電子產(chǎn)生電流，但光敏三極管具有額外的基極來控制電流，從而在一些應(yīng)用中提供更靈活的控制和調(diào)節(jié)功能。三、光敏傳感器中感光半導(dǎo)體元器件的工作原理3．光敏電容光敏電容利用光的照射改變電容值。光敏電容由光敏材料和電極組成。當(dāng)光線照射到光敏電容上時，光子的能量會影響光敏材料內(nèi)的電荷分布，從而改變電極之間的電場分布，進(jìn)而改變電容值。光照強(qiáng)度增加會導(dǎo)致電容值減小，而光照強(qiáng)度減小會導(dǎo)致電容值增大。4．光敏阻抗光敏阻抗與光敏電阻的工作原理相似，都是通過光線的照射來改變阻抗值。光敏阻抗主要是由光敏材料本身的特性決定的。當(dāng)光線照射到光敏阻抗上時，光子的能量會激發(fā)光敏材料內(nèi)的電荷載流子，改變光敏材料內(nèi)的電荷分布和電導(dǎo)率。這導(dǎo)致光敏阻抗的阻抗值發(fā)生變化，光照強(qiáng)度的增加會使阻抗值減小，而光照強(qiáng)度的減小會使阻抗值增大。5．光敏場效應(yīng)管光敏場效應(yīng)管（PhotoconductiveField-EffectTransistor，PFET）由光敏材料和場效應(yīng)晶體管（簡稱場效應(yīng)管）組成。當(dāng)光線照射到光敏材料上時，光子的能量會激發(fā)光敏材料內(nèi)的電荷載流子，改變光敏材料內(nèi)的電導(dǎo)率。四、光敏傳感器的應(yīng)用（1）光照度測量光敏傳感器可用于測量光照度，即環(huán)境中的光照強(qiáng)度。（2）光敏安全檢測光敏傳感器可用于安全檢測和控制應(yīng)用。（3）光敏控制在夜間照明系統(tǒng)或智能照明系統(tǒng)中，光敏傳感器可以根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度自動調(diào)整燈光的亮度。（4）光敏報警系統(tǒng)光敏傳感器可用于安防系統(tǒng)的入侵檢測，可以檢測窗戶、門或其他區(qū)域的光照變化。（5）光敏觸發(fā)器光敏傳感器可用作觸發(fā)器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，用于觸發(fā)其他設(shè)備或系統(tǒng)的操作。（6）光學(xué)測量光敏傳感器可用于進(jìn)行光學(xué)測量和分析。（7）光敏交互設(shè)備光敏傳感器可用于交互設(shè)備?！炯寄苡?xùn)練】活動一

組裝設(shè)備活動二

編寫圖形程序活動三

解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系在本任務(wù)中，光敏傳感器用來探測環(huán)境光，同時將探測結(jié)果發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板，ArduinoMega2560開發(fā)板根據(jù)探測結(jié)果進(jìn)行判斷，并將判斷結(jié)果輸出到串口。觸摸開關(guān)的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件模塊的引腳標(biāo)志，明確各標(biāo)志的含義。本任務(wù)使用的光敏傳感器有3個引腳，分別如下。（1）VCC引腳：表示電源正極。（2）GND引腳：接地引腳，表示電源負(fù)極。（3）OUT引腳：信息輸出引腳，表示輸出信號是一個模擬信號。2．連接引腳（1）將VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（3）將OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的模擬引腳A0上。光敏傳感器的設(shè)備接線圖活動一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項如下。（1）光敏傳感器的連接線應(yīng)該為紅線接電源正極、黑線接電源負(fù)極，切不可接反。（2）光敏傳感器的輸出引腳可與任何開發(fā)板的模擬引腳（A0～A15）連接，但需更改程序中相應(yīng)的引腳參數(shù)。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過程中要注意安全。活動二編寫圖形程序一、分析程序流程（1）因為光敏值會被反復(fù)使用，所以定義變量light為光敏值，簡化程序。（2）讀取光敏值。（3）等待1s的目的是方便在串口調(diào)試窗口中觀察light的值，這不是必需的部分。（4）對light值的狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)light值小于350時，表明當(dāng)時外界光線明亮，無須開燈；當(dāng)light值大于或等于350時，表示當(dāng)時外界光線昏暗，需開燈。光敏傳感器測試程序流程圖活動二編寫圖形程序二、搭建程序積木光敏傳感器測試程序完整流程活動三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動生成的代碼通過活動二搭建好了程序積木框架，為了更好地理解程序的運行邏輯，還需要對Mind+軟件自動生成的ArduinoC語言的代碼進(jìn)行解讀，以提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)編程能力。可以按以下操作，查看Mind+軟件根據(jù)程序積木自動生成的ArduinoC語言的代碼（Mind+軟件會自動修改變量名、添加注釋）。光敏傳感器測試程序的ArduinoC語言的代碼（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動生成”選項卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動生成的ArduinoC語言的代碼?；顒尤庾x程序代碼二、代碼解析代碼含義mind_n_light=(round((String(analogRead(A0)).toInt())));將光敏值四舍五入后轉(zhuǎn)換為整數(shù)類型，并將結(jié)果賦值給變量mind_n_tmp。analogRead(A0)函數(shù)用于讀取光敏值，并返回一個浮點數(shù)類型的值。由于需要將這個值變?yōu)樽罱咏恼麛?shù)，因此需要使用round()函數(shù)對其進(jìn)行四舍五入操作。toInt()函數(shù)則將四舍五入后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為整數(shù)類型。最后，將四舍五入后的整數(shù)賦值給變量mind_n_light，以便后續(xù)判斷環(huán)境光的強(qiáng)度Serial.print((String("當(dāng)前光敏值是：")+String(mind_n_light)));String(mind_n_light)將浮點數(shù)類型的值轉(zhuǎn)換為字符串類型，最終的結(jié)果是一個字符串類型的值，表示當(dāng)前光敏值和環(huán)境光的狀態(tài)，最后通過串口發(fā)送出去

if((mind_n_light<350)){mind_n_light<350表示判斷mind_n_light是否小于350（閾值350可以根據(jù)實際情況改動），如果是，則條件成立，然后執(zhí)行Serial.println()函數(shù)，將字符串“>>>環(huán)境光較亮，不用打開路燈?！卑l(fā)送到串口。返回到delay(1000);處，繼續(xù)監(jiān)測環(huán)境光

Serial.println(">>>環(huán)境光較亮，不用打開路燈。");

}

else{如果大于或等于350，則執(zhí)行Serial.println()函數(shù)，將字符串“>>>環(huán)境光較暗，請打開路燈。”發(fā)送到串口。返回到delay(1000);處，繼續(xù)監(jiān)測環(huán)境光

Serial.println(">>>環(huán)境光較暗，請打開路燈。");

}活動四上傳與調(diào)試程序一、連接設(shè)備在Mind+軟件中選擇“上傳模式”，使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計算機(jī)上，并單擊“連接設(shè)備”下拉按鈕，單擊相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行連接。如果沒有出現(xiàn)設(shè)備，則單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動”后再嘗試。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運行效果用手指觸碰觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)模塊指示燈呈紅色，查看串口調(diào)試窗口的數(shù)據(jù)顯示是否反映出燈狀態(tài)的變化。觸摸開關(guān)實物連接。觸摸開關(guān)控制程序運行效果。 光敏傳感器實物連接運行效果【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1光敏傳感器的分類及工作原理能正確說出光敏傳感器的分類及工作原理10

2光敏傳感器的識別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出光敏傳感器10

3光敏傳感器引腳的識別能準(zhǔn)確說出光敏傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4光敏傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5光敏傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運行程序，使運行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實驗中，操作要安全、規(guī)范。完成實驗后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10

能按時完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計100

【拓展學(xué)習(xí)】照相機(jī)上的光敏傳感器CCD傳感器CCD傳感器通過逐行讀取的方式將感光表面上的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后形成圖像，具有圖像清晰、色彩還原度高的特點。CMOS傳感器。CMOS傳感器則是將光子轉(zhuǎn)化為電子，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過控制邏輯將像素信息傳遞給數(shù)字信號處理器，最終生成圖像，具有功耗更低和成本更低等優(yōu)點；【思考與練習(xí)】1．請舉例說明幾個利用光敏傳感器工作的設(shè)備。2．什么是CCD傳感器和CMOS傳感器？3．顧名思義，太陽能電池是通過太陽光來對電池進(jìn)行充電的。請問日光燈的燈光是不是也能對電池進(jìn)行充電？為什么？4．請利用觸摸開關(guān)、光敏傳感器、ArduinoMega2560開發(fā)板等設(shè)備，模擬以下場景（結(jié)果由串口調(diào)試窗口顯示）：回到家中，打開燈的開關(guān)，燈開始工作，并可以根據(jù)當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境光自動調(diào)整亮度，以達(dá)到最舒適的亮度；夜晚休息時，關(guān)閉燈的開關(guān)，燈不再工作。任務(wù)三聲音采集傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解聲音采集傳感器的工作原理。2．能正確識讀聲音采集傳感器的電路圖。3．能正確連接、安裝聲音采集傳感器。4．形成標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)試記錄習(xí)慣，建立規(guī)范操作意識?！救蝿?wù)情景】某老舊居民小區(qū)的樓道里原來安裝的都是手拉燈，經(jīng)常有居民開燈以后不關(guān)燈，造成很大的能源浪費。為了節(jié)能環(huán)保，小區(qū)物業(yè)決定把樓道里的手拉燈全部換成聲控?zé)?。請使用物?lián)網(wǎng)套件，制作一個聲控?zé)簟！救蝿?wù)分析】要利用聲音實現(xiàn)對燈的