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(jì)和工程實(shí)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(jì)小區(qū)的智能車庫系統(tǒng)。請以項(xiàng)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(shí)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(gè)主要層次，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。每個(gè)層次都有不同的功能和任務(wù)，它們協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高效運(yùn)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(shí)時(shí)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(chǔ)。在感知層中，通常會(huì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)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(dòng)。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АＴ诰W(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(duì)列遙測傳輸協(xié)議（MessageQueuingTelemetryTransport，MQTT）、受限應(yīng)用協(xié)議（ConstrainedApplicationProtocol，CoAP）等，來實(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(gè)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(shí)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(jì)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(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期就對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，從而提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以表明系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備和節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，從而幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和擴(kuò)展。4．系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)考慮安全問題，如網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露等，從而實(shí)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(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是路由器、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)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(shí)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(dòng)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)設(shè)備、云平臺(tái)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(gè)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(yùn)行方式，便于進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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。【技能訓(xùn)練】活動(dòng)一

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D活動(dòng)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(jì)算機(jī)?；顒?dòng)一

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(dòng)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)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(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，從而提高車庫的安全性和可靠性?；顒?dòng)一

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(shí)時(shí)的物理安全檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)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(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)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(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)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(jì)算機(jī)等，實(shí)現(xiàn)對車庫門的開關(guān)控制，車主可以隨時(shí)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(shí)現(xiàn)智能化控制和數(shù)據(jù)傳輸?；顒?dòng)一

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(gè)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(gè)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(chǔ)和處理。服務(wù)器會(huì)運(yùn)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?dòng)一

識讀智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D3．應(yīng)用層應(yīng)用層可以實(shí)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(jì)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(gè)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(chǔ)、處理和應(yīng)用，再通過計(jì)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。活動(dòng)二

繪制智能車庫系統(tǒng)拓?fù)鋱D1．新建項(xiàng)目打開AutoCAD軟件，新建項(xiàng)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(gè)元素，并進(jìn)行添加文字、注釋等操作。

新建項(xiàng)目

選擇“布局1”視圖活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)，注意注釋與圖塊相對應(yīng)。添加注釋后的結(jié)果活動(dòng)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(dòng)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(jià)】序號主要內(nèi)容評價(jià)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(shí)驗(yàn)中，操作要安全、規(guī)范。完成實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將相關(guān)元件、模塊等收納整齊，保持實(shí)驗(yàn)桌面干凈、整潔10

5

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

能按時(shí)完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計(jì)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(diǎn)。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(dú)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(huì)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?！救蝿?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(shí)現(xiàn)對燈的控制。為了模擬并實(shí)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(yàn)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(shí)際生活中的作用?！鞠嚓P(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(jì)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(shí)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(shí)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(diǎn)。（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(shí)產(chǎn)生的聲波變化。聲波觸摸開關(guān)可以實(shí)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(shí)光照的變化。通過檢測光線的散射、反射或遮擋，可以實(shí)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(shí)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(dòng)、滑動(dòng)、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(gè)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(shí)，MCU模塊還可以與無線通信模塊進(jìn)行通信，實(shí)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(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、定時(shí)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(shí)，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(shí)，手指和觸摸面板之間形成電容耦合。這種電容耦合會(huì)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(shí)，觸摸點(diǎn)附近的電阻會(huì)發(fā)生變化。通過測量觸摸點(diǎn)附近電阻的變化，傳感器可以檢測到觸摸動(dòng)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(shí)產(chǎn)生的聲波變化。當(dāng)手指觸碰觸摸面板時(shí)，產(chǎn)生的反射超聲波會(huì)被超聲波傳感器捕捉到。超聲波傳感器會(huì)分析聲波的特征，檢測觸摸動(dòng)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(shí)光線的變化。當(dāng)手指觸碰觸摸面板時(shí)，光線的散射、反射或遮擋會(huì)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(gè)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(dòng)一

組裝設(shè)備活動(dòng)二

編寫圖形程序活動(dòng)三

解讀程序代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序活動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項(xiàng)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?dòng)二編寫圖形程序一、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(dòng)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(dòng)三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動(dòng)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(dòng)生成”選項(xiàng)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(dòng)生成的ArduinoC語言的代碼。觸摸開關(guān)的ArduinoC語言的代碼活動(dòng)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(tái)；“mega2560”表示使用的是ArduinoMega2560開發(fā)板

*MindPlus

*mega2560

*

*/

//動(dòng)態(tài)變量代碼中定義了一個(gè)名為mind_n__touch的浮點(diǎn)數(shù)類型的動(dòng)態(tài)變量，用于存儲(chǔ)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(huì)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(jì)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(huì)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(shí)間，以免過多占用中央處理器（CPU）時(shí)間

while(!digitalRead(52)){yield();}使用while循環(huán)語句和yield()函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)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(shí)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(shí)，“！”表示取反；返回0時(shí)，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