《3.1-信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式》參考課件3

3.1信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式高中信息技術(shù)必修2新知導(dǎo)入新知導(dǎo)入新知導(dǎo)入本節(jié)主要內(nèi)容：1、信息系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)。2、物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制。新知講解3.1.1信息系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)新知導(dǎo)入共享單車就是一個(gè)典型的依托二維碼的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)。如果用戶需要使用共享單車，只需用手機(jī)APP掃描車身上的二維碼，就可以實(shí)現(xiàn)開鎖騎行，在云平臺(tái)上將自動(dòng)計(jì)算行程和費(fèi)用，大大方便了用戶。新知導(dǎo)入思考：（1）共享單車上的二維碼，在整個(gè)信息系統(tǒng)當(dāng)中起到了什么作用？（2）與傳統(tǒng)的公共單車租用相比，共享單車有什么優(yōu)勢(shì)？新知導(dǎo)入人臉識(shí)別、二維碼智能開鎖家居系統(tǒng)的體驗(yàn)過(guò)程示意圖。新知講解計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個(gè)階段：（1）人們解決的主要問(wèn)題是“讓人和計(jì)算機(jī)對(duì)話”，即操作計(jì)算機(jī)的人輸入指令，計(jì)算機(jī)按照人的意圖執(zhí)行指令，完成任務(wù)。（2）在計(jì)算機(jī)大規(guī)模普及之后，人們開始考慮“讓計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)對(duì)話”，即讓處在不同空間的計(jì)算機(jī)可以數(shù)據(jù)傳遞、資源共享，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則應(yīng)運(yùn)而生。新知講解（3）人們主要考慮的是將聯(lián)網(wǎng)的終端從計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到“物”——物體和環(huán)境。連接之后，整個(gè)物理世界就可以在數(shù)字世界中得到反映，這種需求帶來(lái)的是物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生?？梢赃@么理解，物聯(lián)網(wǎng)是將物理世界數(shù)字化并形成數(shù)字世界的一個(gè)途徑，在第三階段中，人們開始努力在傳感技術(shù)、定位技術(shù)的幫助下與物理世界對(duì)話。新知講解早期的物聯(lián)網(wǎng)是指依托射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)和設(shè)備，按約定的通信協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使物品信息實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理，實(shí)現(xiàn)物品信息互聯(lián)而形成的網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)代意義的物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物的感知識(shí)別控制、網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)和智能處理有機(jī)統(tǒng)一，從而形成高智能決策。新知講解物聯(lián)網(wǎng)示意圖新知講解物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝備對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的信息交互和無(wú)縫鏈接，達(dá)到對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。新知講解2009年8月，國(guó)務(wù)院提出“感知中國(guó)”的戰(zhàn)略構(gòu)想，表示中國(guó)要抓住機(jī)遇，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。2012年，我國(guó)工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部再次加大了支持物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市方面發(fā)展的力度。新知講解物聯(lián)網(wǎng)具有三個(gè)方面的技術(shù)特征。（1）全面感知：是指利用無(wú)線射頻識(shí)別、傳感器、定位器和二維碼等手段，隨時(shí)隨地對(duì)物體進(jìn)行信息采集和獲取。（2）可靠傳遞：是指通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)，對(duì)接收到的物體信息進(jìn)行實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程傳送，實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享，并進(jìn)行各種有效的處理。（3）智能處理：是指利用數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)計(jì)算、云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)接收到的海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理，提升對(duì)外部世界各種活動(dòng)和變化的洞察力，實(shí)現(xiàn)智能化的控制和決策。新知講解各種類型的傳感器封裝好的溫度傳感器新知講解條形碼是將寬度不等的多個(gè)黑條和白條，按照一定的編碼規(guī)則排成平行線圖案，可以被特定的設(shè)備識(shí)讀，轉(zhuǎn)換成與計(jì)算機(jī)兼容的二進(jìn)制信息（如黑色的條和白色的空分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的“1”和“0”）。掃描識(shí)讀條形碼通過(guò)條形碼讀取商品價(jià)格信息新知講解智能處理相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的大腦和神經(jīng)中樞。國(guó)際電信聯(lián)盟在關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展報(bào)告中曾描繪未來(lái)“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的圖景：當(dāng)司機(jī)出現(xiàn)操作失誤時(shí)汽車會(huì)自動(dòng)報(bào)警；公文包會(huì)提醒主人忘帶了什么東西；衣服會(huì)“告訴”洗衣機(jī)對(duì)顏色和水溫的要求；等等。也許不久的將來(lái)，這些場(chǎng)景就會(huì)來(lái)到我們身邊。課堂練習(xí)場(chǎng)景（1）使用智能手機(jī)撥打電話，當(dāng)聽筒靠近耳朵時(shí)，屏幕變暗、被鎖定，確保通話時(shí)不會(huì)誤操作。（2）人們使用公交卡乘坐公交車，只需上車刷卡，就能自動(dòng)繳費(fèi)。在便利店、超市等也可以進(jìn)行類似刷卡消費(fèi)。有近距離無(wú)線通信（NFC）功能的手機(jī)，只要安裝特定的手機(jī)程序，也可以實(shí)現(xiàn)公交卡的功能。（3）現(xiàn)代汽車行業(yè)大力研發(fā)的無(wú)人駕駛技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能讀取車輛信息、分析道路情況，配合各種傳感器，實(shí)現(xiàn)汽車的無(wú)人智能駕駛。課堂練習(xí)問(wèn)題（1）物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了普通物體之間的互通互聯(lián)，以上場(chǎng)景中的物聯(lián)網(wǎng)包含了哪些物體？（2）物體需要具備怎樣的條件，才能納入物聯(lián)網(wǎng)的范圍？（3）以上場(chǎng)景分別體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)哪方面的技術(shù)特征？新知講解3.1.2物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制新知講解根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。新知講解（1）感知層。感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能感知識(shí)別、信息采集處理和自動(dòng)控制，并通過(guò)通信模塊將物理實(shí)體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層可依托公眾電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，也可以依托行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)。新知講解（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息處理、計(jì)算等通用基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、能力及資源調(diào)用接口，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在眾多領(lǐng)域的各種應(yīng)用。新知講解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及感知、控制、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子、計(jì)算機(jī)、軟件、嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)電等技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)體系可劃分為感知關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)和支撐技術(shù)，每種技術(shù)體系下又涵蓋非常多的關(guān)鍵技術(shù)。新知講解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系新知講解傳感和識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實(shí)現(xiàn)物體控制的首要環(huán)節(jié)；射頻識(shí)別技術(shù)既是一種無(wú)線通信技術(shù)，同時(shí)又是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在越來(lái)越多的行業(yè)中被應(yīng)用與推廣，加速了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展；嵌入式系統(tǒng)技術(shù)則使得物聯(lián)網(wǎng)具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。新知講解（1）傳感技術(shù)是夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本電路組成。溫度傳感器內(nèi)部圖新知講解傳感器的功能與人類五大感覺(jué)器官相比擬：（1）光敏傳感器，相當(dāng)于視覺(jué)，包括紅外線傳感器、紫外線傳感器、色彩傳感器等；（2）聲敏傳感器，相當(dāng)于聽覺(jué)，用于檢測(cè)在氣體、液體或固體中傳播的機(jī)械振動(dòng)；（3）氣敏傳感器，相當(dāng)于嗅覺(jué)，用于檢測(cè)氣體濃度和成分；（4）化學(xué)傳感器，相當(dāng)于味覺(jué)，用于檢測(cè)各種化學(xué)物質(zhì)及其濃度；（5）壓敏、溫敏、濕敏等傳感器，相當(dāng)于觸覺(jué)，能感受壓力和環(huán)境溫度、濕度等。新知講解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理和發(fā)送，已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如：在大棚種植中對(duì)室內(nèi)及土壤的溫度、濕度、光照進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)植物生長(zhǎng)規(guī)律的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與分析，又如在病人、老人等身上安裝心率和血壓監(jiān)測(cè)等設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)人體的各種生理數(shù)據(jù)，都需要使用傳感器。新知講解（2）射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）：是一種無(wú)線通信技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而且識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間無(wú)須建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。它的出現(xiàn)改變了條形碼依靠“有形”的一維或二維幾何圖案來(lái)提供信息的方式，可以通過(guò)芯片來(lái)提供存儲(chǔ)在其中的數(shù)量龐大的“無(wú)形”信息。新知講解RFID系統(tǒng)五個(gè)組件構(gòu)成，包括傳送器、接收器、微處理器、天線和標(biāo)簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，統(tǒng)稱為閱讀器，因此通常將RFID系統(tǒng)分為閱讀器、天線和標(biāo)簽三大組件。RFID系統(tǒng)的工作原理新知講解射頻識(shí)別系統(tǒng)最重要的優(yōu)點(diǎn)是非接觸識(shí)別，它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢，在條形碼無(wú)法使用的惡劣環(huán)境中閱讀標(biāo)簽，并且閱讀速度極快，大多數(shù)情況下不到100毫秒。RFID的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在公交卡、門禁卡、二代身份證上都有其身影。新知講解（3）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)：是指以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專