第二单元第一节（第1课时）物联网的互联通信课件湘教版初中信息科技八年级上册

八年级上册第1课

物联网的互联通信第二单元

物联网系统和反馈控制阳光、温度等都是植物生长过程中必备的环境条件，作为学生又无法时时刻刻关注学校农植园中的光线、温度等环境情况，若环境条件不适宜但未及时调整，将导致学校农植园的植物无法健康地生长。项目筹备1.项目情境

为解决这个问题，请你组建一个小组，应用物联网系统和反馈控制的知识，搭建一个智能农植园，实现远程温控的功能，进一步思考用这些知识可以解决哪些问题？项目筹备2.项目任务

根据以下格式，参考范例，完成项目方案。学习知识实施步骤预期成果（1）学习物联网通信的相关知识（2）了解常见的物联网输出设备（3）了解常见的物联网平台（4）学习相关软件的安装方法

（1）分析学校智能农植园的项目需求，提出项目设计方案（2）研究物联网的通信、控制等技术，选择适合项目实施的通信方案和输出设备（3）研究并选择合适的方案，搭建物联网系统（4）项目实现：连接硬件、编程实现智能农植园项目（5）撰写项目实施报告（1）学校智能农植园的项目需求分析报告（2）学校智能农植园的项目功能设计报告及硬件需求列表（3）项目实施报告（硬件连接方案、算法设计、程序编写、项目运行效果……）（1）方法引导：遵循由简单到复杂的认知规律。（2）主要内容：①常见的物联网通信技术有哪些？——物联网通信技术②常见的物联网通信协议有哪些？——物联网通信协议③如何使用MQTT协议与开源硬件通信？——MQTT协议通信原理知识探究探究内容与要求课程导入物联网开启了万物互联的时代，但要真正实现万物互联，首先要解决的就是万物之间的通信问题。虽然说物联网是互联网的延伸，但物联网的设备往往是泛在的(指无所不在)、移动的，比如成千上万的共享单车。它如何知道你在哪？我们用手机点击开锁，指令是怎样传递到车锁上的？”一、常见的物联网通信技术按照通信方式，可以把物联网通信技术大致分为有线传输、短距离无线传输、长距离无线传输等。常见的物联网通信技术有哪些？一、常见的物联网通信技术1.有线传输

有线传输是指设备之间用物理线缆直接相连，从而实现设备之间通信的一种传输方式。如利用USB线虚拟一个串口实现通信的方式。

串口是串行接口的简称，也称串行通信接口，是采用串行通信方式的扩展接口。一、常见的物联网通信技术

了解：开源硬件通过USB线连接计算机实现串口通信时，计算机的设备管理器里会出现一个虚拟串口的编号虚拟串口的建立虚拟串口的断开一、常见的物联网通信技术2.短距离无线传输短距离无线传输主要指物联网终端之间及终端和物联网网关之间的通信，涉及蓝牙、紫蜂(ZigBee)、无线射频等技术。蓝牙常用于固定设备和移动设备、移动设备和移动设备之间的短距数据传输。蓝牙网络的特点是速率快、功耗低、安全性高。一、常见的物联网通信技术思考：共享单车是有线传输技术还是短距离无线传输？无信号区域的共享单车如何进行数据传输？一、常见的物联网通信技术3.长距离无线传输长距离无线传输方案的首选肯定是移动无线通信技术。随着移动无线通信技术的发展，移动无线通信终端模块的价格和通信资费都在不断下降。4G、5G设备能够快速、高质量地传输图像、音频、视频等数据。但其设备的功耗较大，对电源的要求较高。近几年，NB-IoT和LoRa技术正在兴起，成为物联网通信技术中新的选择。一、常见的物联网通信技术因技术的制约，早期的物联网往往采用有线方式，而后期则更多地使用无线方式。虽然说物联网通信是在计算机网络的基础上发展起来的，但是物联网的终端类型实在太多了。由于功耗和成本等因素的限制，有些设备还不能直接联网，需要借助物联网网关设备或者手机之类的终端进行“中转”。一、常见的物联网通信技术物联网的目标是实现万物互联，但是一些设备因为技术限制或者其他原因，不能直接连接互联网。那么，物联网网关就成为连接这些设备的重要纽带。如图所示物联网终端先通过蓝牙技术连接到网关，再经过网关的协议转换与云服务器通信。思考：为什么需要经过网关进行协议转换？二、常见的物联网通信协议通信协议：指双方实体完成通信或服务必须遵循的规则和约定，运行于传输协议(如TCP/IP)之上，主要负责物联网设备之间以及物联网设备和服务器之间的数据交换。二、常见的物联网通信协议1.HTTPHTTP又称为超文本传输协议，是用于浏览器与Web服务器之间相互通信的规则。每一次通信，先由客户端向服务器发起请求，服务器响应请求并反馈数据，待数据传输完毕后，连接随之断开。二、常见的物联网通信协议1.HTTP借助HTTP实现物联网设备和服务器之间的数据交换，一般有两种方式:一、让智能终端定时发起请求，不断将数据发送给Web服务器，同时从Web服务器中获取指令;二、在智能终端上运行Web服务器程序，服务器定时向智能终端发起请求，获取信息并传送指令。二、常见的物联网通信协议TinyWebI0是一个开源的MicroPython库，可以在绝大多数的开源硬件上运行。如下图所示，某开源硬件运行相关的代码后，就会变身为一个微型的Web服务器。二、常见的物联网通信协议在浏览器上输人http:/本机IP:8888，即可看到如下图所示的

页面。根据TinyWebIO服务器的说明，输人正确的标签名称后，即可读取相应的传感器信息。同样，如果输入正确的标签名称和数值，即可让开源硬件执行相应的动作，如点亮LED灯、显示文字、发出声音等。二、常见的物联网通信协议2.MQTT协议MQTT(messagequeuingtelemetrytransport，消息队列遥测传输)是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通信协议。MOTT系统由服务器和客户端组成，服务器通常被称为“代理(broker)”，客户端可以发布或订阅信息。在发布信息时，客户端会将包含数据的控制信息发送到服务器，然后服务器再将信息分发给已订阅该主题的所有客户端。二、常见的物联网通信协议2.MQTT协议采用MOTT协议使物与物的联接变得十分灵活。因为控制端(发布信息)和被控制端(订阅信息)之间并没有建立直接的联系，而是通过服务器进行中转沟通。只要它们发送和订阅的是同一个主题(TopicID)，即可相互沟通。目前MOTT协议应用非常广泛，国内外主要的云计算服务商都支持MOTT协议，如阿里云、AWS、百度云、Azure及腾讯云等。二、常见的物联网通信协议阅

读：自主阅读p43“阅读”部分的内容，比较HTTP和MQTT协议的不同HTTP和MQTT协议的比较如下:第一，通信模式的比较。MQTT协议是为数据传递而设计，而HTTP是为文档传输而设计。物联网的通信往往需要长时间的连接来进行实时信息传递，HTTP如果要实现“实时”效果，则需要不断发起连接，将消耗大量的网络带宽和系统资源。MQTT协议则不同，它本来就为移动网络的优化而设计，只需要发送简短的报文，即可维持客户端跟服务器之间的长时间连接。二、常见的物联网通信协议第二，传输速度的比较。根据3G网络的测试结果，MQTT协议的吞吐量比HTTP大93倍。MOTT协议具有非常短的消息头，最小的报文大小为2字节，而HTTP的报文则要大很多倍。。（1）学会分析：以“学校智能农植园”为例，如何实现硬件设备的远程通信？

辅助分析支架：要实现“学校智能农植园”的远程温控功能，更适合选择____网络和____协议来实现开源硬件的物联网通信。（2）学会思考：哪一种物联网通信技术和物联网通信协议更适合物联网项目“学校智能农植园”？

辅助分析支架：物联网项目更适合选择易部署且覆盖范围广的____网络，更适合选择为数据传递而设计的、且报文小的____协议。（3）对学科方法、工具或作品进行评价反思：在选择物联网项目的通信技术和通信协议时，需要注意哪些方面？

知识探究核心素养培育请同学按照下列提示进行总结回顾：1.学到了哪些知识与技能？2.提升了哪些方面的能力？3.生成了怎样的观点？小结回顾

①常见的物联网通信技术有

、

、

这几类。

②常见的物联网通信协议有

、

两类，其中，

协议为数据传递而设计，而____协议为文档传输而设计。

③MQTT协议与HTTP相比较，

协议的吞吐量比

协议大

倍。

协议具有非常短的消息头,最小的报文大小为

字节,而

协议的报文则要大很多倍。知识回顾知识梳理根据你对物联网通信技术的理解，请选填。（1）通信网络：常见的物联网通信技术有____、____、____等联网方式，物联网系统一般采用____方式进行网络通信。（2）通信协议：常见的物联网通信协议有____、____，物联网系统一般采用____更大、____更小的，只需要发送简短报文就可维持客户端跟服务器之间_