电子工业社版（2022）第三册3.3 物联网通信技术精品ppt课件

这是一份电子工业社版（2022）第三册3.3 物联网通信技术精品ppt课件，文件包含33物联网通信技术课件pptx、33物联网通信技术教案doc、引入视频mp4等3份课件配套教学资源，其中PPT共44页， 欢迎下载使用。

1、信息意识：学会从大量数据中筛选出有价值的信息，并学会判断信息的真实性和可靠性。2、计算思维：运用计算机科学的基本概念和方法，以有效地处理和分析数据。3、数字化学习与创新：用新的途径和方式运用数字技术和网络资源进行学习，在物联网技术领域不断探索和尝试新的方法和技术。4、信息社会责任：关注物联网技术可能带来的隐私泄露、网络 安全等问题。
马宁佩戴了爸爸送给他的智能手环，并在手机端安装了智能手环的App。将智能手环与手机连接后，可以把智能手环中的数据传到手机里，用来分析马宁的身体状况。那么，智能手环中的数据是如何传送到手机里的呢?在本节，我们通过分析智能手环的通信方式，学习物联网网络层的关键技术--物联网通信技术。
随着万物互联时代的到来，物体与物体之间的连接方式也在不断发展如果说传感器使连接在物联网中的物体有了对外界环境的感知，那么通信技术就是物联网的神经系统，它将遍布在物联网各处的设备连接起来。物与物连接实现数据交换的方式，可以分为有线连接和无线连接两种:有线连接包括网线连接、USB连接、引脚线连接;无线连接包括 Wi-Fi连接移动通信网连接、蓝牙连接、近场通信连接(NFC)、ZigBee 连接等。
活动1 认识蓝牙通信技术
1.蓝牙的定义：(1)使用蓝牙通信技术(以下简称为蓝牙)可以实现设备近距离通信，用来在手机、无线耳机、笔记本电脑、智能手环等众多设备之间进行无线信息。交换，为固定和移动设备建立通信环境。生活中许多设备都内嵌了蓝牙模块，使得这些设备能够与智能终端实现数据通信。如蓝牙鼠标、键盘与智能终端连接等。
1.蓝牙的定义：(2)智能手环上有众多传感器，可以检测人体数据，如果要把这些数据同步传到智能终端的App上，就需要蓝牙的支持。例如，将智能手环与智能终端通过蓝牙连接后(见图3.3.1)跑步时带上手环，手环会将运动步数、速度、心率等数据实时传输到手机上，跑步结束后，打开手机就能看到跑步时各个时间段心率、速度的变化等信息。
图 3.3.1 智能手环与终端的数据传输示意图
2、任选一种蓝牙设备与智能终端建立连接。说一说，连接之后实现了哪些数据的通信。
蓝牙是一种传输信息的工具，手机与手机之间，手机与电脑（具有蓝牙模块）之间都可以用蓝牙。1、可以和别人的手机、电脑进行连接，进行数据、文件传输。2、手机和车载蓝牙进行连接，尽可以直接操作车载蓝牙，进行打电话。3、蓝牙手机和蓝牙耳机连接后还可以无线接听电话，听音乐等。
3.蓝牙设备与智能终端的通信：实现蓝牙设备与智能终端的通信，一般要经历以下三个步骤。(1)打开蓝牙开关。当两台带有蓝牙功能的硬件设备要相互交流信息时，需要先将两台设备的蓝牙开关打开，如图3.3.2 所示为打开智能手机的蓝牙开关。
图 3.3.2 打开智能手机的蓝牙开关
3.蓝牙设备与智能终端的通信：(2)用主设备搜索可以连接的蓝牙设备。通常在连接蓝牙时，要先确定主设备与从设备。主设备是主动建立连接的一方，能够主动搜索和连接其他蓝牙设备; 从设备不能主动建立连接，只能等其他设备连接自己。通常主设备是智能终端，从设备可以是智能终端或者蓝牙耳机智能手环等。
3.蓝牙设备与智能终端的通信：(3)智能终端与蓝牙设备配对与连接。搜索成功后，在智能终端选择要连接的蓝牙设备名称，双方进行配对，配对成功后双方就能实现数据通信了。如图3.3.3 所示为智能终端与蓝牙耳机的连接。
智能终端(主设备) 蓝牙耳机(从设备)
图 3.3.3 智能终端与蓝牙耳机的连接过程示意图
1、ZigBee技术是近距离无线传感器网络的通信标准，它具有低功耗、低成本、延时短、网络容量大、安全可靠等特点，城区的街道照明、电表及电子医疗等要求低耗能的电子系统都使用ZigBee技术作为物联网设备间通信的首选技术。
2、在某ZigBee电子医疗监护应用中，ZigBee模块嵌在测量人体脉搏、血压等和病房的监视器和报警器中。获取的数据直接通过2.4G频率的ZigBee网络发送到ZigBee网关。网关再通过4G网络将数据传送到远程管理中心进行存储和分析。
图 3.3.9 ZigBee 技术在医疗健康监测的应用示意图
3、NFC技术由非接触式射频识别（RFID)演变，是一种短距离高频的无线电技术，是专为智能手机设计的，允许电子设备之间通过非接触式点对点传输数据。智能手机开启NFC功能后，可以把手机变成公交卡，也可以在线充值。
图 在智能交通中应用NFC技术
活动2 认识 Wi-Fi 通信技术
1. Wi-Fi 通信技术的含义：(1)使用Wi-Fi通信技术(以下简称为Wi-Fi)可以实现设备近距离通信几乎所有的智能手机、笔记本电脑和智能设备都支持Wi-Fi上网，Wi-Fi是当今使用范围最广的无线网络传输技术之一，Wi-Fi通常会用符号表示。
1. Wi-Fi 通信技术的含义：(2)许多智能设备上都有Wi-Fi模块，它是一种能将数据转换为符合Wi-Fi通信协议的嵌入式模块，能够接收和发射Wi-Fi信号，从而与其他Wi-Fi设备进行通信。家居产品如果内嵌了Wi-Fi模块，就可以实现智能手环与家居产品的通信。
图 3.3.4 智能手环与家居产品的 Wi-Fi 通信示意图
1. Wi-Fi 通信技术的含义：(3)通过互联网中的网络协议能够实现设备之间的数据交换。在使用 Wi-Fi的网络环境下，按照网络协议，可以实现物与物之间的互联互通。请同学们两人为一小组，各用一块智能开发板，体验Wi-Fi环境下的数据发送与接收，将智能开发板A(发送端)检测到的环境光线数据发送给智能开发板B(接收端)。
2.Wi-Fi环境下程序应用:(1)打开编程软件，对接收端(智能开发板B)编写如图3.3.5左图所示的程序，将程序刷入接收端的智能开发板后，可以得到图3.3.5右图所示的结果，获取接收端智能开发板的IP信息。
图 3.3.5 获取接收端智能开发板的 IP 信息
2.Wi-Fi环境下程序应用:(2)对发送端(智能开发板A)编写发送环境光线数据的程序，如图3.3.6所示。
图 3.3.6 发送端发送环境光线数据的程序
2.Wi-Fi环境下程序应用:(3)对接收端(智能开发板B)编写接收环境光线数据的程序，如图 3.3.7所示。
图 3.3.7 接收端接收环境光线数据的程序
1、窄带物联网(NB-IOT)技术支持低功耗设备在广域网的移动通信连接可以覆盖传统移动通信技术无法到达的区域。
2、候鸟研究使用基于(NB-IOT)技术开发的智能遥测标签，能跟踪和监测候鸟的运动并研究其数量下降的原因。将传感器安全无害地绑在鸟的腿上，以记录候鸟的详细行为数据与外部的环境数据，如候鸟所处的位置、环境温度等。
图 在动物研究中应用 NB-IOT 技术
活动3 认识远距离通信技术
1.远距离通信技术含义：(1)在物联网领域，大多数传感器都嵌在主控板中，主要以近距离无线通信为主。如，家庭网络中的智能音箱、扫地机器人、智能冰箱、智能洗衣机、智能空调等物联网应用，在家中就可以实现控制要求。
1.远距离通信技术含义：(2)现在的物联网应用通常采用近距离通信与远距离通信相结合的技术。人在家中时，智能终端连接Wi-Fi后，就可以来控制智能音箱、扫地机器人;人离开家以后，智能终端就要通过远距离通信技术连接智能音箱，智能音箱再通过近距离通信技术(Wi-Fi)控制扫地机器人。如图3.3.8 所示。
图 3.3.8 远距离通信与近距离通信相结合示意图
2、请同学们以“远程智能摄像头”为例，查阅资料。说一说，智能摄像头是如何对家中情况进行监控并实时传输数据的，在这个过程中用到了哪些通信技术。
智能摄像头可以通过内置的摄像头和麦克风等传感器，对家中的情况进行监控，并将视频和音频数据实时传输到云端或其他设备上。1.Wi-Fi: 智能摄像头可以通过Wi-Fi连接到家庭网络，将视频和音频数据传输到云端或其他设备上。2.蓝牙:智能摄像头也可以通过蓝牙连接到其他设备，如手机、平板电脑。3.4G/5G: 4G/5G是一种广域网技术，具有传输速度快、覆盖范围广等优点。
3.物联网应用的无线通信传输技术:不同需求下物联网应用的无线通信传输技术如下：(1)高功耗、高速率的广域网无线通信传输技术，如 2G、3G、4G、5G移动通信网络技术。这类通信传输技术适用于GPS导航与定位、视频监控等实时性要求较高的大流量传输应用。
3.物联网应用的无线通信传输技术:(2)低功耗、低速率的广域网无线通信传输技术，如 Lra、Sigfx、NB-IOT等。这类通信传输技术适用于监测远程设备运行状态的数据传输工业智能设备及终端的数据传输等。
3.物联网应用的无线通信传输技术:(3)高功耗、高速率的近距离无线通信传输技术，如Wi-Fi、蓝牙等。这类通信传输技术适用于智能家居、可穿戴设备之间的连接及数据传输。
3.物联网应用的无线通信传输技术:(4)低功耗、低速率的近距离无线通信传输技术，如ZigBee。这类通信传输技术适用于局域网设备的灵活组网应用，如热点共享等。
1、卫星通信技术是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电信号，在两个或多个地面站之间进行通信的技术。
2、广播电视总台高清卫星传输车上配置有卫星通信、GPS定位、高速调制解调、信号频谱、微波通信等设备，可实现128Kbps至2Mbps 速率的信息传输。
图 广播电视总台高清卫星传输车
1.各小组根据本节所学的内容，结合智能手环的功能与使用方式，查询智能手环应用中物与物相连时使用的通信方式，描述使用各种通信方式分别能实现什么功能，完成表3.3.1。2.请结合本节学习的内容，尝试使用智能开发板实现相互发送和接收消息的智能应用。
表 3.3.1 智能手环的通信方式和实现的功能
1、卫星传输系统采用稳定的卫星网络，全天候、安全、高效。本系统的图像采集和处理技术采用高效的视频压缩技术，特别适用于传输信道质量复杂的网络环境。配合可靠高效的卫星网络进行传输，在有限的卫星宽带资源下，实现图像传输效果的优化，而且音视频同步。
1.用蓝牙通信技术连接两个智能终端，并且传输照片。2.如果想给班级教室制作一个智能门禁，让老师在办公室就能打开教室的门，应使用哪种通信技术来实现?答：远距离通信技术如Wi-Fi。
互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。
问：分析和探讨蓝牙通信技术的特点。
答：1、蓝牙技术的适用设备多，无需电缆，通过无线使电脑和电信连网进行通信。2、 蓝牙技术的工作频段全球通用。3 、蓝牙技术的安全性和抗干扰能力强。4 、传输距离较短。5 、通过跳频扩频技术进行传播。