2.6小型信息系统的组建导学案-教科版（2019）高中信息技术必修二第二单元

2.6 小型信息系统的组建 【学习目标】 1.体验和理解信息系统的工作过程。 2.理解传感系统的组成和工作原理。 3.体验信息的采集、判断等处理过程。 4.根据实验过程分析信息系统的工作过程，理解信息系统在社会应用中的优势和局限性。 【知识框架】 知识点1：传感器的工作机制 传感器的工作机制主要基于 、 与处理的 作用。 1.传感器首先通过其敏感元件（也称 ）来感应外部环境中的非电学量。这些非电学量可以是 、 、光强、湿度、 、磁场等物理量。敏感元件的选择与被测量的物理量紧密相关，它们通常是具有特定物理特性的材料或结构，能够直接感受并响应被测量的变化。 2.当敏感元件感应到非电学量的变化后，这种变化会被转换为 。转换过程通常涉及物理或化学效应，如电阻变化、电容变化、电压或电流变化等。 是完成这一转换过程的关键部件，它们将敏感元件输出的物理量信号转换为可测量的 。 3.转换后的电信号通常较为微弱或含有 ，处理过程包括 、 、 等步骤，以确保输出信号的准确性和可靠性。 是完成这一处理过程的关键部件，它们对转换元件输出的电信号进行必要的放大、调制和转换，以满足后续系统对信号的要求。 传感器的工作机制是一个感应、转换与处理的协同作用过程。在这个过程中，敏感元件、转换元件和处理电路共同协作，将外部环境中的非电学量转换为可测量、可处理的电信号。 知识点2：信息系统的工作过程 信息系统工作过程主要包括 、 、 、存储和查询、数据传输和反馈等环节。 1.输入，指 或输入的数据的环节。这些数据可以来自各种来源，如用户 采集、输入、文件导入等。输入环节是信息系统的 。 2.处理，指将输入的数据进行处理，包括数据的 、 、计算等。处理环节是信息系统的 。 3.输出，将处理后的数据以一种易于理解和使用的方式 。输出可以是报表、图表、图像等形式，用于向用户展示分析结果或提供决策支持。 4.存储与查询，在信息系统的运行过程中，数据被存储起来，以便后续查询和使用。存储环节涉及到 的设计和管理，确保数据的 性和安全性。查询环节则允许用户根据特定条件 存储在系统中的数据。 5.数据传输和反馈等环节。数据传输是指数据在信息系统内部或与其他系统之间 的过程，而反馈则是指系统根据输出结果或用户反馈进行 和优化。 以上这些环节相互协作，共同实现了信息系统的功能。 知识点3：实验部件 1.红外线遥控器 红外线遥控器由红外线 和接收管组成。当红外线发射管对准 时，接收管可将接收到的红外线信号转换成 。 (1)红外线发射管，是一种遥控设备，具有 功能。它在一定范围内向外发射光线，从而达到 信号的作用。 (2)红外线接收管，是将红外线光信号变成 的半导体器件。没有接收红外线时电阻无限大；接收红外线时电阻无限 ，从而能够导通电路。 2.开关三极管。 一般来说，三极管存在 、线性放大和 三种工作状态。开关三极管的外形与普通三极管的外形相同，但它工作于截止区和饱和区，相当于电路的切断和导通。 3.小马达。 小马达能产生 ，其工作原理为通过通电线圈在磁场中受力转动带动转子旋转，转子上的小齿轮带动飞轮旋转。 实验一：动手组建红外线传感系统 实验要求：利用红外对射传感器组建设计一个红外遥控器，完成对风扇的控制。探究红外对射传感器、小马达风扇叶等在系统中的功能，总结整个信息系统工作过程。 实验所需硬件：红外线遥控器、开关三极管、小马达、风扇叶、底座、单节电池盒一个、两节电池盒一个、3节电池、直角铁架、扎带、导线若干、螺丝若干。 问题1：风扇运行是用什么传感器来控制的？ 问题2：红外线遥控风扇系统的工作过程是怎样的？ 红外线遥控风扇系统工作过程 用红外线传感器发出红外线信号，接收到信号后通过电路控制马达，完成对风扇的控制。 知识点4：相关概念 1.信息系统是一系列相互关联的对数据和信息进行收集（ ）、操作、 （处理）与传播（ ），并提供 机制以实现其目标的元素或组成部分的集合。信息系统的功能包括信息的输入、存储、处理、输出和控制。 2.传感器。 传感器是一种 装置，相当于人的感觉器官，对于信息的获取至关重要。它能感受到被测量的信息，并将其按照一定规律转换为 或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是信息获取和信息转换的重要手段，是实现现代化测量和自动控制的主要环节。 3.红外线传感器。 红外线传感器是光敏传感器的一种，能够接收 光信号并将其转换成 后输出，生活中常见的应用红外线传感器的物件有红外线遥控器、红外线体温计和自动感应门等。 4.超声波传感器。 超声波传感器是一种 传感器，利用它可以精确地检测与障碍物的 ，从而实现根据距离的变化做出相应的动作反应。 5.开源硬件Arduino。 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的 电子原型平台，它就像一台微型计算机的主机一样，可以通过编程来进行信息的智能化处理。 实验二：超声波测距警报系统 利用开源硬件组建智能信息系统，使用智能主机来控制、管理传感信号，并进行判断、处理，以完成警报功能，探究智能化信息系统的工作原理与工作过程。 所需硬件：电脑、开源硬件（如 ）、超声波模块、有源蜂鸣器、电源、导线若干、面包板、固定盒等。 问题1：超声波测距警报系统具备哪些系统功能？ 利用超声检测到与障碍物的距离，进行判断处理，以完成报警功能。 超声波测距警报系统实验部件 1.开源硬件(Open Source Hardware)是指用与自由及 相同的方式设计的计算机和电子硬件。 2.Arduino包含硬件和软件。 硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino ；软件部分则是Arduino IDE,即计算机中的程序开发环境。在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板在一定条件下要有什么反馈。 3.超声波模块。 它是一种测量前方障碍物的模块，每隔一段时间发送一次信号，信号碰到障碍物后会返回，通过测得发送信号与返回信号之间的 ，计算获得障碍物距超声波模块的距离。 4.有源蜂鸣器。 有源蜂鸣器中的“源”指的是振荡源，只要给有源蜂鸣器通直流电，就可以发出响声。 【课后练习】 一、选择题 1.组建远程控制系统时以下哪个因素不需要考虑（ ） A.系统的安全性 B. 系统的可靠性 C.系统的成本 D. 系统的重量 2.小型信息系统组建中通常不包括以下哪项技术（ ） A.传感器技术 B. 控制器技术 C. 机器学习 D. 数据库管理 3.在小型信息系统的组建过程中，开源硬件通常用于实现以下哪项功能（  ） A.数据存储 B. 用户界面设计 C. 信息的采集和处理 D. 网络安全 4.组建小型信息系统时（ ）不是评估系统性能的指标A.系统的响应时间 B. 系统的稳定性 C. 系统的能耗 D. 系统的市场售价 5.组建远程控制系统时哪个因素不是需要考虑的（ ） A.系统的实时性 B. 系统的稳定性 C. 系统的复杂性 D. 系统的成本效益 二、填空题 1.小明动手搭建了一个无线局域网，实现了家里的笔记本电脑、平板、智能手机等移动终端同时上网。 右图为无线路由器管理页面参数设置的部分截图，由图可知小明搭建的无线共享网络名称为____________。经测试，家中的移动终端设备均可接入该无线局域网，下列哪个IP地址最有可能是移动终端接入该无线网络的 IP 地址(填字母)_____________ A. 192.168.10.8 B. 192.168.1.9 C. 192.167.10.10 D. 192.168.0.11 2.小曲在学习信息系统相关的知识后，在家利用超声波传感器、蜂鸣器和micro:bit控制器与显示屏设计制作了一个自动防盗报警器的信息系统。这个自动报警器的功能主要是：通过超声波传感器检测障碍物的距离，如果障碍物小于10cm发出频率高的声音；如果障碍物小于50cm发出频率低的声音；大于等于50cm则不发出声音。根据前期功能模块设计与详细分析，小曲开始进行这个系统的搭建设计与开发。 (1)硬件系统设计。小曲搭建的硬件系统如下图所示，这个信息系统中，输入设备是______,处理设备是micro:bit控制器，输出设备是______和micro:bit显示屏。 (2)系统改进设计。 如果小曲需要将这个自动防盗报警子系统接入家庭的智能家居系统中，需要从硬件和软件上进行拓展设计。硬件上，需要通过网络通信设备如______将具备互联的自动防盗报警物联网系统接入已有家庭网络以便于互通互联，该设备的功能主要是连接多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用。 【学案答案】 1.感应 2.转换 3.协同 4.感知元件 5.温度 6.压力 7.加速度 8.电学量 9.转换元件 10.电信号 11.噪声 12.放大 13.滤波 14.模数转换 15.处理电路 16.输入 17.处理 18.输出 19.采集 20.传感器 21.基础 22.清洗 23.转换 24.核心 25.输出 26.数据库 27.完整 28.检索 29.传递 30.调整 31.发射管 32.接收管 33.电信号 34.遥控 35.控制 36.电信号 37.小 38.截止 39.饱和 40.动力 41.红外线 42.输入 43.存储 44.输出 45.反馈 46.检测 47.电信号 48.红外线 49.电信号 50.非接触式 51.距离 52.开源 53.Arduino 54.开源软件 55.电路板 56.时间差 【课后答案】 选择题 1.答案：D解析：组建远程控制系统时，需要考虑的因素包括系统的安全性、可靠性和成本等，而系统的重量通常不是主要考虑因素。 2.答案：C解析：传感器技术、控制器技术和数据库管理是小型信息系统组建中的关键技术，而机器学习通常不是小型系统的基本组成部分。 3.答案：C解析：开源硬件在小型信息系统中常用于实现信息的采集和处理，例如使用Arduino进行环境数据的收集和初步分析。 4.答案：D解析：评估小型信息系统性能的指标包括系统的响应时间、稳定性和能耗等，而系统的市场售价不是性能评估的指标。 5.答案：C解析：虽然系统的复杂性在设计阶段是一个重要的考虑因素，但在组建远程控制系统的过程中，它并不是首要或必须直接考虑的因素。系统的复杂性更多地与系统设计、开发过程中的技术挑战和资源投入相关，而不是系统组建时的直接关注点。在组建阶段，我们更关心的是如何确保系统能够满足需求、稳定运行，并且具有合理的成本效益，而不是系统本身的复杂程度。故选C。 填空题 1.答案：MyWiFi、A 解析：SSID名称：MyWiFi；网页地址是192.168.10.1，故选A。 2.答案：数据库服务器、存储系统的数据、传感器、采集数据、执行器、输出，执行蜂鸣器发出声音 解析：数据库服务器、存储系统的数据、传感器、采集数据、执行器、输出，执行蜂鸣器发出声音。 3.答案：超声波传感器、蜂鸣器、路由器 解析：结合图，根据题干分析输入输出设备，通过连入网络的设备填路由器。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$