4.2模拟停车场自动收费系统的搭建与调试 课件+教案+学案+练习 2024—2025学年 电子工业版（2022）第三册初中信息科技

《4.2模拟停车场自动收费系统的搭建与调试》教学设计 教学内容分析 本节课是2022年电子工业出版社出版的八年级上册第四单元第2课。本节课分为三个活动：“程序设计”“模块连接”“系统运行与调试”三部分内容组成。学生通过小组合作探究学习逐步掌握本节课的知识点，具备一定的小组合作能力、探究能力、创新能力等，提升信息社会责任，综合提升信息素养。 教学目标及核心素养指向 1、认识停车场系统的程序设计和模块连接（信息意识、计算思维） 2、了解并体验如何进行系统运行与调试（信息意识、计算思维、数字化学习与创新） 3、根据课本指引的过程，实现停车场自动收费系统的搭建和调试（信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任） 教学重难点 教学重点： 1.认识停车场系统的程序设计和模块连接 2.了解并体验如何进行系统运行与调试 设计原因：了解模拟停车场自动收费系统搭建和调试是本节课的主要内容，知识点的渗透需要作为重点内容。 教学难点： 根据课本指引的过程，实现停车场自动收费系统的搭建和调试 设计原因：能停车场自动收费系统的搭建和调试在操作上对学生来说比较困难，所以此部分对学生来说难度较高，应作为难点内容。 教学过程 1、情境导入（3分钟） 教师活动 学生活动 情境引入：通过实地考察，马宁把自己的想法描述出来了，但他还不知道该如何具体实施，模拟停车场自动收费系统真的能做出来吗?一般来说，制作一个物联网应用系统的作品具体需要哪些步骤? 我们在本节解决马宁的上述疑问，根据前面学习的物联网原理与知识，使用智能开发板、智能终端、传感器、执行器，模拟停车场自动收费系统的实现过程，并对系统进行调试。 本节我们自己动手，搭建一个简易的物联网应用系统并进行调试，通过搭建与调试作品，深入了解物联网应用中的数据采集、传输、处理与反馈过程。 学生听教师引导生活中的案例,学生讨论，回答提问 设计意图： 激发学生对停车场自动收费系统搭建与调试的学习兴趣并快速进入学习状态。 2、新知讲授（35分钟） 教师活动 学生活动 活动1：程序设计 知识讲解 根据停车场自动收费系统程序的具体应用场景，可以分为RFID射频卡初始化及充值部分和RFID感应收费部分， 这两个部分对应的功能都能够在一个智能开发板上完成，最终通过按智能开发板上的A、B按键即可分别实现。 首先实现RFID射频卡初始化及充值功能。将要识别的RFID射频卡置于智能开发板的RFID感应区，当按下智能开发板的A键后，感应区扫描RFID射频卡，并初始化RFID射频卡，同时给RFID射频卡的电子钱包充值。RFID射频卡初始化及充值的程序如图4.2.1所示。 然后实现RFID感应收费功能。它是停车场自动收费系统中实现物联网应用的主要环节。通过物联网，系统从RFID射频卡的由子钱包中扣费并将电子钱包中的余额信息发送到用户的手机上。 一般地，物联网应用系统的程序可以分为传感器感知部分、数据传输部分、执行器控制部分与实验平台接收部分。 下面我们进行设计与编写代码。RFID感应收费的实现过程是:按下智能开发板的B键，RFID感应区实时扫描 RFID 射频卡，当感应到RFID射频卡时进行扣费，并将相关信息通过蓝牙发送到与智能开发板相连的智能终端(本例中是手机)上，接着升起停车场进口的挡车闸杆2秒，等车辆通过后落下挡车闸杆，用户可以通过智能终端的蓝牙通信APp(从本书资源网站下载)查看RFID射频卡上的余额信息。 按照以上过程编写的程序与模拟运行后终端接收的消息如图4.2.2 和图 4.2.3 所示。 上面介绍的程序中还有许多不完善的地方，例如，应该设置当检测到车辆安全通过后再落下挡车闸杆的机制，又如，当RFID射频卡中的钱包有钱时，就不应初始化钱包了。请同学们按照前面叙述的系统应具备的功能，将想要制作的停车场自动收费系统的程序编写出来，并进一步完善。 在编写物联网应用系统的程序时，可以根据描述功能的流程图来编写实现各个功能的程序，如按下B键进行RFID感应扣费的程序，就是根据4.1 节的图 4.1.2 所示的 RFID 刷卡停车自动收费流程图编写的，编写程序时逻辑要合理，语法要正确。 活动2：模块连接 知识讲解 编写模拟停车场自动收费系统的程序后，我们需要根据物联网应用需要实现的功能与实现方式的分解图来对各个模块进行连接。在模拟停车场自动收费系统中，模块的连接主要分为感知模块的连接与执行器的连接，感知模块主要使用RFID阅读器实现对RFID射频卡数据的采集，然后将数据通过I2C引脚传输到智能开发板中。将执行器连接到智能开发板的PO引脚上，当接收到智能开发板的命令时，执行相应的动作。图4.2.4为模拟停车场自动收费系统各模块的连接示意图。 智能开发板上有若干个实现输入输出数字量和模拟量的引脚(见图4.2.5 的左图)，2个连接直流电机的引脚(M1、M2)，还有2个连接集成电路的I2C引脚。在连接传感器与智能开发板时，可以利用程序指令中的提示选择对应的引脚号，如图 4.2.5 的右图所示。 活动3：系统运行与调试 知识讲解 连接好各个模块后，需要将程序指令刷入智能开发板，然后运行程序，测试系统的效果。 例如，在模拟停车场自动收费系统中，我们通过读取RFID射频卡的信息，来实现收费、收费信息的传输与挡车闸杆的升降。在进行系统测试时，就需要检查刷卡后智能终端显示的余额是否正确，挡车闸杆是否实现了正常升降。 对系统的测试可以分为两个部分，程序功能调试与硬件模块测试。在进行程序功能调试时，需要注意程序是否完整、是否存在逻辑错误、是否能够实现系统的既定功能，发现程序出现报错信息时，应检查程序中是否有语法错误，是否出现指令缺失。 例如，在编写按下B键实现RFID感应收费的程序时，用蓝牙发送消息要注意数据的类型转换，即需要将其他的数据类型转换为蓝牙可发送的字节数据，如图4.2.6所示 在进行硬件模块测试时，需要通过运行效果来检查系统功能是否能正常实现。如果出现错误，可以从硬件的连接与硬件设备故障两方面来进行测试与纠正。 首先，检查硬件连接是否正确，每条引脚线是否一一对应检查电源中的电量是否充足，用数据线连接电源，检查程序能否正常运行。 其次，检查硬件设备是否出现故障，例如按下A键无法实现相应效果时可以用智能开发板连接RFID阅读器，编写采集RFID射频卡信息的程序，将阅读器返回的数据打印(在控制台显示)出来，检查能否正常采集与反馈数据，如图 4.2.7 所示。 完成模拟停车场自动收费系统的具体操作流程如下: 将程序刷入智能开发板后，控制台会显示“刷入成功”的信息，打开手机蓝牙 App，找到名称为“RFID”(名称可以在程序指令中自己设定)的蓝牙设备，将该设备与智能手机连接，连接成功后会在App顶端显示“连接成功”的信息。 将RFID 射频卡靠近RFID感应区,首先按下A键给RFID 射频卡初始化并充值，然后按下B键进行RFID 感应收费及向智能手机发送数据，此时控制台会显示蓝牙连接成功的信息，接着就可以在智能手机上收到反馈的余额信息。 学生通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务 活动1：程序设计 实践探究 请同学们回答老师，物联网应用系统的程序可以分为哪几个部分？ 活动2：模块连接 根据物联网应用需要实现的功能与实现方式的分解图来对各个模块进行连接 活动3：系统运行与调试 项目活动 模拟停车场自动收费系统制作与调试 1.各小组根据本项目要完成的系统的功能，编写程序并连接各个块。 2.小组成员进行分工合作，对系统的功能进行测试。 3.根据测试结果思考并尝试对系统的功能进行优化。 4.再次完成系统测试，并把结果填写在表4.2.1中。 活动内容 设计意图: 培养学生独立思考的能力，提高核心素养。 3、课堂小结（7分钟） 教师活动 学生活动 总结本课内容： 活动1：程序设计 活动2：模块连接 活动3：系统运行与调试 学生一同回答并梳理知识 设计意图： 帮助学生梳理本节课知识，加深学生对知识的理解。 学科网（北京）股份有限公司 $$班级：___________ 姓名：______________ 《4.2模拟停车场自动收费系统的搭建与调试》作业设计 作业分析 作业类型 R基础型作业 R探究型作业 £实践型作业 £跨学科综合作业 作业类别 R课时作业 £单元作业 £学期作业 应用场景 £课前预习 R课中练习 £课后作业 作业对象 R全体学生作业 £学生根据情况可选作业 设计思路 通过比较、综合、拓展，巩固本节课知识点，举一反三，让学生自主探究，掌握新知，沟通交流，提升协作能力。 作业内容 【难度等级：★★】 1.物联网应用系统制作过程一般包括________、___________、__________、____________、__________、________。 【难度等级：★★】 2. 一般地，物联网应用系统的程序可以分为哪几个部分？ 【难度等级：★★★★★】 3.完成模拟停车场自动收费系统的基础功能后，以小组为单位进行讨论，从实际需求出发，对系统设计进行拓展。例如，当前系统的停车收费方式为按次收费，而真实场景中通常是按时收费的，请同学们尝试修改程序，完成实现按时收费的模拟停车场自动收费系统，要实现按时收费，需要用到如图4.2.8所示的编程软件中关于时间的模块。 学科网（北京）股份有限公司 $$学习单 1 活动1：程序设计 班级：8年__班 组别：______ 2 活动2：模块连接 3 活动3：系统运行与调试 实践探究 思考与讨论 思考与讨论 请同学们回答老师，物联网应用系统的程序可以分为哪几个部分？ 如何根据物联网应用需要实现的功能与实现方式的分解图来对各个模块进行连接。 $$情境导入： 本单元项目式 主题：模拟实现停车场自动收费系统 通过实地考察，马宁把自己的想法描述出来了，但他还不知道该如何具体实施，模拟停车场自动收费系统真的能做出来吗?一般来说，制作一个物联网应用系统的作品具体需要哪些步骤? 我们在本节解决马宁的上述疑问，根据前面学习的物联网原理与知识，使用智能开发板、智能终端、传感器、执行器，模拟停车场自动收费系统的实现过程，并对系统进行调试。 情境导入： 本单元项目式 主题：模拟实现停车场自动收费系统 本节我们自己动手，搭建一个简易的物联网应用系统并进行调试，通过搭建与调试作品，深入了解物联网应用中的数据采集、传输、处理与反馈过程。 《4.2模拟停车场自动收费系统 的搭建与调试》 2023年电子工业出版社 八年级上册 -第4单元 模拟实现物联网应用系统 - 珠珠老师 信息科技 课件 2022新版课标内容 1 活动1：程序设计 2 活动2：模块连接 3 活动3：系统运行与调试 《目录》 信息科技 01 程序设计 活动1 01.知识点讲解 根据停车场自动收费系统程序的具体应用场景，可以分为RFID射频卡初始化及充值部分和RFID感应收费部分， 这两个部分对应的功能都能够在一个智能开发板上完成，最终通过按智能开发板上的A、B按键即可分别实现。 活动1：程序设计 01 01.知识点讲解 首先实现RFID射频卡初始化及充值功能。将要识别的RFID射频卡置于智能开发板的RFID感应区，当按下智能开发板的A键后，感应区扫描RFID射频卡，并初始化RFID射频卡，同时给RFID射频卡的电子钱包充值。RFID射频卡初始化及充值的程序如图4.2.1所示。 活动1：程序设计 01 01.知识点讲解 然后实现RFID感应收费功能。它是停车场自动收费系统中实现物联网应用的主要环节。通过物联网，系统从RFID射频卡的由子钱包中扣费并将电子钱包中的余额信息发送到用户的手机上。 活动1：程序设计 01 01.知识点讲解 一般地，物联网应用系统的程序可以分为传感器感知部分、数据传输部分、执行器控制部分与实验平台接收部分。 下面我们进行设计与编写代码。RFID感应收费的实现过程是:按下智能开发板的B键，RFID感应区实时扫描 RFID 射频卡，当感应到RFID射频卡时进行扣费，并将相关信息通过蓝牙发送到与智能开发板相连的智能终端(本例中是手机)上，接着升起停车场进口的挡车闸杆2秒，等车辆通过后落下挡车闸杆，用户可以通过智能终端的蓝牙通信APp(从本书资源网站下载)查看RFID射频卡上的余额信息。 活动1：程序设计 01 01.知识点讲解 按照以上过程编写的程序与模拟运行后终端接收的消息如图4.2.2 和图 4.2.3 所示。 活动1：程序设计 01 01.知识点讲解 上面介绍的程序中还有许多不完善的地方，例如，应该设置当检测到车辆安全通过后再落下挡车闸杆的机制，又如，当RFID射频卡中的钱包有钱时，就不应初始化钱包了。请同学们按照前面叙述的系统应具备的功能，将想要制作的停车场自动收费系统的程序编写出来，并进一步完善。 活动1：程序设计 01 01.知识点讲解 活动1：程序设计 01 在编写物联网应用系统的程序时，可以根据描述功能的流程图来编写实现各个功能的程序，如按下B键进行RFID感应扣费的程序，就是根据4.1 节的图 4.1.2 所示的 RFID 刷卡停车自动收费流程图编写的，编写程序时逻辑要合理，语法要正确。 知识点 02 模块连接 活动2 01.知识点讲解 编写模拟停车场自动收费系统的程序后，我们需要根据物联网应用需要实现的功能与实现方式的分解图来对各个模块进行连接。在模拟停车场自动收费系统中，模块的连接主要分为感知模块的连接与执行器的连接，感知模块主要使用RFID阅读器实现对RFID射频卡数据的采集，然后将数据通过I2C引脚传输到智能开发板中。将执行器连接到智能开发板的PO引脚上，当接收到智能开发板的命令时，执行相应的动作。图4.2.4为模拟停车场自动收费系统各模块的连接示意图。 活动2：模块连接 02 01.知识点讲解 活动2：模块连接 02 智能开发板上有若干个实现输入输出数字量和模拟量的引脚(见图4.2.5 的左图)，2个连接直流电机的引脚(M1、M2)，还有2个连接集成电路的I2C引脚。在连接传感器与智能开发板时，可以利用程序指令中的提示选择对应的引脚号，如图 4.2.5 的右图所示。 03 系统运行与调试 活动3 01.知识点讲解 活动3：系统运行与调试 03 连接好各个模块后，需要将程序指令刷入智能开发板，然后运行程序，测试系统的效果。 例如，在模拟停车场自动收费系统中，我们通过读取RFID射频卡的信息，来实现收费、收费信息的传输与挡车闸杆的升降。在进行系统测试时，就需要检查刷卡后智能终端显示的余额是否正确，挡车闸杆是否实现了正常升降。 01.知识点讲解 活动3：系统运行与调试 03 对系统的测试可以分为两个部分，程序功能调试与硬件模块测试。在进行程序功能调试时，需要注意程序是否完整、是否存在逻辑错误、是否能够实现系统的既定功能，发现程序出现报错信息时，应检查程序中是否有语法错误，是否出现指令缺失。 例如，在编写按下B键实现RFID感应收费的程序时，用蓝牙发送消息要注意数据的类型转换，即需要将其他的数据类型转换为蓝牙可发送的字节数据，如图4.2.6所示 01.知识点讲解 活动3：系统运行与调试 03 在进行硬件模块测试时，需要通过运行效果来检查系统功能是否能正常实现。如果出现错误，可以从硬件的连接与硬件设备故障两方面来进行测试与纠正。 首先，检查硬件连接是否正确，每条引脚线是否一一对应检查电源中的电量是否充足，用数据线连接电源，检查程序能否正常运行。 01.知识点讲解 活动3：系统运行与调试 03 其次，检查硬件设备是否出现故障，例如按下A键无法实现相应效果时可以用智能开发板连接RFID阅读器，编写采集RFID射频卡信息的程序，将阅读器返回的数据打印(在控制台显示)出来，检查能否正常采集与反馈数据，如图 4.2.7 所示。 01.知识点讲解 活动3：系统运行与调试 03 完成模拟停车场自动收费系统的具体操作流程如下: 将程序刷入智能开发板后，控制台会显示“刷入成功”的信息，打开手机蓝牙 App，找到名称为“RFID”(名称可以在程序指令中自己设定)的蓝牙设备，将该设备与智能手机连接，连接成功后会在App顶端显示“连接成功”的信息。 将RFID 射频卡靠近RFID感应区,首先按下A键给RFID 射频卡初始化并充值，然后按下B键进行RFID 感应收费及向智能手机发送数据，此时控制台会显示蓝牙连接成功的信息，接着就可以在智能手机上收到反馈的余额信息 01.知识点讲解 项目实施 本单元项目式 主题：模拟实现停车场自动收费系统 模拟停车场自动收费系统制作与调试 1.各小组根据本项目要完成的系统的功能，编写程序并连接各个块。 2.小组成员进行分工合作，对系统的功能进行测试。 3.根据测试结果思考并尝试对系统的功能进行优化。 4.再次完成系统测试，并把结果填写在表4.2.1中。 活动内容 01.知识点讲解 项目实施 本单元项目式 主题：模拟实现停车场自动收费系统 活动内容 测试内容 测试结果与 存在的问题 解决办法 《总结》 信息科技 1 活动1：程序设计 2 活动2：模块连接 3 活动3：系统运行与调试 《感谢观看》 - Thank for Viewing - 珠珠老师 2023年电子工业出版社 八年级上册 $$