3.9 传感器的部署 课件-2025-2026学年八年级上册信息科技西大版（2024）

义务教育《信息科技》 8 年级上册 物联助环保 第3单元 第 9 课 传感器的部署 学习目标 情境引入 新知学习 项目探究 目录 学习目标 能够掌握通过覆盖目标检测区域并远离可能干扰以确定传感器的安装位置的方法； 能够掌握依据系统成本、空间限制、数据处理和能源管理等确定传感器数量的方法； 能够根据实际应用场景和需求合理确定传感器部署位置和数量。 在第二单元第6课的项目探究环节，我们已经初步了解了无线烟雾传感器网络的部署工作。在本课学习中，我们将系统学习复杂情境下传感器的部署方法。例如，在水环境监测中，可能需要部署多个无线传感器，传感器的数量也并非越多越好，一味地增加无线传感器的数量，不仅会造成能量和资源的浪费，也给数据处理带来极大的负担，有时甚至会影响到监测的实时性和事件处理的速度。通过对适当数量传感器的合理部署，可能会产生意想不到的好效果。 无线烟雾报警器组网 情境引入 新知学习——传感器的安装设置 1.覆盖目标监测区域 传感器部署位置需要根据具体应用场景和需求来确定。为了保证安装的无线传感器能够起到应有的作用，在不同的应用场景中，都有严格的传感器安装规范。 汽车传感器数量众多 比如在煤矿，井下甲烷（瓦斯）传感器通常安装在采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷道内临时施工的电气设备上风侧 10~15 m 处，也可安装在井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方。传感器必须严格按照规范选择合理位置进行安装，否则即使安装了传感器，可能也起不到监控效果。现在的汽车也安装了许多传感器。 由于水质监测面积较大，通常会对整个流域进行检测，在居民区、工业区的上下游，支流和干流的汇合处、入海口以及受潮汐影响的河段等地方都需要部署传感器。还有一些传感器可能部署在排污管网和污水厂的截污管网中。这些传感器组成一张严密的网，让看似庞大的水系全在其监视范围之中，能够时刻监视整个流域的水质。 新知学习——传感器的安装设置 2.远离可能的干扰 水质自动监测站的部署要注意避免外来的干扰，包括腐蚀性气体、强电磁干扰和震动等。水质检测要保证采样的代表性，采样的设备要尽量设在流域的中部。对于漂浮物较多的污水，要先采用金属筛网进行阻隔，避免漂浮物堵塞采样口。 传感器部署位置需要尽可能远离可能会产生干扰的电磁场、无线电波、光源等，以免影响传感器的工作效果。 采样点传感器的部署 新知学习——传感器的安装设置 新知学习——传感器数量 在设计物联网系统时，需要根据实际应用场景和需求合理确定传感器数量，避免出现过多的传感器。决定传感器数量的因素包括： 系统成本 空间限制 在保证采样精度的前提下，尽可能减少传感器的数量，不仅能够减少传感器采购开销，还能降低维护成本和人力负担。 在空间方面，传感器的部署位置很大程度上决定了传感器采集数据的准确性，在有限的空间内，选择合适的位置部署传感器，不仅能够防止传感器之间的相互干扰，还能避免不同传感器采集到相同区域数据。 新知学习——传感器数量 数据处理 能源管理 过多传感器会产生大量冗余数据，不利于对数据进行实时处理，也会延长事件的响应时间，而过少的传感器可能会出现监测盲区，导致数据采集不全面，影响数据分析的准确性。 同时，过多传感器将增加整个系统的能源开销，而过少的传感器可能会由于节点距离太远，传输距离变长，信号衰减过多，而不得不提高发射功率，这也会导致传感器能源消耗的增加。 因此，合理配置传感器数量并选择合适位置部署，是非常重要的。 项目探究——传感器位置部署实验 让我们尝试同时将多个温度传感器部署在室内不同的位置，并采集不同位置的温度数据，比较将传感器部署在不同位置的区别，分析传感器部署位置对采集数据的影响。 将多个温度传感器同时部署在室内不同位置，可以选择温度明显不同的区域，如阳光直射的窗口、阴凉通风的门口等 用采样频率相同的传感器，同时对多个位置的温度传感器读数 比较不同位置温度传感器读数的区别，并分析传感器位置对采集数据的影响 第一步 第二步 第三步 项目探究——传感器位置部署实验 位置 记录分析 有阳光的地方 无阳光的地方 有风的地方 无风的地方 其他地方 不同传感器位置实验结果 项目探究——传感器部署数量实验 让我们尝试同时将不同数量的温度传感器部署在室内同一个位置，并采集同一位置的温度数据，比较不同数量传感器在系统成本、数据处理和能量消耗上的区别，分析不同数量传感器对采集系统的影响，可以按以下三个步骤进行。 第一步：将不同数量的传感器同时部署在室内同一个位置 第二步：传感器的数量为 1 个、2 个和 10 个，同时记录不同温度传感器读数 第三步：比较不同数量传感器在系统成本、数据处理和能量消耗上的差异，并分析传感器数量对采集数据的影响 项目探究——传感器部署数量实验 传感器的数量 记录与分析 1个传感器 2个传感器 10个传感器 其他数量的传感器 不同传感器数量实验结果 操作练习——练一练 在无线传感器数量一定的前提下，请同学们研究教室内最佳的温度传感器部署位置，并用温度传感器监测教室内温度变化情况，以便优化教室空调温度的设置。在研究结束后，形成各自的方案，并按照项目一的实验步骤，验证哪个方案最佳。 操作练习——做一做 在无线传感器部署空间不变的前提下，请同学们研究教室内传感器最佳部署数量，并通过温度传感器来监测教室内温度变化情况。在研究结束后，形成各自的方案，并按照项目二的实验步骤，验证在不影响数据精度的前提下，哪个传感器部署方案最优。 拓展阅读——智能驾驶汽车的传感器部署 智能驾驶汽车的环境感知传感器在车身上的分布位置对实现最佳的智能驾驶效果至关重要。目前，汽车主要的环境感知传感器包括超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、单/双/三目摄像头、环视摄像头以及夜视设备等。每种传感器都有其独特的作用、感知的范围和适用的条件。因此，在智能驾驶汽车中，这些传感器需要相互协同配合，才能达到最佳的智能驾驶效果。不同的智能驾驶公司也有各自的解决方案，包括传感器的安装位置、安装姿态以及传感器之间的协同配合等。然而，由于成本和其他因素的限制，传感器的数量不可能无限增加，因此需要在平衡成本和性能的前提下，合理选择传感器的位置和类型，以实现最佳的智能驾驶效果。 $$