3.1信息系统与外部世界的连接方式（课件）-2025-2026学年粤教版高中信息技术必修二

同学们好，这节课我们来讲解工业机器人传感器的应用。通过本课的学习，希望同学们能够了解什么是传感器，并掌握工业机器人传感器的分类及应用。本课的内容主要包括以下三个小节。传感器在我们的生活中有着十分广泛的应用，如快速公交站的屏蔽门。地铁站的炸鸡。商场自动门等等。传感器在工业机器人中也发挥着十分重要的作用。传感器相当于人类的五官，多种不同功能的传感器合理的组合在一起，能使机器人像人一样接收和处理自身及外界的信息。工业机器人传感器可狭义的定义为将外界输入的被测量信息变换为电信号输出的装置。根据传感器在工业机器人上的应用目的和使用范围的不同，可分为内部传感器和外部传感器。内部传感器是装在操作机上，用于检测工业机器人操作机内部状态，在控制系统中作为反馈信号，如检测工业机器人机械臂运动过程中各关节的位置、速度等，并将所测得的信息作为反馈信息送至控制器，形成闭环控制，一是工业机器人按规定的位置、轨迹、速度、加速度和受力大小进行工作。外部传感器是用于检测工业机器人所处的外部环境或作业对象的状态特征，如检测焊接对象的焊缝形状、空间位置等，使工业机器人对环境有自校正和自适应能力，从而更精确地执行作业任务。在内部传感器中，扭矩传感器可以说是工业机器人中的核心部件，它可以让工业机器人感知力量，监控机械手臂上的力，根据数据分析，对工业机器人接下来行为做出指导，实现工业机器人的碰撞、停止、拖动视角、霍利控打磨的功能。位置传感器用于检测机器人各关节的位移量，为工业机器人提供位置控制信息。速度传感器与加速度传感器则分别是用来检测工业机器人机械臂运动时的速度和加速度的传感器，实现工业机器人运行速度的控制。在外部传感器中，视觉传感器就像是工业机器人的眼睛。工业机器人在工作时，通过视觉传感器对环境物体获取信息，识别物体，检测物体位置，让工业机器人获取目标位置。压力传感器可以感知动态压力，在机器人抓取物件时要控制好力度，避免破坏物品。这时就需要压力传感器的反馈，实现机器人的触觉感知。机器人在工作过程中还需要感知周围物体的位置。接近度传感器用于检测物体接近程度，一般分为超声波接近度传感器及红外线接近度传感器。超声波接近度传感器测距范围较大，可用在移动机器人及大型机器人的机械假手上。红外线接近度传感器的体积较小，通常用于工业机器人假手。工业机器人传感器可分为内部传感器和外部传感器。工业机器人内部传感器为机器人提供一条掌握其自身状态、位置及控制信息的反馈通道，外部传感器主要用来获取机器人周围的环境信息。传感器技术是决定工业机器人智能化的关键。课程至此，有两个问题请同学们思考。一、简述工业机器人外部传感器的作用。2、简述扭矩传感器的作用。今天的课到此结束，谢谢大家。 3.1信息系统与外部世界的连接方式 粤教版信息技术必修二《信息系统与社会》 目录 CONTENT 互联网 网络深刻的改变着人们的生产和生活方式，从电子邮件到即时通信，从html到万维网技术引发的信息爆炸，再到今天移动互联网的普及，互联网成就了人类史上最庞大的信息世界。 5 物联网 6 三个阶段 人-机对话 计算机-计算机对话 物-物对话 信息系统与外部世界连接方式的演变 3.1.1信息系统与物联网 物联网(Internet of Things , 简称 loT)： 概念梳理 P63 定义：通过二维码识读设备、射频识别装置、红外线感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 常见的信息系统：“共享单车” 想一想：自行车是怎样跟互联网通信的？ 网络改变世界 WWW万维网技术 物联网 物理世界 信息世界 物联网的三个技术特征 1.全面感知的能力： 感知到有人要开门 感知到有人在说话 2.可靠传递的能力： 联网准确传达远程命令 3.智能处理的能力： 准确识别人脸，识别语音 常见的物联网系统 物联网的三个技术特征 智能处理 可靠传递 全面感知 三个技术特征其实也是跟物联网的三层结构相对应的。请学生先自己进行对应，再展开讲解 14 3.1.2物联网中的传感与控制机制 物联网的三层结构 通过感知层的设备替代人类自动化完成采集信息。 三个技术特征其实也是跟物联网的三层结构相对应的。请学生先自己进行对应，再展开讲解 16 传感器 P67 什么是传感器？ 能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器通常与数据采集系统或控制系统相连，这些系统能够自动地接收传感器发送的信号，并对其进行记录、存储或进一步处理。 现代传感器和数据采集系统通常具备高度自动化的能力，能够在无人干预的情况下持续、准确地采集信息。 探究活动：说一说，这些传感器跟哪个器官相对应？ 声控开关 非接触体温枪 电子秤 摄像头 传感器类别 人的感觉器官 应用 光敏传感器 视觉 红外线传感器、紫外线传感器、色彩传感器 声敏传感器 听觉 用于检测气体、液体或固体中传播的机械振动 气敏传感器 嗅觉 用于检测气体浓度和成分 化学传感器 味觉 用于检测各种化学物质及其浓度 压敏、湿敏、温敏等传感器 触觉 能感受压力和环境温度、湿度等 传感器 射频识别技术（RFID） 射频识别技术是一种无线通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而且识别系统与特定目标之间无须建立机械或者光学接触,通过芯片来提供信息。 RFID系统由五个组件构成，包括传送器、接收器、微处理器、天线和标签。 阅读器 传送器 接收器 微处理器 天线 标签 RFID系统的工作原理 RFID技术的优点 非接触 识别 可穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢等 阅读速度极快 不到100毫秒 应用领域广泛 公交卡、门禁卡、身份证、ETC等 射频识别RFID的应用 嵌入式系统技术 嵌入式系统技术能使设备具有智能。 嵌入式系统是物联网的核心部分，它是一种小型计算机系统（其软件内容只包括软件运行环境及其操作系统。硬件内容包括信号处理器、存储器、通信模块等在内的多方面的内容。），具有高性能、低功耗、可编程等特点。嵌入式系统能够处理传感器数据，执行控制逻辑，并与互联网进行通信。 物联网的相关技术 嵌入式技术 传感技术 射频识别 条码技术 二维码技术 探究活动 讨 论 请同学们用你们自己的语言说一说： 信息系统与物联网之间的关系？ https://chat.baidu.com 提高生产效率和生活质量 物联网技术的应用可以实现工厂设备和生产过程的智能化和自动化，提高生产效率、降低成本、提高产品质量等。同时，物联网在智能家居、智能城市等领域的应用也可以提高生活的舒适度和便捷性。 推动数字化转型和创新发展 物联网是数字化转型的核心技术之一，它可以实现物理世界与数字世界的连接和交互，推动各行业的数字化转型和创新发展。同时，物联网的应用也可以促进数据的采集、分析和利用，为各行业提供更精准的决策支持。 增强安全性和可靠性 物联网技术的应用可以实现设备的远程监控和管理，及时发现和解决设备故障和安全隐患，提高设备的安全性和可靠性。同时，物联网也可以实现数据的加密和安全传输，保障数据的安全性和隐私性。 物联网的重要作用 本章知识总结 课堂知识检测 通过“天猫精灵App”实现远程控制智能家居中的设备，其主要应用的技术是（ ） A.人工智能 B.云计算 C.物联网 D.大数据 物联网应用中的两项关键技术是（ ） A、传感器技术与遥感技术 B、传感器技术与嵌入式技术 C、虚拟计算技术与智能化技术 D、虚拟计算技术与嵌入式技术 物联网的体系架构可分为感知层、网络层和（ ）三个层次。 A、接入层B、中间层C、应用层D、数据层 RFID技术是指( )。 A、射频识别技术 B、红外线技术 C、蓝牙技术 D、网络技术 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.4.17 $博时特RFID自助结算餐台，通过RFID射频读取芯片编码自助识别菜品价格可选，刷脸支付、刷卡支付、扫码支付。进入智慧食堂自选餐。工作人员将菜品盛放到智能餐具中，达到快速出品。消费者自由拿取想要的菜品，放入餐盘。选取完成后将餐盘放置在智能结算区，实现自助结算，操作简单快速。 最近几年我们的生活越来越便利，逐渐走向智能化，这些都离不开物联网的发展。接下来我们就走进物联网的世界。首先我们需要知道物联网是什么？物联网internet things简称IOT，是指物物相连的互联网络。物联网通过各种技术将生活中的物体连接到互联网中，实现对物品的智能化感知、识别和管理。如果说互联网连接的是计算机，实现了人与人之间的交流，那么物联网连接的就是世间万物，实现了人与物物与物之间的联通。物联网使我们的生活产生巨大的变革。目前物联网在智能家居、城市安防、智能交通、物流产业等方面具有较广泛的应用。那么物联网又有哪些特征呢？实现物相连的前提就是给每一个接入物联网的物体办张身份证，再根据这些身份证上的信息进行相关的处理。这就体现了物联网的三大特征，全面感知、网络传输和智能处理。全面感知就是通过各种识别器与传感器，随时随地收集物体身份证上的信息，将这些信息进行综合分析来全面了解物体。网络传输是指通过wifi、蓝牙、RFID等短距离无线通信技术及3G4G5G等移动通信技术连接互联网，把物体、身份证上的信息进行安全高效的传输，实现信息的共享和有效利用。智能处理是指利用各种智能计算技术对接收到的大量数据和信息进行分析处理，实现智能化处理和控制。以上就是物联网的三大特征。当然要实现物物相连，关键技术少不了。接下来我们了解物联网中运用的关键技术。物联网的形成和发展得益于一次又一次的技术革新，其中关键技术包括射频识别技术、传感网技术、M2M技术、云计算技术、NBIOT技术等。RFID是无线射频识别技术的简称，也叫射频电子标签技术。电子标签就是每个物体的身份证，RFID技术相当于读取身份证的扫描器，不用接触就可以通过电子标签对物体进行自动识别，类似于条码扫描，但是可以在条形码无法使用的恶劣环境下阅读电子标签。RFID技术在智能交通、智能物流、图书管理等方面都有着广泛的应用，让电子不停车收费、快递入库管理、图书借阅更加方便快捷。第二是传感网技术，传感网是由大量监测区域内的传感器节点构成的网络系统，它就像一张大网，可以实时检测和感知网内的多种信息，并对这些信息进行处理后通过网络发送出去。物联网正是通过各种各样的传感器来感知物质世界的。第三，M2M技术。M2M是增强机器设备通信和网络能力的技术的总称，包括人与人、人与机器、机器与机器之间的通信。M2M让人、机器、系统连接起来，实现了三者之间的通信和信息共享。第四，云计算技术。随着物联网的发展，物与物的联网和通信产生了庞大的数据，需要强大的数据处理中心对这些数据信息进行处理与分析。传统的数据处理中心难以满足这种需求，而云计算技术可以很好地解决这个问题。它就像一朵云，我们将巨大的数据处理程序上传到这朵云中。这朵云将我们上传的程序分解成多个较小的程序，再分配到多个服务器中进行处理和分析。处理结束后将得到的结果返回给我们。即使我们使用的是性能较差的计算机，甚至是手机，也可以轻松完成各种任务。云计算灵活、安全、高效，为物联网提供了高效的计算与存储能力。最后就是NBIOT技术。IOT大家都知道是物联网，那么MB是什么呢？MB是narrow band的缩写，也就是窄带。简单来说它牺牲了速率换来了更低的功耗。在物联网中许多应用对功耗信号覆盖等指标更加关注。比如说共享单车上的智能锁，与传统的2G车锁相比，NBIOT智能所能大幅度缩短截单的延时，由之前的25秒以上降低至5秒以内，极大的提升了用户体验。在功耗方面，过去共享单车车锁中的电池最多只能持续使用三个月，这就需要定期更换电池。而使用NBIOT智能锁可在无需充电的情况下持续工作两年以上，既节省了成本，又减轻了运营负担，这不是一举多得。同时，NBIOT技术还具备可移动、大连接数量、低成本等特性，因此在物联网中受到广泛使用，这些就是物联网中的关键技术。现在物联网应用逐渐渗透到我们的生活中，给我们的生活带来了许多便利，不在家也能提前开空调，不用去仓库也能查库存，在未来，随着技术的不断发展，物联网又将怎样改变我们的生活呢？ 欢迎来到今天的科普视频，我们将带您了解物联网、通信技术，它们是如何连接我们的智能设备的。首先什么是物联网？简单来说，物联网就是将各种物品连接到互联网，实现数据的收集和交换。而在这个网络中，通信技术扮演着至关重要的角色。让我们先来谈谈wifi，这是我们日常生活中最常见的无线通信技术。Wifi基于i triple e802.11标准，它让我们能够在家中、办公室和公共场所轻松上网。Wifi具有高速率、高带宽的特点，是智能家居和办公网络的首选。接下来是蓝牙，这是一种短距离无线通信技术。蓝牙设备之间可以轻松配对和连接，无需线缆。它常应用于键盘、鼠标、无线耳机等。然后我们来说说low run，这是一种长距离低功耗的无线通信技术。Lora通过扩频通信实现长距离传输，特别适用于智慧城市、农业物联网等场景，当然还有很多其他的物联网通信技术，如zig、BZ wave等通信技术，它们各有特点，适用于不同的应用场景。随着物联网的发展，我们也面临着一些挑战，如安全性、功耗等问题。但未来随着5G6G等技术的普及，我们相信物联网通信将变得更加智能高效。今天我们介绍了wifi、蓝牙、low raa等物联网通信技术，他们为我们的生活带来了便利，也推动了社会的进步。感谢大家的观看，我们下期视频再见。 你相信你家的东西有生命吗？桌子被钥匙砸到会疼，椅子不喜欢乱丢在身上的衣服，你穿了一整天的臭袜子，椅子还能闻到袜子味。如果你家的东西有了生命，他们会做什么呢？这是一个睡得很香的女人，但她不晓得接下来将要面临闹钟的反击。七点吗？女人没有意外的拍了闹钟，闹钟这下可不乐意了，他的使命就是要把这可恶的女人吵醒。但闹钟个子小，最终还是被女人压倒性的力量击倒。就在这时，闹钟用了心理战术，硬的不行就来软的闹钟灵机一动把时间往后挪，睡着的女人什么都不知道，结果这次一看，终于吓得女人惊慌失措，闹钟成功的完成他的使命。 不知不觉中，现在的我们有了一项新技能，扫码，加好友要扫码，看网页要扫码，就连楼下卖西瓜的大叔都支持扫码支付了。那么我们扫的这个码究竟是什么呢？这个由黑白小方块组成的大方块叫做二维码，而他还有一个哥哥叫条形码。条形码在横向一个维度上通过黑白竖条的形式记录相关信息，而二维码则是在横向与纵向两个维度上，通过黑白点的形式记录相关信息，这样二维码的信息容量就能比条形码高出几十倍。兄弟俩可以记录下这么多的信息，需要感谢科学家们的一个伟大发明。二进制二进制其实和10进制一样，也是一种计数方法，这种计数系统只由零和一组成，十进制是逢十进一，而二进制是逢二进一。所以在二进制中，一等于一，而二则是用10表示，三是一一，四是100，五是101，以此类推。这种技术方法是专门为计算机设计的，计算机不识字，但是可以识别有电还是没电。一表示有电，而零则表示没电。于是科学家们按照一定的算法，把数字、文字、字母、符号等信息转化成一串由零和一表示的二进制序列，这样计算机就可以识别了。这个转换的过程叫做编码。编码完成后，科学家们再用特定的算法优化一下，从而形成了最终编码。在二维码的最终编码中，一个零对应着一个白色小方块，一个一对应着一个黑色小方块。把这些小方块八个一组填进大方块里，就是一个完整的二维码了。而二维码上这三个很大的黑色方块则是在扫码时用来定位的。二维码给我们带来了更便捷的生活。想看到更多关于科学发明的精彩视频吗？快拿起手机扫一扫屏幕上的二维码，有惊喜。 什么是嵌入式？举个最简单的例子，我们的手机或者平板就是一个嵌入式设备。它里面有一个小小的计算机，就像电脑的主机一样。这就像一个人的身躯，我们叫硬件。当我们给它注入操作系统灵魂以后，它就可以为我们工作了。生活中的电视、冰箱、空调等里面都有一个嵌入式芯片，嵌入式设备主要用来分析数据和执行命令，并把处理结果显示给主人看。好比我们是老板，招个员工干活，这个非常聪明的员工可以拍照、唱歌、放电影。有时候他身体里面还有一个虚拟的人类，比如苹果的siri小米的小爱同学、华为的小艺等等。这些本事都是用软件控制硬件做到的。嵌入式系统是由微控制器、大脑再加上外围电路、眼睛鼻子嘴巴组成。它的鼻子是相当于硬件中的传感器、天线等，它可以闻东西，只不过闻的是无形的数据。比如测量房间的温度，接收手机信号，你可以从他的眼睛、手机屏幕里看到他想表达什么，他的嘴巴就是我们说的喇叭，听歌、看电影都离不开这些东西。我们打开手机看视频，靠的就是鼻子天线。闻到网络信号，经过微控制器大脑的分析处理，转换成图像信号送给我们手机的眼睛显示屏显示，同时让嘴巴一起动起来，这样就能做到画面与声音同步，让我们感觉有些人就在我们身边说话，神奇吧。嵌入式设备体积小、功耗低、价格低，实时性强强、可靠性高，实际上是个小小的专用的计算机，就像一个迷你的小电脑，好用又好带，深受男女老少的喜欢。怎么学习嵌入式？所谓擒贼先擒王，我们要学习嵌入式，首先要学会怎么控制它的大脑，即我们通常说的中央处理器CPU。嵌入式中又较微控制器MCU或者微处理器库，例如简单的51单片机，稍微复杂点的RMV控制器等。实际项目中考虑价格和功能不一样会有不同选择。硬件设计通过微控制器和外围芯片能设计产品原理图和印刷电路板pcb接下来通过制板焊接调试一个健康强大的身体就制造出来了。大学里的电气自动化专业等电子信息工程相关专业就是学这个的软件设计，要会C语言、C加加语言、java语言或者汇编语言，你就成为了一个灵魂使者，为linux、u cos、VOS等操作系统注入灵魂。大学里的软件工程相关专业就是教你这些的。实际上做嵌入式系统开发，软件和硬件都要懂，这也是嵌入式工程师值钱的原因。实际上大学课程里，电子信息工程专业会开设C语言等课程，而且会讲一些电子原理，是比较接近嵌入式开发的专业。但是实际上在项目中用到的知识要比在大学里面学习的东西要多得多。就像我在上一个视频里面说的，要学习很多东西，而且有很强的自制力，才要考虑进入这个行业。嵌入式软件的工资待遇可以看下这张图。嵌入式硬件的工资待遇可以看下这张图，有兴趣的话赶紧加入嵌入式开发的行列中来吧，等你哦。看完记得点个赞再走。三克油。