第四单元 第13课 基于物联网平台的 LED 灯控制系统方案设计与实施 （教学课件）2025-2026学年河大版初中信息科技八年级全一册

该初中信息科技课件聚焦物联网LED灯控制系统，涵盖系统组成、通信逻辑及全流程实施。课堂通过问题情境对比传统与远程控制，关联局域网方案，引导学生从需求分析到系统设计，构建知识学习支架。 其亮点是以核心素养为导向，信息意识上识别硬件、云平台、终端组成，计算思维中拆解“云平台—开发板—LED灯”通信流程，数字化学习与创新通过云平台配置、图形化编程实践实现。采用项目式教学，全流程操作培养动手能力，分层作业兼顾差异。学生提升实践创新能力，教师可高效开展教学。

第13课 基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施 目录 教学目标 01 教学重难点 02 教学过程 03 课堂小结 04 05 作业布置 03 教学过程 教学目标 信息意识： 识别物联网 LED 灯控制系统的硬件、云平台、终端三大核心组成部分，理清设备间数据交互逻辑，区分局域网控制与物联网远程控制的差异，感知物联网技术在智能家居中的应用价值。 计算思维： 学会将整体系统拆解为需求分析、硬件、网络、程序等模块，分析 “云平台 — 开发板 —LED 灯” 的通信流程，运用抽象、建模思想设计控制方案，掌握排查系统故障的基本思路。 数字化学习与创新： 熟练使用物联网云平台、编程软件等数字化工具，完成硬件连接、平台参数配置、程序编写与系统调试；能在基础功能之上尝试优化功能，提升数字化实践与创新设计能力。 信息社会责任： 严格遵守硬件操作、用电安全规范，知晓物联网设备数据泄露、非法控制等安全风险，规范保管云平台账号、设备密钥，树立安全、合规、负责任使用物联网技术的意识。 教学重难点 02 教学重难点 重点 1.完成物联网 LED 灯控制系统硬件连接、云平台设置、程序编写、联机测试的全流程操作。 2.掌握物联网系统需求分析与简易方案设计方法。 难点 1.理解开发板与物联网云平台之间的远程通信机制与数据传输逻辑。 2.读懂程序中控制 LED 灯状态的核心逻辑与回调函数的作用，完成故障调试。 教学过程 03 问题情境 传统手动开关灯和今天的远程控灯有什么区别？远程控制的信号是如何传递到灯具上的？这套系统由哪些部分组成？ 我们要设计的物联网LED灯控制系统需要实现哪些功能呢? 进行分析并完成表4-6。 需求分析 表4-6 物联网LED灯控制系统的功能需求 功能 具体说明 显示灯的开关状态 实时显示灯的开关状态 数据记录与处理 每次记录开灯、关灯的时间 远程控制功能 通过手机 APP、电脑等终端设备，远程控制 LED 灯的开关 亮度/色温调节功能 可根据环境需求调节 LED 灯的亮度、色温，满足不同场景使用 故障检测与报警功能 检测 LED 灯的工作状态，出现故障时向用户发送提醒信息 系统设计 想一想：与之前设计的LED灯局域网控制方案相比，采用 物联网云平台的方案需要对物联网的感知层、网络层、 应用层中的哪个部分进行再设计? 电路连接 控制终端 云平台 Wi-Fi Wi-Fi 灯具 系统开发板 控制终端 Wi-Fi 控制终端 系统开发板 灯具 Wi-Fi 电路连接 物联网云平台方案 电路连接 局域网方案 系统设计 网络层需要重点再设计。通信方式从 “控制终端 与开发板直接 Wi-Fi 通信”，改为 “控制终端 —云平台—开发板三方通信”，需适配云平台的通 信协议（如 MQTT），实现数据的云端中转与远程 传输。 系统设计 想一想物联网云平台是如何与系统开发板进行通信的? 我们要设计的系统需要选择哪种类型的云平台呢? 开发板与云平台通过 Wi-Fi 联网后，遵循 MQTT 等物联网协议通信，实现设备状态上传与控制指令下发的双向数据传输。 选择云平台时，需要根据项目需求考虑平台的易用性、安全性、功能等因素。对于商用物联网项目，还要考虑物联网云平台的售后服务、商业支持以及成本等因素。 开发验证——物联网云平台的选择 开发验证——物联网云平台的选择 在本项目中，我们要选取的平台需要满足支持MQTT协议、具备数据可视化功能、操作简便、适合初学者使用等条件。 开发验证——MQTT协议 想一想 什么是MQTT协议？优点是什么？ MQTT协议是一种轻量级的消息传输协议，适用于物联网设备之间的通信。它支持低带宽、高延迟或不可靠的网络环境。 开发验证——开发板的选择 开发板的选择对于项目设计至关重要，需要综合考虑哪些因素？ (1)集成度高。开发板需内置多种接口，集成了温度传感器、光线传感器、蜂鸣器、加速度传感器、红外接收器、按键、RGB灯、LED灯、点阵屏等多种传感器和执行器。 开发验证——开发板的选择 开发板的选择对于项目设计至关重要，需要综合考虑以 哪些因素？ （2)硬件连接简单。开发板需接线复杂度低，且硬件设置流程简单。示例开发板有4个Type-C扩展接口，同时配备4Pin接口扩展板与多端Type-C接口扩展板，可以非常方便地外接其他传感器和执行器，不会出现接口插错AOI SIOLIOF等问题。 开发验证——开发板的选择 开发板的选择对于项目设计至关重要，需要综合考虑以 哪些因素？ (3)软件开发简便。开发板需支持图形化编程及与物联网开发平台的连接，方便开发物联网项目。 知识链接——开发板 示例开发板有4个Type-C扩展接口， U1: IO1, IO2, IO4, IO5 U2: IO9、 IO10, IO6, IO7 U3: IO17, IO18, IO44 U4: IO11, IO12, IO43 IO表示输入输出，数字代表数据传输引脚。默认情况下，示例开发板优先使用4个扩展接口的前两个数据引脚。所有的扩展接口都支持3Pin(GV、S)、5Pin(G、V、S1、S2、S3)的外设备。U1、U2接口支持6Pim(G、V、S1、S2、S3、S4)的外接设备，如支持SPI协议、PS2手柄连接等。 查一查 图4-24所示是示例开发板系列配套的几种外接模块，其引脚标识有 所不同。查阅各模块的使用说明书，分别写出每种模块引脚的作用。 查一查 DIN: DOU: AIN: NC： SCL、SDA: 数字输入引脚，用于读取按键按压的数字电平信号。 数字输出引脚，用于控制模块自带指示灯亮灭。 模拟输入引脚，接收电位器输出的连续变化模拟电压。 空引脚，模块内部无电路连接，无需接线。 I2C 通信引脚，SCL 为时钟线同步传输时序，SDA 为双向数据 线收发测距数据 模块共 12 针，分为 4 组 3 针单元，每组标准定义： G = GND（地线） V = VCC（电源） C = 信号 IO（数据引脚） 4 组命名：GVA、GVB、GVC、GVD，分别对应开发板 4 路扩展接口 U1、U2、U3、U4。 查一查 查一查 为了方便与杜邦线接口的外接设备连接，示例开发板系列扩展模块中 有专门的外接扩展模块(12针)，如图所示。此扩展模块有4组(GVA、 GVB、GVC、GVD)，写出其与示例开发板4个扩展接口引脚的对应关系。 U1: A B C D U2: A B C D U3: A B C U4: A B C GND GND GND GND VCC VCC VCC VCC IO−A IO−A IO−A IO−A 不接线 不接线 示例开发板支持MicroPython开发，为了降低开发难度，我们可以采用图形化的编程软件，通过拖拽图形模块的方式快速实现项目开发。 开发验证——软件语言选择 将LED模块通过Type-C数据线连接到示例开发板的U1接口，LED模块对应的IO接口为IO1。 开发验证——硬件电路连接 创立物联网项目（邮箱注册）→命名LED1（项目名称只能由字母和数字组成）→添加“开关”组件。 开发验证——物联网云平台设置 B1连接计算机→固件下载→初始化固件→复位/重新通电→编程。 开发验证——开发板程序设计 提示:在代码"Client_id=’XX_Client’"中，ID(账号)必须保持服务器全局唯一，每个人都要有 自己的ID。本书示例程序中用斜体表示的 代码需要根据用户实际情况调整参数。 开发验证——开发板程序设计 在平台项目的组件界面单击绿色按键运行程序。单击网页上的开关按键，则会看到LED灯跟随开关的状态亮灭。 开发验证——测试验证 单击平台中的“数据”选项卡， 切换到数据界面。在此界面可以 看氢一次按键的时间及开关状态 变化情况。 在这个项目中，我们实现了通过特定服务平台网页远程控制连接到开发板的LED灯。如果我们想要在网页上同时查看开发板连接的传感器采集到的信息，那么开发板不仅要订阅“button”主题，还要发布新主题，向物联网平台发送消息，以传递传感器采集的信息。 拓展与深化 课堂小结 04 第13课 基于物联网平台的 LED 灯控制系统 一、系统架构 应用层：手机/电脑终端 → 下发指令 网络层：网络 + 物联网云平台 → 传输数据 感知层：开发板 + LED 灯 → 执行动作 二、项目实施四步骤 1.需求分析 → 2. 硬件连接 → 3.云平台配置 → 4. 程序调试 三、核心要点 通信逻辑：终端↔云平台↔开发板↔LED 灯 安全规范：用电安全、账号密钥保密 课堂小结 课后作业 05 课后作业 1.基础层：完善本组作品，尝试优化程序，实现 LED 灯亮度调节功能。 2.提升层：查阅资料，举例说明生活中其他物联网灯光控制系统，简述其工作原理。 3.拓展层：要实现拓展与深化的内容，该如何改写程序呢?对平台又该做怎样的对应设置呢? 感谢观看！ $