初中电子工业社版（2022）第2单元 物联网的基本原理2.2 制作简易噪声监测系统模型优秀ppt课件

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1、信息意识：帮助了解噪声问题、识别相关数据来源、评估数据质量和可信度，以及利用这些信息来构建和优化模型。2、计算思维：帮助我们理解噪声监测问题的本质、设计合适的算法和模型结构，以及实现高效的计算过程。3、数字化学习与创新：有助于我们掌握最新的技术动态、学习相关理论知识，以及将创新思维应用到模型设计和实现过程中。4、信息社会责任：确保模型使用的数据来源合法、保护用户隐私、遵循相关法律法规，以及确保模型的输出结果公正、准确。
马宁所在的班级最近试行“无人监管自习”措施，上自习课时，无须老师值守，同学们自觉保持安静上自习课。刚开始执行时，马宁和同学们发现，虽然老师不在身边，但是教室里一旦出现说话声，老师马上就能发觉，清楚地知道同学们说话的时间点，并及时进行干预。原来教室里有一套基于物联网的简易噪声监测系统模型。本节通过分析“简易噪声监测系统模型”的工作原理，深入学习物联网的组成。
噪声是一种环境污染物，且在时间和空间上具有瞬时性的特点，不便于人工监测。使用基于物联网的简易噪声监测系统模型基本能够解决人工监测噪声不便的问题。在不同地点设置噪声监测点，并将每个噪声监测点采集到的数据传送至监测终端平台，即可得到每个监测点的噪声数据并进行处理。
活动1 简易噪声监测系统模型的感知层
1.物联网的感知层：(1)感知层是物联网的眼睛和耳朵，一般由可以采集数据的集成电子设备或传感器模块构成。
1.物联网的感知层：(2)某街道建筑施工中使用了如图2.2.2所示的噪声监测系统设备，在这个简易噪声监测系统模型的监测设备中集成了声音传感器模块、可视化模块、GPS模块等，其中，声音传感器模块和GPS模块作为感知设备，用来获取噪声的声强、频率等数据信息和噪声源的位置信息。
图2.22 某街道建筑施工时的噪声监测设备
1.物联网的感知层：(3)智能开发板上集成了众多的传感器，其中有可以检测周围声音数据的声音传感器，要制作简易的噪声监测系统模型，可以将智能开发板置于教室内，用智能开发板上的声音传感器采集噪声数据，并编写相应的程序。
1.物联网的感知层：(4)如图2.2.3所示为智能开发板上的声音传感器，通过编写重复打印声音传感器获取数值的程序，可以看到它采集的当前声音的数据。
图 2.2.3声音传感器及其采集的声音数据
1、请同学们思考，如果要检测居住环境中可能存在的问题，应使用哪些感知设备。
答：(1)空气质量检测器：用于检测室内空气中的污染物，如甲醛、苯、TVOC等，以确保空气质量达到安全标准。(2)温度和湿度传感器：用于监测室内温度和湿度，确保居住环境舒适度。(3)光照传感器：用于检测室内光线强度，以便调整照明设备，保持舒适的光照环境。(4)噪音检测器：用于监测室内噪音水平，确保居住环境保持安静。
1、物联网实现感知功能离不开传感器。作为一种检测装置，传感器会先感知外界信息，然后将这些信息通过特定规则转换为电信号，最后由传感网传输到计算机上，供人们或人工智能分析和利用。
2、射频识别的简称为RFID，该技术是无线自动识别技术之一，人们又将其称为电子标签技术。利用该技术，无需接触物体就能通过电磁耦合原理获取物品的相关信息。
3、二维码是一种信息识别技术。二维码通过黑白相间的图形记录信息，这些黑白相间的图形是按照特定的规律分布在二维平面上，图形与计算机中的二进制数相对应，人们通过对应的光电识别设备就能将二维码输入计算机进行数据的识别和处理。
活动2 简易噪声监测系统模型的网络层
1. 物联网的网络层：(1)网络层是物联网的神经中枢，物联网主要通过通信网络进行数据传输，如互联网、有线和无线通信网等，该层负责将感知层获取的数据安全可靠地传输到应用层。
1.物联网的网络层：(2)如图2.2.4所示的噪声监测设备中，集成了用于通信的模块，可以使设备连接到互联网或无线通信网，从而将监测设备采集到的噪声数据传输到噪声监测平台，便于管理人员进行实时监测与统计。
图2.2.4 简易噪声监测系统模型的网络层示意图
1.物联网的网络层：(3)智能开发板上集成了连接无线通信网络的Wi-Fi模块，可以将智能开发板连接当前无线网络，实现将噪声数据传输到噪声监测平台的简单物联网应用。如图2.2.5所示，通过编写连接当前Wi-Fi的程序，可以将作为噪声监测设备的智能开发板连接到网络，并可以在控制台看到Wi-Fi连接成功后的反馈信息。
图2.25智能开发板连接 Wi-Fi并反馈信息
1 、OSI参考模型将网络分为七层，自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。
2、网络层的主要任务就是将分组从源主机经过多个网络和多段链路传输到目的主机，可以将该任务划分为分组转发和路由选择两种重要的功能。
活动3 简易噪声监测系统模型的应用层
1.物联网的应用层：(1)物联网应用层的核心功能包括两个方面：一是“数据”处理，应用层需要完成数据的管理和处理；二是“应用”，应用层需要将这些数据与需要的应用相结合，最终服务于人或智能设备。在应用层出现了许多物联网平台，当设备通过网络连接到物联网平台后，平台就可以实现人与物联网设备的连接与交互。
1.物联网的应用层：(2)简易噪声监测系统模型的应用层，主要是用噪声监测平台将感知层获得并由网络层传输的数据清晰地呈现给用户，方便用户进行查看和管理。
2.小型简易噪声监测系统模型制作步骤：(1)制作小型简易噪声监测系统模型，除了需要有感知噪声的监测设备、传输数据的网络，还需要有能给用户呈现数据的物联网平台。本课采用SIOT物联网平台作为接收噪声数据的物联网平台，为管理者提供与展示噪声数据信息。
2.小型简易噪声监测系统模型制作步骤：(2)首先，在编程软件中的“扩展-添加”项中选择“网络应用”子项，在界面的右侧找到“SIOT”模块并加载，如图2.2.7所示。
图2.2.7 加载SIOT模块
2.小型简易噪声监测系统模型制作步骤：(3)然后在编程软件中的“SIOT”模块上方单击“启动SIOT服务器”，即可在本地计算机上搭建一个物联网平台，如图2.2.8所示，自动弹出的平台界面可暂时设置最小化。
图2.2.8一键“启动SIOT 服务器”
2.小型简易噪声监测系统模型制作步骤：(4)接着编写相关程序，让智能开发板作为噪声监测设备连接SIOT物联网平台，并发送噪声数据，如图2.2.9所示。
图 2.2.9 噪声监测设备的程序设计
2.小型简易噪声监测系统模型制作步骤：(5)智能开发板连接网络后，填写平台相关参数，使得智能开发板与SIOT物联网平台进行连接，并设定一个项目/主题(mPythn/001)，将采集到的声音(噪声)值，每隔一秒通过网络发送到平台的相关主题中。
2.小型简易噪声监测系统模型制作步骤：(6)将程序刷入智能开发板后，打开SIOT物联网平台，输入账号和密码后，即可看到设定好的项目ID“mPythn” 。(7)依次单击“查看设备列表”“查看消息”选项，即可看到发送的噪声数据，勾选“自动刷新消息”可以实时查看噪声数据。(8)在SIOT物联网平台上还可以将采集到的噪声数据下载到本地计算机中，便于对数据进行管理。在界面中选择开始时间与结束时间，依次单击“查询”一“导出查询结果”按钮，即可将噪声数据的Excel表格下载到本地计算机。
1.连接SIOT物联网平台相关参数的设置：(1) 启动SIOT服务器后，会在本地计算机中建立一个SIOT物联网平台。
1.连接SIOT物联网平台相关参数的设置：(2)在编写程序时，连接物联网平台要填写客户端ID，可以给设备拟定一个客户端ID，如“abc”，如图所示。注意同一物联网平台下的客户端ID不可重复。
1.连接SIOT物联网平台相关参数的设置：(3)要将智能开发板连接SIOT物联网平台，需要启动本地计算机的SIOT物联网平台，为此要将本地计算机的IP地址填写到创建SIT连接的指令中，便于之后智能开发板通过IP地址找到对应的SIOT物联网平台，顺利进行数据传输，编程软件中默认的IP地址即为本地计算机的IP地址，如图。
1、应用层位于计算机网络体系结构的最上层，前面四层做的所有事情就是为了他服务，他也是设计和建立计算机网络的最终目的，通俗的讲，就是我们开发的应用软件。
2、应用层需要的标准最多，但也是最不成熟的一层。但随着应用层的发展，各种特定应用服务的增多，应用服务的标准化开展了许多研究工作，ISO已制定了一些国际标准（IS）和国际标准草案（DIS）。
马宁想要通过手中的一些设备与材料，制作一个小型的物联网应用一简易噪声监测系统模型，能够实时监测教室的噪声数据，并将噪声数据上传到物联网平台上，方便实时观察数据，进行数据收集与管理。1.对此项应用，我提出的方案是:__________________。_
1.对此项应用，我提出的方案是：我们可以从感知层、网络层和应用层三个部分来进行设计和部署。(1)感知层主要负责收集教室的噪声数据。建议使用噪声传感器（如MEMS麦克风）来收集噪声数据。(2)网络层负责将感知层收集到的噪声数据上传至物联网平台。建议使用Wi-Fi模块（如ESP8266或ESP32）将噪声传感器与物联网平台相连接。(3)应用层负责展示和处理收集到的噪声数据。建议使用物联网平台（如AWSIT、GgleCludIT Cre或Micrsft Azure ITHub）来存储和管理噪声数据。用户可以通过Web应用或移动应用实时查看噪声数据，进行数据分析和报警设置。
2.要制作教室简易噪声监测系统模型，需要用到哪些设备?完成表2.2.1。
表 2.2.1 简易噪声监测系统模型所需设备表
3.使用设备与相关材料搭建教室简易噪声监测系统模型，并进行调试与记录。经过测试，一天内教室的噪声闯值在(50-60分贝)范围内。4.使用简易噪声监测系统模型，每时每刻的声音都会被上传到平台上，这样做会出现大量冗余数据占用平台资源的情况，请调整程序，使得声音值超过1000后再向平台发送噪声数据。
1.可以通过什么方式连接指定的物联网平台或设备。(1) HTTP/HTTPS协议(2)MQTT协议(3) CAP协议2.设置“教室简易噪声监测系统模型”程序中的服务器IP地址和设备ID，尝试将两块智能开发板连接同一个物联网平台，实现同时监测两个教室噪声数据的功能。
3.生活中还有许多的小型物联网应用系统，用来实时观察与统计数据，请你使用智能开发板上的众多传感器，结合 SIOT物联网平台，自己设计与制作一个小型的物联网应用系统模型。
通过本节课的学习，我们了解了简易噪声监测系统的目的、组成、工作原理以及应用领域。噪声监测系统用于实时监测环境中的噪声水平，以保护人们免受过高噪声的侵害。一个简易噪声监测系统主要包括a. 噪声传感器b. 数据采集器c. 数据处理模块d. 显示模块e. 报警模块。噪声传感器收集环境中的噪声数据，数据采集器将数据传输到处理模块。数据处理模块对噪声数据进行分析，计算出噪声的平均值、最大值、最小值等。噪声监测系统可以应用于工业、交通、建筑等领域，帮助监测和控制噪声污染。
问：噪声监测系统的作用有哪些？
答：1.监测噪声水平：噪声监测系统可以实时或定期测量环境中的噪声水平，以便了解噪声污染的程度。2.噪声源定位：通过噪声监测系统，可以确定噪声源的位置，从而有针对性地采取措施降低噪声污染。3.噪声污染控制：噪声监测系统可以为政府和企业提供有关噪声污染的数据，以便制定相应的法律法规和政策，以减少噪声污染。