第4单元第13课 第二节《基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施》教案【河北大学版】《信息科技》八年级

中小学教育资源及组卷应用平台 第4.13课《基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施》教学设计 课题 基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施 单元 第四单元 学科 信息科技 年级 八年级 核心素养目标 信息意识：准确识别物联网 LED 控制系统的核心组件，理解各组件间数据交互逻辑，提升对远程控制技术的认知敏感度。计算思维：拆解 “云平台 - 开发板 - LED 灯” 的通信流程，分析数据从发送到执行的关键环节，培养技术问题拆解能力。数字化学习与创新：掌握开发板接入云平台的操作步骤，能独立完成 LED 灯远程控制程序的基础调试，提升数字工具应用与系统搭建创新能力。信息社会责任：认识物联网设备通信中的数据安全风险，规范保存云平台账号与设备凭证，树立技术应用的安全意识。 教学重点 掌握基于物联网平台的 LED 灯远程控制系统从硬件连接、云平台设置到程序设计与测试的完整流程。 教学难点 理解开发板与物联网平台的通信机制，以及程序中回调函数对 LED 灯状态控制的逻辑。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 第4.13课 基于物联网平台的LED灯控制系统方案设计与实施观看视频 课程新知导入。 帮助学生初步理解本课研究内容。 讲授新课 新知讲解：知识链接示例开发板有 4个Type – C 扩展接口（U1 - U4，各对应不同IO引脚）；IO 为输入输出，数字是数据传输引脚，默认优先用前两个引脚；所有扩展接口支持3Pin、5Pin外接设备，U1、U2 还支持6Pin，可连接SPI协议设备、PS2手柄等。（详细内容见教材p96页）图4-23 示例开发板扩展接口 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。图4-24外接模块DIN：数据输入引脚，接收数据。DOU：数据输出引脚，发送数据。AIN：模拟量输入引脚，采集模拟信号。NC：空引脚，不连接功能。SCL、SDA：I2C 总线的时钟线、数据线，用于 I2C 通信。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4-25所示。图4-25外接扩展模块U1: A IO1 B IO2 C IO4 D IO5U2: A IO9 B IO10 C IO6 D IO7U3: A IO17 B - IO18 C - IO44U4: A IO11 B - IO12 C - IO43实践探究三、从互联网到物联网3.软件编程语言选择示例开发板支持 MicroPython 开发，可用图形化编程软件拖拽模块快速开发，界面还能同步显示对应 MicroPython 代码，便于后续 MicroPython 开发。如图4-26所示。（详细内容见教材p98页）图4-26程序设计软件界面小知识MicroPython 的 umqtt.simple 库是轻量级 MQTT 客户端库，不支持 TLS 加密，若需提升安全性，可使用 umqtt.robust 库，通过 SSL/TLS 协议加密数据传输，对应 MQTT 端口为 8883。4.硬件电路连接将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。如图4-27所示。图4-27电路连接图5.物联网云平台设置建立一个物联网项目，如图4-28所示。 新建项目并其命名注意：项目名称只能由字母和数字组成。如图4-29所示。（详细内容见教材p99页）图4-28项目管理界面图4-29新建项目单击“LED1”项目的箭头样式按键，进入项目编辑界面，如图4-30所示。图4-30项目编辑界面单击界面右上角的加号样式按键，添加“开关”组件。将组件命名为“LED开关”，消息主题为默认设置“button”。拨动开关可以在该主题下发布对应的消息。如图4-31所示。图4-31新建组件6.开发板程序设计启动示例程序设计软件，进入编程界面，如图4-32所示。图4-32示例程序设计软件编程界面按住开发板 B1 键，用 Type - C 数据线连计算机，计算机识别硬件后松开按键，开发板进入固件下载模式，选好串口、板卡，点 “初始化固件” 完成烧 ... ...