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1、第7课 标识与定位技术电子工业出版社第三册教学目标1、信息意识：增强对信息资源的敏感性、判断力、保护意识和利用能力。2、计算思维：学习更好地设计算法、优化系统、提高定位精度以及解决与定位相关的问题。3、数字化学习与创新：提高个人的技能水平、推动技术进步以及拓展标识与定位技术的应用领域。4、信息社会责任：在使用和开发这些技术时，应充分考虑其对社会、经济和环境的影响，确保技术的可持续发展。情境描述马宁发现爸爸的智能手环功能很强大。在超市付款时，爸爸用智能手环显示支付二维码，售货员只要用扫码枪轻轻一扫，就完成了交易。爸爸在单位还可以用智能手环开门，只要将智能手环靠近门禁刷卡的感应区“滴”的一声，门就
2、会打开。有一次，爸爸的智能手环找不到了。他用与智能手环绑定的App查找到手环的位置，顺利地把它找了回来。对于这些，马宁感觉很好奇，智能手环的这些功能是如何实现的呢?在本节，我们通过分析智能手环的标识与定位功能，学习物联网感知层的关键技术一标识与定位技术。情境描述随着物联网技术在商品流通、物流管理、智能控制、实时监测和控制等领域的广泛应用，标识与定位技术的使用也越来越广泛。常见的标识与定位技术有条形码标识、RFID射频标识、GPS定位等。新知导入3.1 体验条形码识别技术新知讲解1.条形码识别技术的定义：(1)条形码识别技术是为解决数据录入问题而产生的，它是比较“古老”的自动识别技术。条形码是由
3、一组规则排列的条、空，以及对应的字符组成的标记。当使用专门的条形码识别设备(如条形码扫描器，也称为扫码枪)扫描这些条形码时，条形码中包含的信息就转化为计算机可识别的数据。新知讲解1.条形码识别技术的定义：(2)如图3.2.1所示的一维条形码，能承载信息量约几十位二进制的数据：二维码更复杂，可以承载更大的信息量。图 3.2.1 一维条形码练一练1、请同学们使用条形码识别设备，扫描身边物品的一维条形码或二维码。说一说，扫描后分别获得了哪些信息。练一练答：可以扫出一些物品信息，如物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政
4、管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用。助力知识1.一维条形码：(1)人们通常将“一维条形码”简称为“条码”。将条码转化为相应的信息，需要经过扫描和译码两个步骤。当条形码扫描器发出的光经过条码反射后白色条纹反射可见光，黑色条纹则不反射可见光，由此识别出信号“0”和“1”，然后根据对应的编码规则即可将条码翻译(转化)为相应的数字与字符信息。助力知识1.一维条形码：(2)条码可以用来标识物品的生产国、制造厂家、名称、生产日期和类别等多种信息，因而在产品制造、商品流通、邮政管理、图书管理等许多领域都得到了广泛的应用。如图3.2.2所示的条码包含了前缀码、厂商识别代码、产品项目代码与校验码等信息。图
5、 3.2.2 条码信息组成助力知识2.二维条形码：(1)二维条形码又简称为“二维码”。随着条形码技术应用领域的扩大，对条形码技术的需求层次也在不断提高，人们希望条形码能够在较小的面积上承载更多的信息，于是二维码就应运而生了。助力知识2.二维条形码：(2)由于二维码在一个正方形的横向和纵向上都能表示信息，所以与条码比较，二维码所承载的信息量和信息密度都提高了许多倍，二维码可用来表示图像、文字、甚至声音。二维码的出现，使条形码技术从简单地标识物品转化为描述物品，它的功能发生了质的变化，条形码技术的应用领域也随之大大扩展。知识拓展1、以射频识别技术为代表的多种物联网技术不断进入智能城市管理系统，城市
6、街道井盖的数字化管理就是一个例子。井盖装备射频识别模块变身为智能井盖(见图3.2.11)后，可以用来实时监控井盖状态、井盖所有权单位、井盖位置等信息。图 3.2.11 智能井盖知识拓展2、射频识别电子车牌克服了现有交通信息收集技术的瓶颈，可以用来对车辆交通信息进行分类和准确收集，从而实现对车辆的精准管理。电子车牌可用于交通管理、环境限制、道路规划、汽车ETC支付等(见图3.2.12)，极大地解决了城市交通管理的困境。图 3.2.12 电子车牌的应用示意图3.2 认识REID标识技术新知讲解1.RFID的含义：(1)RFID也称为射频识别，它通过阅读器与标签之间的数据通信，达到识别目标的目的。R
7、FID的应用非常广泛，典型应用有门禁管制、停车场管制、物流过程中的货物追踪，以及我国的第二代身份证、学生证等其他各种电子证件的识别等。新知讲解1.RFID的含义：(2)一些智能手环中也使用了RFID标识技术。门禁卡、公交卡、门票及校园餐卡等的功能，都可以使用内嵌RFID的智能手环来实现，如图3.2.3所示。我们可以用智能开发板结合RFID传感器、RGB灯来模拟智能手环刷卡开门的功能(用灯的颜色变化来模拟门的开关)。具体操作步骤如下。图 3.2.3 智能手环的 RFID 识别新知讲解2.智能手环刷卡开门模拟：(1)连接智能开发板与RFID阅读器将RFID阅读器(简称为阅读器)连接到智能开发板的拓
8、展板接口上，如图3.2.4所示。当阅读器读取到RFID射频卡的信息时，就会通过连接线把信息传送至智能开发板，智能开发板内置了CPU 芯片，会对数据进行计算与处理。图 3.2.4 RFID 阅读器与智能开发板连接图新知讲解2.智能手环刷卡开门模拟：(2)扫描RFID射频卡，获取卡号信息打开编程软件，在“扩展-添加”项中选择“传感器”子项，在界面右侧找到“RFID”模块并加载。编写扫描RFID射频卡的程序，如图3.2.5所示。最后将程序刷入智能开发板中，将RFID射频卡靠近RFID感应区，观察控制台是否显示卡号信息，如图3.2.6所示。图 3.2.5 扫描 RFID 射频卡的程序图 3.2.6 智
9、能开发板的控制台显示卡号信息新知讲解2.智能手环刷卡开门模拟：(3)设计“模拟用RFID射频卡开门”的程序编写循环结构的程序，实现以下功能：亮起红灯，表示门处于关闭状态，让智能开发板的阅读器进行扫描，如果扫描到RFID射频卡，就判断RFID射频卡上的序列号与规定的号码是否相符。如果相符，就亮起绿灯，表示门处于开启状态，程序如图 3.2.7 所示。图 3.2.7“模拟用 RFID 射频卡开门”的程序练一练问：将“模拟用RFID射频卡开门”的程序刷入智能开发板，并用 RFID射频卡进行测试。说一说什么样的RFID射频卡能够开门。答：具备高频、加密、存储容量、抗干扰能力、耐用性和兼容性等特点，以满足
10、门禁管理的。助力知识1.使用RFID技术的电子标签：采用RFID技术的标签，被称为电子标签。电子标签附着在被识别物体上，用存储器存储与物体相关的信息。运用射频识别技术可以在非接触状态下读写存储器上的信息。电子标签如同物体的“身份证”生活中很多门禁系统都用到了RFID技术，如图3.2.8所示为RFID门禁系统的工作原理示意图。图 3.2.8 RFID 门禁系统的工作原理示意图知识拓展1、标识与定位技术在医疗中也被广泛应用。例如，可以通过条形码手环识别患者身份信息(见图3.2.13)；通过条形码进行医疗废物追踪管理，防止病毒感染扩散；对药品进行追踪管理，阻止假药流通与泛滥。图 3.2.13 电子标
11、签医疗手环知识拓展2、定位系统是以确定空间位置为目标而构成的相互关联的一个集合体或装置(部件)。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到至少4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。3.3 认识定位技术新知讲解1.标识定位：(1)在物联网应用中实现定位的方式有两种：标识定位与GPS定位。标识定位通过感应不同位置的标识来实现位置追踪。例如，在游乐场游客带上如图3.2.9所示的RFID手环，就可让检票设备获取游客的购票信息。在游客刷手环的过程中，管理员通过后台系统即可获得游客的位置信息，以便关注游客的安全。图 3.2.9 RFID 手环
12、新知讲解1.标识定位：(2)条形码的标识与定位技术也广泛应用于商品信息的录入与商品的搜寻、物流的追踪等。新知讲解2.GPS定位：全球定位系统(Global Positioning System，GPS)即卫星导航定位系统。该系统常用于物体的实时追踪，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位。例如，将智能手环与智能终端连接后，可以在智能终端通过GPS定位来确定智能手环的具体位置。实践探究1、现实生活中还有许多地方应用了定位技术，请同学们根据自己的生活经验，结合信息查询技术，探寻定位技术的应用，并进行填写。答：定位技术的应用：GPS定位、基站定位、Wi-Fi定位、RFID定位、WS
13、N定位、声波定位等，如定位某件物品在仓库中的存放位置或者运输车辆的实时位置和行进路线。知识拓展1、导航的关键技术是定位技术。中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS)是中国自主研制的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段组成，可在全球范围内全天候为各类用户提供高精度的定位、导航服务。图 3.2.10 北斗卫星导航系统示意图知识拓展2、2020年6月23日，北斗下星导航系统的最后一颗导航下星成功发射标志着我国北斗三号全球卫星系统星座部署全部完成。2020年7月31日北斗三号全球卫星导航系统正式开通。全球范围内已经有
14、137 个国家与北斗卫星导航系统签下了合作协议。知识拓展3、RFID一般指射频识别技术。其原理为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的。RFID的应用非常广泛，典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。项目实施1.各小组根据本节课所学的内容，查询RFID智能手环的相关资料对智能手环的标识与定位技术进行分析，描述它实现的功能与应用场景，完成表 3.2.1。2.修改“模拟用RFID射频卡开门”的程序设计，使用包含“或”的逻辑指令，实现用两张RFID射频卡都能开门的功能。RFID 智能手环实现的功能应用场景表 3.2.1 RFID智能手环的
15、定位技术项目实施表 3.2.1 RFID智能手环的定位技术 RFID 智能手环实现的功能应用场景运动检测检测人每天行走多少步，消耗多少热量。GPS定位运用定位来查看自己的运动轨迹。巩固练习1.物联网应用中常见的定位技术有：GPS、WLAN、短距离无线测量、UWB(超宽带)。2.RFID技术在生活中的应用场景非常广泛，如无人超市、智慧图书馆等。调查身边有哪些RFID技术的应用并完成表 3.2.2。表 3.2.2 RFID 技术的应用RFID 技术实现的功能应用描述巩固练习表 3.2.2 RFID 技术的应用RFID 技术实现的功能应用描述第二代居民身份证识别身份证内嵌入RFID芯片，身份证进入读
16、卡器的感应范围内，读卡器发出射频信号给芯片，芯片产生短暂的供电后将信息传到读卡器。停车识别在每辆汽车上都安装RFID停车标签，汽车进入停车场所时，RFID识别器直接识别到标签数据，自动完成计时。课堂总结标识与定位技术是利用无线通信、卫星定位、传感器等技术手段，实现对物体或人的位置、状态、属性等信息的识别、跟踪和管理。标识技术是指对物品进行有效的、标准化的编码与标识的技术手段它是信息化的基础工作。主要有条形码技术、IC卡技术、射频识别技术、光符号识别技术、语音识别技术等。定位技术是指将一个物体标识或跟踪到一个特定地理位置上的技术。它通常是使用少量信号，如卫星，无线电工程，电磁波幅度或距离车，穿过实体来完成。课后作业问：完整的RFID系统由哪些部分组成。课后作业答：由读写器(Reader)、电子标签(Tag)和数据管理系统三部分组成。其中阅读器的基本构成通常包括：收发天线，频率产生器，锁相环，调制电路，微处理器，存储器，解调电路和外设接口组成。电子标签由收发天线、AC/DC电路、解调电路、逻辑控制电路、存储器和调制电路组成。板书设计身边的物联网应用一、体验条形码识别技术1、条形码识别技术的
