项目范例：设计智能家居系统 教学设计

高中信息技术项目范例：设计智能家居系统

（适配必修 2《信息系统与社会》，可直接作为教案 / 项目报告 / 课堂展示范例）

一、项目名称

设计一套简易智能家居系统

二、项目背景与意义

随着物联网和信息技术发展，家居设备越来越智能化。通过设计智能家居系统，综合运用信息系统结构、计算机网络、传感器、控制与信息安全等知识，体验从需求分析→方案设计→系统搭建→安全防护的完整工程过程，培养系统思维与创新实践能力。

三、项目目标

知识目标

理解智能家居作为信息系统的五层结构（感知 — 网络 — 数据 — 应用支撑 — 应用）。

掌握传感器、网络通信、自动控制在智能家居中的作用。

认识智能家居中的信息安全与隐私风险。

能力目标

能根据家庭场景完成需求分析与功能设计。

能画出智能家居系统结构图与工作流程图。

能提出简单的设备选型与组网方案。

素养目标

形成用信息技术解决生活问题的意识。

树立智能设备使用中的安全与伦理观念。

四、项目任务与流程

任务 1：需求分析（用户是谁？要解决什么问题？）

典型场景：三口之家 / 独居老人 / 学生宿舍

用户需求示例：

进门自动开灯、窗帘自动开合

室内温度、湿度、空气质量实时监测

有人闯入自动报警并推送手机提醒

远程控制空调、灯光、插座

老人紧急求助一键呼叫

提炼功能需求：

环境感知与监测

智能照明与电器控制

安防报警

远程控制与自动化

数据查看与历史记录

任务 2：智能家居系统总体设计

1. 系统结构（对应信息系统五层体系）

感知层温湿度传感器、人体红外传感器、门窗磁传感器、光照传感器、紧急按钮、摄像头。

网络层Wi‑Fi、蓝牙、ZigBee（低功耗物联网），无线路由器，家庭局域网。

数据层本地单片机 / 网关存储 + 云端服务器存储，记录环境数据、开关状态、报警记录。

应用支撑层逻辑判断、自动控制规则、数据统计、异常报警。

应用层手机 APP、语音助手（小爱 / 天猫精灵）、控制面板屏幕。

2. 系统架构图（文字版可直接写进教案）

传感器 / 开关 → 网关 / 控制器 → 家庭网络 → 服务器 / 云端 → 手机 APP / 语音控制同时支持：自动执行（天黑开灯、有人开灯）

任务 3：硬件与功能模块设计

模块一：智能安防系统

门窗磁传感器：检测门窗是否异常开启

人体红外：检测非法闯入

摄像头：实时监控

报警：蜂鸣器 + 手机推送

模块二：智能环境监测

温湿度、PM2.5、可燃气体传感器

数据实时显示，超标自动开窗 / 报警

模块三：智能照明与电器控制

智能开关、智能插座

场景模式：回家模式、离家模式、睡眠模式

定时控制、光感自动控制

模块四：紧急求助系统

紧急按钮 → 网关 → 通知手机 / 亲属电话

任务 4：工作过程设计（以 “回家模式” 为例）

信息采集：指纹锁 / 门磁检测到开门

信息传输：信号通过 Wi‑Fi 发给网关

信息存储：记录开门时间与状态

信息处理：系统判断触发 “回家模式”

信息输出：自动开灯、开空调、拉窗帘

反馈：APP 推送 “欢迎回家”

任务 5：网络与安全设计

组网方式

所有智能设备连家庭 Wi‑Fi

网关统一管理低功耗设备

外网可通过 APP 远程访问

安全风险与防范

风险：弱密码被入侵、摄像头被偷窥、家庭数据泄露

措施：

设置强密码，关闭通用默认密码

关闭外网不必要访问，开启设备加密

定期升级固件，不安装不明插件

重要数据本地存储，不上传云端

任务 6：项目成果呈现（可直接上交）

智能家居系统需求分析报告

系统五层结构示意图

功能模块图与典型场景流程图

设备清单与组网方案

安全风险与防护措施

项目总结与改进设想

五、项目总结（可作教案结尾）

本项目以生活场景为载体，完整经历了信息系统的分析、设计与实现过程，理解了感知、网络、数据、控制在智能家居中的协同工作，同时认识到智能技术在带来便利的同时，必须重视信息安全与个人隐私保护，做负责任的数字公民。