资源简介

(共45张PPT)
主题一 任务五
反馈控制有算法
（桂科2025版）八年级
下
1
核心素养目标
3
活动目标
5
练习提升
7
拓展延伸
2
新知导入
4
新知讲解
6
开拓视野
活动日志
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
认识科技对农业的深远影响，理解智能灌溉系统在节约水资源和环境保护中的责任，培养可持续发展的意识。
使用传感器和程序学习创新应用，探索如何利用技术优化资源利用，创造智能化农业解决方案。
通过分析灌溉系统的工作流程，掌握用编程解决实际问题的方法，提高逻辑思维和动手实践能力。
理解物联网技术在农业中的应用，以简易蔬菜灌溉系统为例，体验智能化管理的便利和高效性，培养科技种植的意识。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
壮壮已经实现了简易蔬菜灌溉物联系统的基本功能，但他还想进一步完善系统设计，最终实现自动灌溉功能。让我们一起来帮助他吧！
02
新知导入
为什么智能灌溉相较人工调节更高效可靠？
因为它能根据实时环境条件进行自动调整，确保每个作物得到适量的水分，减少人为误差。
02
新知导入
思考
如何确保灌溉系统正确执行操作？
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
灌溉系统通过高精度传感器实时监测土壤湿度和其他环境条件，数据会不断传输到控制程序中。程序对比实际数据与预设标准，自动调节水泵的开关状态。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
自动灌溉系统利用高精度传感器实时监测土壤湿度，并将数据反馈给控制中心，根据植物的具体需求自动调节浇水量。这样可以确保植物始终获得所需的水分，同时避免过度灌溉，保护植物的健康生长，进一步提高水资源利效率。
物联网技术在农业中实现了智能化精准管理，通过实时数据优化资源配置，提高生产效益。
02
新知导入
思考
在生活中，扫地机器人是通过内置的传感器检测地面的污垢和障碍物，再利用预设的清扫路径和算法来识别需要清扫的区域。思考一下，简易蔬菜灌溉物联系统是如何判断土壤需要补充水分的？它是如何控制浇水量的？以哪种形式去反馈和控制才最合适呢？
03
新知讲解
这个系统用一个小探测器（插土里）检查干湿。如果土太干了，探测器就告诉主机“该浇水啦！”。主机接着开阀门放水，干得厉害就多浇一会儿，不太干就少浇点。最聪明的办法是让它“自己管自己”——探测器一直盯着湿度，够了就关水，不够又开，和手机自动调亮度一样方便！
马上行动
基于简易蔬菜灌溉物联系统自动灌溉功能的需求，请用线段将左右两侧进行匹配。
03
新知讲解
执行器
传感器
算法
D.决策
E.控制
F.监测
思考
简易蔬菜灌溉物联系统应该在哪种情况下执行灌溉呢？请结合以下选项说一说你的想法。
A.根据土壤湿度自动开启灌溉
B.定时开启灌溉，不管土壤是否干燥
C.使用滴灌系统代替喷灌系统
D.根据天气预报调整灌溉计划
03
新知讲解
思考
03
新知讲解
我觉得选A最合适！因为系统用土壤湿度探测器（像插在土里的小手指）判断是否缺水，干了才自动浇水，不浪费水。B选项不管土干不干都浇，可能浇太多或不够；C说的是怎么浇（比如慢慢滴水），不是什么时候浇；D靠天气预报，万一不准呢？还是直接测土壤更靠谱，就像手机自动调亮度比手动调更聪明！
小贴士
豆角生长情况与生长条件对照表见表 1-5-1。
03
新知讲解
生长条件 生长情况/生长期
土壤含水量在60%~80% 生长速度较快，结英多，品质好
土壤含水量高于80% 影响产量和品质
土壤含水量低于30% 生长缓慢，结荚少
半阴半阳 幼苗期
全日照 生长期
表1-5-1
探究
结合上面的思考，和小组成员讨论简易蔬菜灌溉物联系统的灌溉策略，并将表1-5-2和图1-5-1补充完整。
03
新知讲解
条件 决策
土壤湿度大于上限值 半阴半阳 不灌溉
全日照 不灌溉
土壤湿度(大于)下限值且(小于)上限值 半阴半阳 不灌溉
全日照 灌溉
土壤湿度(小于)下限值 半阴半阳 灌溉
全日照 灌溉
表1-5-2
探究
03
新知讲解
图1-5-1
不灌溉
灌溉
探究
03
新知讲解
图1-5-1
不灌溉
灌溉
讨论
目前系统已完成“决策”灌溉的算法设计，接下来就该设计“执行”灌溉部分。这部分在硬件和程序上分别需要哪些支持？小组内展开讨论，尝试将相关核心代码写下来。
03
新知讲解
硬件支持：
执行设备：需要水泵或电磁阀。
驱动模块：用继电器或晶体管电路，把微控制器的弱电信号转换成能控制水泵的强电。
电源：水泵可能需要独立电源。
保护电路：加二极管或保险丝，防止水泵启动时电流过大烧坏元件。
程序支持：
控制信号：用代码控制微控制器引脚输出高/低电平，触发继电器开关水泵。
时间控制：设定灌溉时长。
反馈检测：加水位传感器或电流检测，确认水泵是否真的启动了。
讨论
03
新知讲解
代码思路：
# 初始化水泵控制引脚
设置 水泵引脚 = 输出模式
# 接收决策指令
如果 决策层发送 "需要灌溉":
打开水泵引脚（高电平）
等待10秒
关闭水泵引脚（低电平）
# 检查反馈（比如水位是否上升）
如果 水位传感器数值未变化:
报错："水泵可能故障！"
否则:
保持水泵关闭
思考
在该系统中，如果传感器检测到土壤湿度已经足够高，但水泵仍然开启，可能是什么原因导致的？如何解决这个问题？
03
新知讲解
如果土壤湿度够了但水泵还在浇水，可能是：
①传感器被土糊住了（擦干净试试）；
②程序写反了（比如该关水泵却开了，检查代码条件）；
③控制水泵的开关电路卡住了（拔电重启或换掉）；
④信号延迟（比如Wi-Fi太慢，让传感器传数据更快点）。
就像手机充完电还不停，得检查哪里“死机”啦！
小贴士
在搭建和维护简易物联系统时，通常需要注意以下几个方面：
1.检查传感器是否正常工作。
2.审查控制代码，确保逻辑正确，并且能够正确响应传感器的输入。
3.及时更新操作软件，修复已知的系统错误。
4.检查电路，确保没有短路或断路。
5.测试执行器是否按预期工作，必要时更换损坏的部件。
6.建立定期维护计划，检查所有组件的工作状态，确保系统长期稳定运行
03
新知讲解
马上行动
1.结合前期物联系统各模块的学习内容可知，在简易蔬菜灌溉物联系统中，传感器采集的数据被送到_控制器_进行处理，然后根据__预设算法__的指令，__执行器__执行相应的动作。请你将该系统的主要工作流程图补充完整：
03
新知讲解
马上行动
2.在物联系统模块整合完毕后，还需要进行完整系统调试。查阅相关资料，了解调试的内容应包括哪些方面。
03
新知讲解
调试物联网系统时，需检查硬件（传感器、执行器是否正常）、软件（程序能否正确接收数据并发送指令）、设备间通信是否稳定，以及整体功能（如干燥时自动灌溉）是否达标。还要测试异常情况（断网、断电）下的反应，并确保长时间运行不卡顿。就像试玩新玩具车，先检查零件再试跑，发现问题及时修！
做中学
请以小组为单位，完成简易蔬菜灌溉物联系统的模块整合和功能集成。
03
新知讲解
做中学
1.硬件清单：主控板x1、温湿度传感器x1、土壤湿度传感器x1、水泵x1、4Pin线x2、Type-C数据线x1、带有热点功能的计算机x1。
03
新知讲解
做中学
2.连接设备。用4Pin线将主控板和温湿度传感器、土壤湿度传感器连接起来，接入水泵最后通过Type-C数据线接入计算机，效果如1-5-2所示。
03
新知讲解
做中学
3.编写程序，进行系统调试。示例代码见图 1-5-3。
03
新知讲解
做中学
03
新知讲解
做中学
03
新知讲解
讨论
随着科技的不断进步和农业现代化的快速发展，物联网技术在农业领域的应用越来越广泛。你认为简易蔬菜灌溉物联系统在未来农业中会扮演什么样的角色？
03
新知讲解
未来的简易灌溉系统会像“农田小管家”一样！它能自动盯着土壤湿度，该浇水时立刻行动，不用人天天盯着。还能省水省电，就算天气突然变干也不怕，蔬菜能长得更好。说不定以后还能连手机，农民叔叔在家刷视频时，系统就默默把活儿干完啦！科技种田，超酷的！
任务拓展
物联系统能实现的功能是多种多样的。例如，增设摄像头或者特殊的传感器来监测植物的健康状况，如果发现有病虫害的迹象，系统可以自动发送警报到绑定的手机上。除了自动灌溉功能，简易蔬菜灌溉物联系统还可以扩展出哪些新功能？可能会涉及哪些新的硬件？发挥你的想象，完成表1-5-3。
03
新知讲解
任务拓展
03
新知讲解
拓展功能 使用硬件 具体效果
自动施肥 土壤养分传感器 + 施肥泵 检测土壤缺肥时自动补充营养液，蔬菜更健康！
光照调节 光照传感器 + 补光灯 阴天自动开灯，保证植物光合作用。
病虫害预警 摄像头（AI识别） + 温湿度传感器 发现叶子长斑或虫害，立刻手机提醒！
语音提醒 语音模块 + 按钮 缺水缺肥时系统“说话”：“该浇水啦！”
自动通风 温度传感器 + 小型风扇 大棚太热时自动开风扇降温，防闷坏蔬菜。
表1-5-3
小结
03
新知讲解
拓展
以小组为单位，围绕提升灌溉效率、智能化管理、资源节约与环境保护等方面改进模块功能，进一步升级简易蔬菜灌溉物联系统，并写出你的具体优化方案。例如，智能水肥一体化系统实现灌溉与施肥的同步进行，提高水肥利用效率，减少资源浪费。
03
新知讲解
拓展
03
新知讲解
优化方案名称： “省心种菜小助手”
自动浇水+施肥，硬件：加一个“混合桶”（装水和肥料）和小型抽水机。效果：土壤干了自动浇水和施肥，不用人动手！
晴天不浇水，硬件：加个“太阳传感器”（光照传感器）。效果：大太阳时暂停浇水，避免水被晒干浪费。
手机远程控制，硬件：加个Wi-Fi模块（类似手机联网的小零件）。效果：用手机随时看菜地湿度，还能远程开关水泵！
雨水回收利用，硬件：菜地旁放个“雨水桶”+小水管。效果：下雨时存水，浇菜用雨水更省自来水！
总结：升级后系统会更聪明：自动看天气浇水、手机遥控、用雨水种菜，省钱又环保！
04
拓展延伸
智能家居与农业的结合
阳台上的“智能小菜园”：
通过智能花盆和手机App，在家里的阳台就能种出生菜、番茄。
厨余垃圾变“肥料工厂”：
智能堆肥桶能自动分解厨余垃圾，生成有机肥料，并通过管道输送到家庭菜园，实现循环利用。
04
拓展延伸
智能家居与农业的结合
空调也能当“菜园保姆”：
夏天开空调时，系统会联动调节室内菜园的湿度；冬天取暖时，还能利用余热为植物保温。
植物的“AI家庭医生”：
用摄像头扫描植物叶片，AI会自动识别黄叶、虫害，并通过手机推送“治病药方”。
04
拓展延伸
智能家居与农业的结合
自动浇水的“隐形园丁”：
在花盆底部藏一套微型滴灌系统，连接家庭水管。湿度不足时自动滴水，全程无需人工操作。
未来厨房的“鲜活菜篮子”：
冰箱旁的智能菜架能自动调节温度、光照，种满香菜、薄荷。做饭时随手摘取，新鲜直达锅铲。
07
活动日志
活动日志 班级：XX 姓名：XX
活动名称 反馈控制有算法
活动环节 1了解算法设计与决策 口 2掌握模块整合与集成 口
（在对应环节画V）
活动完成内容 简单的自动灌溉项目
活动完成度 口口口口口口口口口(100%)
活动小结 问题与反思：语法错误、编辑错误。
改进的方法：加强对自动灌溉设计方法的掌握
08
板书设计
数据呈现可视化
1.掌握自动灌溉系统算法设计与决策
2.完成简单自动灌溉的制作
3.学习自动灌溉模块整合和功能集成
4.完成课堂练习
5.进行知识拓展
09
课后作业
01
根据本课内容，设计一个简单的自动灌溉系统。
09
课后作业
02
学完本节课，自动灌溉系统的基本模块划分。
09
课后作业
1、传感器在灌溉系统中的主要作用是（ ）
A. 控制水泵开关 B. 检测土壤湿度 C. 给植物施肥 D. 预测天气
2、当土壤湿度足够时，系统应该（ ）
A. 继续浇水 B. 关闭水泵 C. 提高湿度阈值 D. 发送天气预报
3、如果水泵一直浇水不停，可能的原因是（ ）
A. 传感器检测到土壤太干 B. 电源断开 C. 程序中将“湿度低”写成了“湿度高”D. 光照传感器故障
4、系统通过哪种设备执行浇水动作？（ ）
A. 温湿度传感器 B. 电磁阀或水泵 C. 计算机主机 D. 4Pin连接线
5、以下哪种功能属于系统扩展？（ ）
A. 检测湿度 B. 自动关水泵 C. 用手机远程控制 D. 计算浇水时间
B
B
C
B
C
09
课后作业
6、如果想让灌溉系统在下雨时暂停浇水，应该如何改进？需要添加什么硬件？
7、系统需要定期检查传感器是否被泥土覆盖。（ ）
8、定时灌溉比根据湿度自动灌溉更节约水资源。（ ）
9、水泵可以直接用主控板的引脚供电，不需要独立电源。（ ）
可以添加一个雨水传感器或湿度传感器检测是否下雨，并将数据传给主控板。当检测到下雨时，程序自动关闭水泵。硬件上需要增加雨水传感器（或与天气预报模块联动），同时修改程序逻辑，加入“雨天暂停灌溉”的条件判断。
错
对
错
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