资源简介

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教学设计
课程基本信息
学科 信息科技 年级 八年级 学期 （春季）
课题 智能物联系统的硬件搭建
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年12月
教学目标
1.通过选择规范的硬件运行环境和合适的硬件设备，实现物联系统的硬件搭建。 2.了解硬件搭建的一般过程，掌握硬件测试的方法。
教学内容
教学重点： 1.硬件的运行环境，硬件搭建。
教学难点： 1. 硬件搭建与硬件测试。
教学过程
导入： 在上一节课，我们明白了智能物联系统的开发，一般会遵循一定的基本流程。从需求分析——整体设计——硬件搭建——软件编写——系统调试与完善——系统运行和发布。从这个过程来看，我们智能校园数字气象站这个项目，本节课主要围绕着硬件搭建来开展。他们分别是硬件的运行环境、硬件搭建、硬件测试。 根据这个流程，我们在上一节课智能物联系统的设计中，获得了智能校园数字气象站系统的架构图。根据架构图可以分析出该系统在建设时，会分为以下模块。 采集模块：我们需要采集气温、气压、风向、风速、降水量等数据，因此我们需要温湿度传感器、大气压传感器、风速传感器、风向传感器等，同时搭配需要的视频监控设备、立杆、支架、电源等。 传输模块：我们需要将采集到的数据，通过网络传输到服务器。因此我们需要有交换机、路由器以及相应的配件。 处理模块：我们将收集到的数据放在服务器中进行数据处理。 呈现模块：服务器分析好数据后，我们根据需要搭配相应的数据呈现设备，比如数据驾驶舱、物联网平台、LED屏幕、监控屏幕等。 教学过程： 任务1：硬件的运行环境。 分析了我们建站需要的硬件之后，我们准备在学校里找一个适合搭建智能校园数字气象站的位置。 通过符合“最大程度地排除观测场地四周200米以内障碍物的影响”这个运行环境条件，以及综合考虑合理放置服务器、监测显示屏等相关设备的要求。我们一起来找一下学校里最适合建站的地点。通常情况下服务器、监测显示屏我们一般会选择放置在中心机房里。 前期通过实地排摸，我们初步选择了以下4个场地，用来放置气象站的外设设备。这4个场地，我们再对比一下，看哪个场地最适合建站。 A场地:实验楼前面空地。 B场地:田径场。 C场地:教学楼楼顶。 D场地:综合楼西楼顶。 结合真实环境我们发现：A场地选择建在实验楼前面空地，方便来回的同学观看气象数据，但周边有不少树木和建筑物，这些障碍物对风速等数据采集会有一定影响。虽然方便了同学们观看LED显示屏，但他的数据一开始就可能失真。B场地田径场是学校里最空旷的位置，但是会有很多同学在场地中运动，设备有安全隐患，即使用了护栏，也有可能被来往的球打中。C和D场地是两处房顶，他们有相似的地方，但是结合我们学校的实际，中心机房就在综合楼西边顶楼，相对后续的布线、施工以及设备管理等各种情况要比教学楼的楼顶方便的多。所以综合考虑后，选择4号场地综合楼西边楼顶作为气象站建站场地。 任务2：硬件搭建 完成了选址，我们就开始准备搭建智能校园数字气象站了。由于在课堂上，我们无法使用真正的气象站进行演示，因此采用的设备是智能校园数字气象站的原型机，它的设计原理和室外的校园智能数字气象站以及气象局所采用的地面气象站是一致的，但在精密度，防水性上面，有所区别，比较适合室内的实验。 以下是还没组装的气象站以及组装好的气象站图片，请同学们观摩一下，再看一下他是如何组装起来的。 观看视频 3.我们在将设备连接到位，将风速传感器接到P16端口，风向传感器接到P14端口，在扩展板上连上电源，同时做好记录，因为我们这节课连接的端口，下一节课软件编写时是要对应起来的。 任务2：硬件搭建——分析气象站数据流转 设备连接好了，他们的数据是如何进行流转的呢？ 我们可以看到，各类传感器采集了数据之后，通过无线路由器、交换机将数据传输到服务器对其进行存储、处理、分析，期间在物联中台，我们可以用订阅和发布的功能来进行数据的呈现，实现数据的流转。 整个数据流转过程按采集数据——传输数据——处理数据——呈现数据这样的方式来呈现。 原型机是这样运行的，那么实际的气象站是不是也是这样的呢？通过观察校园数字气象站实例以及真实的地面气象站实例图片。我们可以发现现实中的智能校园数字气象站，他们的检测设备可能更加专业，但其本质都是属于采集的设备。他们数据流转的过程是和原型机大体上是一致的。也是通过采集数据——传输数据——处理数据——呈现数据这样的思路来呈现。所以我们通过校园数字气象站是可以获得这个项目的真实体验。 任务3：硬件测试 刚组装好的设备，我们是不能直接拿来使用的。我们还需要对设备进行检测，用于确定它是否可以使用。 任务3：硬件测试——网络连接测试 我们一起来看一下网络连接的实验演示。 实验过程说明： 打开信息科技编程工具，载入代码，连上路由器b1，密码为1234567890。烧录并运行实验板。观察电脑屏幕和OLED屏幕，获得了IP地址192.168.16.4网关为192.168.16.198。（每次实验，实验板分配的IP可能不同，以具体实验为准）。 2.利用笔记本电脑打开命令提示符（CMD），使用ping命令，测试网关数据能否能连通，ping 192.168.16.198，你会发现数据包全部丢失，无法发送成功。 3.将笔记本电脑连上同一个WIFI，再尝试使用ping命令，测试网关数据能否能连通，ping 192.168.16.198，你会发现数据包发送成功。 4.继续使用ping命令，测试实验板网络是否连通，ping 192.168.16.4，你会发现数据包发送成功。证明了实验板的网络连接功能是正常的。 任务3：硬件测试——传感器测试 测试完实验板的网络连接功能之后，对于传感器再进行测试请看实验演示。 实验过程说明： 在信息科技编程工具中，载入准备好的代码，烧录并运行。（如遇失败，需要重置一下实验板。） 2.观察OLED屏幕，你会发现屏幕上出现了风速、风向、温度、湿度、气压传感器。转动风速传感器，可以发现风速数据在变化。转动风向传感器，可以发现风向数据在变化。由此证明，我们的设备是可用的。 课堂小结 ： 学习完以上知识，我们梳理一下本节课所学。本节课通过重温上一节课智能物联系统的规划与设计，从智能物联系统的开发一般规律导入，复习了智能校园数字气象站系统架构图，明确了气象站搭建的需求。 再通过找寻合适的建站地点，利用原型机真实搭建，分析数据流转，实现知识迁移。最后通过检测设备，确定各个传感器是可以用的，为下一课软件编写打好硬件基础。
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作业练习
课程基本信息
学科 信息科技 年级 八年级 学期 （春季）
课题 智能物联系统的硬件搭建
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年12月
作业练习
（1）今年上半年某天台湾地震，当天下午上课时，我发现我机房里面有好几台电脑接被震松线松了。假如如果我们的气象站数据也在这个时候丢失了，我们如何排查这个故障？ 【参考答案】 首先排查硬件连接问题。其次检查硬件是否出现故障。再检查设备在地震中，有无产生其他问题。 （2）在现实中，科技公司为何要将大型服务器放置在海底、山洞等特殊地理位置？ 【参考答案】 在数字化时代，数据存储是各大科技公司最重要的事情之一。如何保证服务器温度、解决散热问题、缩短数据传输距离使网速更快，是各大科技公司面临的难题。海底、山洞对于保证温度、散热具有比较好的效果。 如阿里巴巴则将服务器放置在了杭州千岛湖的湖底。这样的方式可节电约数千万度，减少的碳排放量相当于1万多吨标煤。华为选择将服务器放置在了贵州的深山里，占地48万平方米，是全球最大的数据中心。贵州的平均海拔在1000米左右，地形多山，山里的气温还低，对服务器散热比较友好。并且，山里的空气质量还好，能够有效减少服务器受到的环境污染。 （3）观察智能校园数字气象站原型机，了解物联系统硬件的连接，画出数据传输流程示意图。 图13-1 物联系统数据传输流程示意图
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学习任务单
课程基本信息
学科 信息科技 年级 八年级 学期 （春季）
课题 智能物联系统的硬件搭建
教科书 书 名：信息科技教材 出版社：浙江教育出版社 出版日期：2023年12月
学习目标
1. 通过选择规范的硬件运行环境和合适的硬件设备，实现物联系统的硬件搭配。 2. 了解硬件搭建的一般过程，掌握硬件测试的方法。
课前学习任务
1. 做好分组。
2. 阅读地面气象观测场规范化图册(高分辨率版20150812)。
课上学习任务
【任务一】
分析校园中适合搭建气象站的位置。 选择 场地。理由: 【任务二】
完成气象站的硬件搭建、分析气象站的数据流转。 数据流转方式： 【任务三】
对实验板、各传感器进行初步硬件测试。 硬件测试——网络连接测试。 控制板IP地址： 。 检测数据包：已发送= ，已接收= ，丢失= 。 硬件测试——传感器测试。 转动风速传感器，风向传感器，观察OLED屏，记录数据变化过程。
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地面气象观测场规范化图册(高分辨率版20150812)
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