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第21课　文物保护新手段
第五单元 物联网应用探索
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了解物联网在文物保护中的应用。
学习目标
通过博物馆环境监测系统的实践探索，掌握利用物联网解决问题的方法，并能迁移应用于解决其他问题。
第21课 学习目标
第21课 课堂导入
中华民族在发展的过程中留下了许多珍贵的历史文物，保护这些文物，就是保护历史、传承文明。你在参观博物馆的过程中，发现过哪些物联网技术呢？它们在保护这些文物的过程中，又发挥了怎样的作用？
问题情境
学习内容
一 探索物联网在文物保护中的应用
二 博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
某博物馆中的导览机
第21课 学习内容
一、探索物联网在文物保护中的应用
某博物馆馆长对莫高窟的洞内环境监测系统非常感兴趣，也想开发一款物联环境监测系统，你能帮助他吗？
第21课 学习内容
一、探索物联网在文物保护中的应用
传统的环境监测：
数据不能实时呈现，查看麻烦。
第21课 学习内容
想一想：
配备了物联系统的博物馆环境监测与传统的环境监测有什么区别？
物联系统环境监测：
数据可以在大屏幕上实时更新，也可以发送到手机和计算机上，查看方便。
一、探索物联网在文物保护中的应用
同学们，你们能利用所学知识，为该博物馆设计一套物联环境监测系统吗？
第21课 学习内容
二、博物馆环境监测系统实践
改造前
改造后
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
二、博物馆环境监测系统实践
温度、湿度、光照强度、烟雾、二氧化碳浓度……
如何实时监测博物馆中的温湿度？
博物馆环境监测系统
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
探究博物馆环境监测系统的功能实现
你想实时监测博物馆中的哪些环境数据？
本小组探究的核心问题是：
确定主题：
二、博物馆环境监测系统实践
确定本小组探究的主题：搭建博物馆环境监测系统实时监测博物馆中的温湿度。
如何搭建博物馆环境监测系统呢？
结合第四单元16课，按环节需求分析。
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
探究博物馆环境监测系统的功能实现
二、博物馆环境监测系统实践
需求环节 功能描述
采集数据
传输与存储数据
分析处理数据
反馈与控制
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
分析博物馆环境监测系统的功能需求
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
需求环节 功能描述
采集数据 实时获取当前环境的温湿度
传输与存储数据 将获取的数据发送到物联网服务平台
分析处理数据 利用物联网服务平台上的数据图表，分析环境数据是否在阈值范围之内
反馈与控制 实时显示温度和湿度，若温湿度超出阈值范围，则执行打开或关闭空调、打开或关闭恒湿器的操作
分析博物馆环境监测系统的功能需求
二、博物馆环境监测系统实践
填一填：各功能的实现需要用到哪些设备、软件及平台？（可以采用文字、简笔画等形式）
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
分析博物馆环境监测系统的功能需求
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
温度传感器、湿度传感器
MQTT
服务器
可视化图表分析
控制空调、恒湿器
分析博物馆环境监测系统的功能需求
填一填：各功能的实现需要用到哪些设备、软件及平台？（可以采用文字、简笔画等形式）
二、博物馆环境监测系统实践
试一试：根据需求分析和功能实现，拖动右边的模块，完成流程图。
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
获取温度和湿度数据
温度是否在
阈值区间
湿度是否在
阈值区间
打开恒湿器
上传数据到物联网服务平台
打开空调
设置网络及物联网服务平台
关闭空调
关闭恒湿器
分析博物馆环境监测系统的功能需求
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
核心流程图
二、博物馆环境监测系统实践
该博物馆馆长对同学们设计的监测系统非常满意，但是他还是想根据环境监测系统最终的功能实现决定是否采用大家的设计。
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
二、博物馆环境监测系统实践
模拟实现博物馆环境监测系统功能
做一做：
从工具箱中选择所需器材，完成硬件搭建与网络配置。
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
二、博物馆环境监测系统实践
温湿度传感器连接主控板
继电器1
继电器2
继电器1（控制空调）
连接主控板
继电器2（控制恒湿器）
连接主控板
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
模拟实现博物馆环境监测系统功能
做一做：
连接主控板与传感器。
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
根据物联网服务平台配置流程完成平台项目设置及网络连接。
登录物联网服务平台
添加
项目
添加设备、
主题
网络
配置
模拟实现博物馆环境监测系统功能
二、博物馆环境监测系统实践
同学们，你们的设计非常好，但是你们的系统能实时显示我们博物馆中的温湿度吗？
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
模拟实现博物馆环境监测系统功能
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
采集数据
试一试：用传感器获取当前环境的温度与湿度并在主控板上实时显示，将获取的数据记录在表格中。
环境位置 温度 湿度
模拟实现博物馆环境监测系统功能
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
temp,hum=dht(0).read()
#从P0口读取当前环境中的温度和湿度值
oled.print("温度:"+str(temp)+"\n湿度:"+str(hum))
#主控板屏幕显示温湿度值
温度：22
湿度：45
数据实时显示了吗？
获取温度和湿度数据
采集数据
试一试：用传感器获取当前环境的温度与湿度并在主控板上实时显示，将获取的数据记录在表格中。
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
用传感器获取当前环境的温度与湿度并在主控板上实时显示。
要使数据实时显示，
就要让传感器一直工作
获取温度和湿度数据
采集数据
二、博物馆环境监测系统实践
为什么在智能终端不能查看这些数据呢？采集到的数据被保存在哪里？又会被传递到哪里呢？
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
模拟实现博物馆环境监测系统功能
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
传输与存储数据
温度：22
湿度：45
主控板：读取传感器数据并通过网络发送给物联网服务平台。
物联网服务平台：数据的存储与转发。
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
传输与存储数据
上传数据到物联网服务平台
登录MQTT服务器，点击相应主题，即可查看数据。
二、博物馆环境监测系统实践
哇，果然能看到数据啦！
传感器记录的数据能下载吗？如果
想要对一段时间内的数据进行可视化分
析，同学们有什么好的方法吗？
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
模拟实现博物馆环境监测系统功能
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
分析处理数据
试着改变环境状态，看看你们获取的数据有变化吗？说一说你们监测到的环境数据变化情况。
获取的环境数据：
采集数据的环境：
数据分析形式：
　（A．物联网服务平台 B．电子表格 C．Python模块）
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
分析处理数据
试着改变环境状态，看看你们获取的数据有变化吗？说一说你们监测到的环境数据变化情况。
获取的环境数据：
采集数据的环境：
数据分析形式：
　（A．物联网服务平台 B．电子表格 C．Python模块）
温度、湿度
文物旁边
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
物联网服务平台的数据可视化呈现
在设备列表中选择相应的主题
选择隐藏/显示图表
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
电子表格数据分析
导出查询结果
下载数据
利用电子表格中的图表进行可视化分析
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
Python模块
可以用Python中的绘图库绘制温湿度变化趋势图。
用plt.plot ( )绘制折线图
用plt.bar( )绘制柱形图
用plt.scatter( )绘制散点图
用plt.title ( )设置标题
用plt.figsize ( )制定画布大小
准备横坐标、纵坐标数据
数据准备
设置画布和标题
绘制图表并显示
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
同学们，不同文物有不同的保存环境要求。如果超出了适合文物保存的环境数据范围，则会对文物造成不可逆的影响。
你们能根据文物的最佳保存环境要求，
帮我们设置好相应的保护措施吗？
模拟实现博物馆环境监测系统功能
二、博物馆环境监测系统实践
查找不同文物的保存环境要求，确定环境数据阈值。
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
反馈与控制
文物类型 适宜温度范围 适宜湿度范围
木器漆
油画、书画、古籍、文献、碑帖
青铜器
织绣
二、博物馆环境监测系统实践
该馆长希望当监测系统监测到环境数据异常的时候，能自动触发相应的保护措施。
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
试一试：增加自动保护功能。
温度过高或过低
自动打开或关闭空调
湿度过高或过低
自动打开或关闭恒湿器
反馈与控制
二、博物馆环境监测系统实践
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
试一试：增加自动提醒功能。
反馈与控制
二、博物馆环境监测系统实践
主要代码
第21课 学习内容
实践导入
探究实践一
探究实践二
探究实践三
实践总结
请老师根据教学实情，展示学生作品成果。
成果展示
二、博物馆环境监测系统实践
　　1．按照采集数据、传输与存储数据、分析处理数据、反馈与控制四个环节分析博物馆环境监测系统的功能需求。
　　2．用温度传感器、湿度传感器实时获取环境中的温湿度；利用继电器模拟空调及恒湿器的开启和关闭；利用主控板将数据实时发送到物联网服务平台，可以实现数据存储及可视化呈现。
　　3．通过阈值探究，设计算法实现反馈与控制。
第21课 课堂总结
1．系统运行一个月后，该博物馆馆长感觉本系统所监测的数据过于单一。你觉得除了为文物营造恒温、恒湿的环境，还有哪些环境因素值得关注？请在本项目的基础上，为为博物馆环境监测系统增加一个新的功能。
第21课 拓展与提升
2．实地考察本地的博物馆、校史馆等，观察是否利用了物联网相关技术进行文物保护，若有，请提出升级改进方案；若没有，请设计一个方案。
第21课 拓展与提升

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