资源简介

(共12张PPT)
第七课 校园数字气象站实时传输
从数据采集到智能反馈
本课程将探讨智能气象站的工作原理，从终端角色与硬件连接到编程实现与调试，最后延伸至家庭应用场景。
导入：
上一课我们完成了校园数字气象站感知层的搭建，实现了气象数据采集、智能终端订阅气象数据。本课我们需要探究校园数字气象站的实时传输过程，以及如何通过移动终端实现对校园气象的实时监控和反馈控制。
观看视频，看看气象站如何在实际生活中帮助我们！
校园气象站的"无人值守"秘密
1
核心问题
如何通过移动终端实现对校园气象的实时监控和反馈控制？
2
互动问题
为什么需要两块主控板？
探索：
主控板不仅可以存储数据，还可以显示气象数据。为了便于远端查看数据、实现反馈控制，需要使用两块主控板。
一块作为移动终端，用于实时查看数据、控制窗户的开和关，需要将其接入网络中
另一块作为智能终端,用于与移动终端进行数据交互、实时传输
智能终端 VS 移动终端
做一做：请对比智能终端和移动终端的异同并填写在下面的框中
对比项
智能终端
移动终端
功能
收集、存储、上传数据
显示数据、发送控制指令
网络连接方式
连接传感器与移动终端
接入互联网/局域网
数字气象站系统架构
连接
通过智能终端与网络连接，实现数据实时传输，将数据传输到移动终端，以便用户能便捷地控制窗户的开、关，查看气象数据。
数据管理
智能终端按照其时隙不断地保存和上传各类气象数据，智能终端收到各类传感器值后，以Wi-Fi或者蓝牙将数据上传给各类终端设备。
反馈控制
各终端设备也可以通过Wi-Fi或者蓝牙将控制命令发送给智能终端，再由智能终端操控舵机，实现反馈控制。
设计：
做一做：
(1)根据校园数字气象站系统架构图以及系统功能，列出硬件清单；
(2)通过Wi-Fi将智能终端和移动终端进行连接；
(3)将移动终端与计算机端连接起来，然后在编辑器中编写程序并上传到移动终端上。
传感器采集数据
风速大于阈值？
发送大风预警到SIOT
发送“无”大风预警到SIOT
接收到SIOT信息
MQTT信息=“打开窗户？”
控制舵机开窗
控制舵机关窗
MQTT信息=“关闭窗户？”
是
是
否
否
是
实践：硬件搭建
1.硬件清单准备
主控板x2、舵机x1、雨量传感器x1、气象仪x1
2.传感器连接
传感器→智能终端，舵机→智能终端
实践：程序编写
(1) “智能终端”主控板重点程序截图。
(2)"移动终端”主控板重点程序截图。
实践：运行程序
运行调试是否实现了气象数据订阅，能否收到大风预警，能否通过计算机端访问智能终端获取气象数据。图所示为实时的风向数据。
你掌握了吗？
选择题
大风预警的反馈控制中，移动终端的作用是？
A. 收集气象数据
B. 发送关窗指令
C. 存储历史数据
判断题
单块主控板可同时实现数据采集和远程控制。
排序题
将“开关窗流程”按顺序排列
①移动终端发送指令 ②舵机关窗 ③大风触发阈值 ④智能终端接收指令
拓展：从校园到智能家居
温度监测
温度传感器采集数据
1
数据传输
智能终端处理并上传
2
移动端报警
异常温度触发通知
3
远程控制
用户控制通风设备
4
讨论：若网络中断，如何保证系统运行？（本地存储+蓝牙备用）教学教案设计
总第 7 课时
课 题 名 称 校园数字气象站实时传输
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识：理解实时数据传输在气象监测中的实际意义，能识别智能终端与移动终端在数据交互中的角色差异 计算思维：通过编程实现终端间数据交互与反馈控制，掌握分步骤解决问题的逻辑（如连接硬件、编写程序、调试运行） 数字化学习与创新：利用Wi-Fi/蓝牙技术完成跨终端协作，设计符合功能需求的实时传输系统，并优化调试流程。 信息社会责任：在模拟开关窗操作中，体会自动化系统对校园安全的保障作用，初步形成技术应用的伦理意识。
问 题 类 型 学生问题 智能终端和移动终端都需要连接网络，它们的区别到底是什么？ 如果Wi-Fi信号不稳定，是否会影响气象数据的实时传输？ 编写程序时，如何确保移动终端能正确接收大风预警并发送开关窗命令？
学科问题 1. 为什么需要两块主控板分别作为智能终端和移动终端？单板能否实现全部功能？ 2.数据传输过程中选择Wi-Fi或蓝牙的依据是什么？两种协议的适用场景有何差异？ 3.智能终端的阈值设定与反馈控制如何体现自动化系统的逻辑闭环？
教师问题 1. 引导思考：如果想让气象站同时支持手机端和电脑端监控，系统架构需要如何调整？ 2.深化理解：在调试时，若舵机未按指令开关窗，可能有哪些环节出错？如何逐一排查？
问题系统 （星号标出核心问题） 1. 为什么需要两块主控板分别作为智能终端和移动终端？单板能否实现全部功能？ 2.数据传输过程中选择Wi-Fi或蓝牙的依据是什么？两种协议的适用场景有何差异？ 3.智能终端的阈值设定与反馈控制如何体现自动化系统的逻辑闭环？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 情境创设： 播放一段“校园突遇大风，气象站自动关窗”的动画视频，引发学生兴趣。 核心问题： “气象站如何实现‘无人值守’的智能关窗？远程控制需要哪些技术支持？” 互动活动： “脑暴快答”：分组列举“远程监控”的关键技术（如网络、传感器、编程）。 埋下悬念：展示两块主控板的实物，提问：“为什么需要两块板？它们分工有何不同？” 知识点： 实时传输的价值（信息意识）； 智能终端与移动终端的角色分工（计算思维）。 学（自主探究）： 自主探究任务： 任务1：终端角色解密 知识点：智能终端（数据存储+上传）、移动终端（数据展示+控制）。 活动：根据教材“写一写”表格，自主对比两者异同（功能、连接方式）。 答案示例： 对比项智能终端移动终端功能收集数据、上传、执行命令显示数据、发送控制指令网络需求需连接传感器和移动终端需接入互联网/局域网
任务2：硬件连接模拟 知识点：主控板、传感器、舵机的连接逻辑。 活动：完成“硬件接线图”（参考教材图4）。 重点：雨量传感器→智能终端；舵机→智能终端；双板通过Wi-Fi互联。 三、探（合作探究）： 合作探究任务： 任务：编程闯关赛 分组角色：程序员（写代码）、测试员（调试）、架构师（画流程图）。 关卡1：补全开关窗流程图（教材图3空白部分） 知识点：阈值判断→预警发送→指令接收→舵机控制。 答案： 大风预警触发 → 移动终端弹出警告 → 用户点击“关窗” → 命令回传 → 智能终端驱动舵机 关卡2：连接上硬件，对主控板进行程序表写 任务：参考教材P43页，合作完成主控板程序编写。 关卡3：运行程序 运行调试是否实现了气象数据订阅，能否收到大风预警，能否通过计算机端访问智能终端获取气象数据。 四（课堂检测）： 课堂检测题目设计: 选择题： 大风预警的反馈控制中，移动终端的作用是？（答案：B） A. 收集气象数据 B. 发送关窗指令 C. 存储历史数据 判断题： 单块主控板可同时实现数据采集和远程控制。（答案： 需分工协作） 排序题： 将“开关窗流程”按顺序排列（答案：③→①→④→②） ①移动终端发送指令 ②舵机关窗 ③大风触发阈值 ④智能终端接收指令 五、拓（知识拓展）： 活动设计： 任务1：跨学科应用 场景：设计“家庭智能温室”，需实现温度超标自动开窗。 讨论： “蓝牙/Wi-Fi如何选择？若家庭网络瘫痪，如何保证系统运行？” 答案：短距离用蓝牙（低功耗），长距离用Wi-Fi；增加本地存储作为备用。 任务2：伦理辩论 辩题： “自动化系统是否会导致人类过度依赖技术？” 引导：结合校园安全（保障）与隐私风险（数据监控）展开讨论。
板 书 设 计 校园数字气象站实时传输
一、终端角色对比 智能终端：采集数据 → 存储上传 → 执行命令（舵机） 移动终端：接收数据 → 显示监控 → 发送指令 二、数据传输流程 传感器 → 智能终端 →（Wi-Fi/蓝牙）→ 移动终端 → 用户控制 → 反馈至智能终端 三、关键步骤 1. 硬件连接：双主控板 + 传感器 + 舵机 2. 编程逻辑：阈值判断 → 预警 → 指令传输 → 执行 3. 调试核心：网络稳定性 + 代码纠错
教 学 反 思 校园数字气象站实时传输
1.技术工具的适切性 虚拟仿真平台（如Tinkercad）虽能降低硬件操作门槛，但部分学生在拖动接线时仍存在逻辑混乱。后续可增加“分步接线引导动画”，强化传感器与终端的连接逻辑。 2.合作探究的深度 编程闯关中，测试员角色易沦为“旁观者”，需设计更细化的分工任务（如记录错误日志、设计测试用例），确保全员深度参与。
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