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第5单元 《物联网的综合应用》教学设计
课题 物联网的综合应用（第四课时） 学科 信息科技 年级 八年级下
学习目标 知识与技能理解温湿度控制原理：掌握温湿度传感器的数据采集与执行器（继电器、风扇/加湿器）的联动逻辑。掌握硬件编程技能：学会通过代码实现环境参数的实时监测与自动调节。实践物联网系统搭建：完成从数据采集到执行控制的完整闭环。过程与方法通过实验探究：从硬件连接到代码调试，体验物联网系统的开发流程。培养问题解决能力：通过阈值设定与执行器响应优化，提升调试技巧。情感态度与价值观树立环保意识：理解节能控制对资源可持续利用的意义。培养数据思维：学会通过数据分析优化环境管理策略。
重点 1.温湿度传感器的数据读取与校准。2.继电器控制风扇/加湿器的逻辑实现。
难点 1. 温湿度阈值的科学设定与动态调整。2. 多模块协同时的数据冲突处理。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 课前准备：硬件：智能开发板（ESP32）、扩展板、主动红外对射传感器（2组）、舵机（SG90）、数据线、杜邦线。软件：Arduino IDE或Mind+图形化编程软件。
讲授新课 1、硬件连接设备连接引脚说明温湿度传感器（VCC）3.3V电源正极温湿度传感器（GND）GND电源负极温湿度传感器（DATA）D4（数字引脚）数据传输继电器模块（IN）D5（数字引脚）控制信号输入继电器模块（VCC/GND）5V、GND电源供电风扇/加湿器继电器输出端执行温湿度调节注意事项：温湿度传感器需避免水滴直接接触。继电器控制高电压设备时需断电操作，确保安全。在编程软件的“扩展”模块中添加温湿度传感器和电扇。扩展板与温湿度传感器、电扇连接编写环境温湿度检测与调控程序 通过温湿度传感器采集数据，使数据显示在OLED屏幕上，并传送至实验平台。当温度或者湿度高于阀值时，打开电扇，模拟降温或除湿。也可以用如下代码：代码逻辑：cpp#include #define DHTPIN 4 // DHT11连接至D4#define DHTTYPE DHT11 // 传感器类型DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);int relayPin = 5; // 继电器控制引脚void setup() { Serial.begin(9600); dht.begin(); pinMode(relayPin, OUTPUT);}void loop() { float humidity = dht.readHumidity(); // 读取湿度 float temperature = dht.readTemperature(); // 读取温度（℃） // 温湿度超限判断 if (temperature > 28 || humidity > 70) { digitalWrite(relayPin, HIGH); // 开启风扇/除湿器 Serial.println("环境不适，已开启调节设备！"); } else { digitalWrite(relayPin, LOW); // 关闭设备 } // 串口输出监测数据 Serial.print("温度："); Serial.print(temperature); Serial.print("℃ | 湿度："); Serial.print(humidity); Serial.println("%"); delay(2000); // 2秒更新一次数据}4、测试系统效果 测试步骤基础功能验证：用手握住温湿度传感器模拟温度上升，观察继电器是否触发风扇启动。喷洒水雾模拟高湿度，测试除湿器响应。数据准确性校准：对比温湿度传感器读数与标准温湿度计，调整代码补偿值（如±2%湿度修正）。实验结论：我的作品实现了什么？实时监测阅览室温湿度，超限时自动开启调节设备。通过串口数据反馈，管理员可远程监控环境状态。改变温湿度的方法：升温：关闭风扇或开启加热器（需额外硬件）。降温：触发风扇/空调降低温度。加湿/除湿：通过继电器控制加湿器或除湿器。7、思考交流1. 如何实现智能化的亮度调节和噪声检测？亮度调节方案硬件：光敏传感器（如GY-30） + LED调光模块（PWM控制）。代码逻辑如下：cppint lightValue = analogRead(A0); // 读取光照值if (lightValue < 300) { // 阈值300 Lux led.setBrightness(80); // 开启80%亮度} else { led.setBrightness(0); // 关闭灯光}噪声检测方案硬件：声音传感器（分贝检测模块） + 蜂鸣器报警模块。代码逻辑：cppint noise = analogRead(A1); // 读取噪声值if (noise > 500) { // 阈值500（约60dB） digitalWrite(buzzerPin, HIGH); // 触发报警}2. 如何将数据上传至实验平台并合理使用？数据上传方法WiFi模块接入：使用ESP32内置WiFi，连接至实验平台服务器。通过HTTP/MQTT协议发送JSON格式数据：json{"temp":25.5, "humi":60, "light":280, "noise":450}云端应用示例：数据可视化：平台生成温湿度趋势图。远程控制：管理员通过平台手动开关设备。程序修改示例cpp#include #include const char* ssid = "Classroom-WiFi";const char* password = "12345678";const char* serverURL = "http://iot-/api/data";void setup() { // ...（原有代码） WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) delay(500);}void loop() { // ...（读取传感器数据） // 构建JSON数据 String jsonData = "{\"temp\":" + String(temperature) + ",\"humi\":" + String(humidity) + "}"; // 发送HTTP POST请求 HTTPClient http; http.begin(serverURL); http.addHeader("Content-Type", "application/json"); int httpCode = http.POST(jsonData); http.end();}
课堂小结 1. 核心知识点温湿度控制逻辑：传感器采集→阈值判断→执行器响应。物联网系统架构：感知层（DHT11）→网络层（WiFi）→应用层（实验平台）。2. 实验成果功能实现：自动调节阅览室温湿度，提升环境舒适度。技术延伸：数据上传为后续大数据分析与AI优化奠定基础。3. 安全与伦理设备安全：高电压设备需绝缘操作，禁止带电插拔。数据隐私：敏感数据（如人数）需脱敏处理后再上传。
教学后记
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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