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(共29张PPT)
第二单元 第2课
校园数字气象站数据采集
（教科版）八年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
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
辩证看待气象数据对农业防灾的作用，讨论传感器设备隐私保护与能耗问题，形成技术应用的伦理认知。
了解物联网中的传感器系统，知道采集气象数据的方式，掌握反馈控制方法，能搭建简易物联系统。
通过校园数字气象站获取温湿度、降雨量、气压、风速、风向等气象数据，能用流程图描述数据采集与处理的逻辑关系。
理解气象数据采集原理及传感器作用，认识物联网在灾害预警、农业等领域的价值，建立利用传感器获取信息的意识。
02
新知导入
聚焦
通过前期设计，我们已完成校园数字气象站的示意图。若要实现温湿度、降雨量、气压、风速、风向等气象数据的自动获取（基于物联网三层架构），还需解决以下问题：
传感器选型：需要配置哪些具体传感器来采集上述气象数据？
感知层构建：如何设计数据采集流程，并搭建包含这些传感器的硬件层？
03
新知讲解
探索
要想搭建校园数字气象站的感知层，首先要准备好软硬件平台，选取数据采集传感器，然后才能进行开发与实践。
硬件
选便宜耐用的传感器（如Arduino兼容模块）+易扩展 的主控板（如ESP32可连WiFi）
软件
用图形化编程工具（如Mixly）或简单Python库（如micropython），优先选开源免费方案
电容式雨量传感器原理：通过雨水进入电极间隙改变电容值，统计触发次数自动计算降雨量。
请将传感器名称填写在对应的传感器图片下方，如下页图所示。
03
新知讲解
写一写
①光敏传感器
②温湿度传感器
③风速传感器
④风向传感器
⑤气压传感器
⑥雨量传感器
②
③
④
⑥
⑤
①
03
新知讲解
探索
在本单元中，使用的传感器如右图所示。
气象仪：集成了多种气象要素，如风速、风向、温度、湿度和气压，用于收集气象数据，可直接输出物理量。
雨量传感器：它是一种传感装置，主要用于检测是否下雨及雨量的大小。
03
新知讲解
探索
校园数字气象站的数据采集系统（如右图）搭建步骤如下：
组网：用路由器搭建一个“校园迷你网络”（局域网）。
核心控制：选一块主控板（如树莓派）当“气象数据管家”——既当服务器存数据，又连接温湿度等传感器“探头”。
连接设备：用Wi-Fi无线或USB线把主控板连到电脑，同学们就能在电脑上实时查看/保存所有气象数据啦！
03
新知讲解
设计
实现校园数字气象站的数据采集步骤
准备硬件
核心设备：智能控制盒（主控板）——自带小屏幕、Wi-Fi/蓝牙功能，有多个插口（可接传感器，像手机充电口）。
外接设备：雨量计（接雨水）、风速仪（测风）等，像插U盘一样连到控制盒。
03
新知讲解
设计
实现校园数字气象站的数据采集步骤
写程序指挥设备
用电脑给控制盒 “发指令”（编程）：
传感器像“侦察兵”收集数据 → 数据通过电线/WiFi传给控制盒 → 屏幕显示数据
大风警报：风速超标时，屏幕自动变红闪烁（像消防车警报）
03
新知讲解
设计
实现校园数字气象站的数据采集步骤
作业：画流程图
03
新知讲解
实践
1.准备硬件：主控板x1、雨量传感器x1、气象仪x1。
03
新知讲解
实践
2.连接硬件。
03
新知讲解
实践
3.编写程序
（1）写出常规状态下的相关代码模块，初始化主控板、气象仪和雨量传感器。
03
新知讲解
实践
（2）配置网络程序，订阅气象数据，如图所示。
03
新知讲解
实践
4.运行调试。
（1）校园数字气象站系统的硬件接线实物图如右图所示，连接完成后调试运行数据采集是否正常，主控板能否正常显示气象数据。
03
新知讲解
实践
（2）运行调试后，通过计算机端访问智能终端获取气象数据，查看能否收到气象数据，下图所示为实时的雨量数据。
拓展
03
新知讲解
分级预警：原警报仅针对风速，且单一阈值
优化：按雨量大小分 “提示→警报→紧急”三级（例：小雨屏闪、大雨响铃、暴雨发短信给老师）
多方式提醒：仅屏幕显示，易被忽略
优化：蜂鸣器+LED灯+手机通知联动（例：像手机来电同时震动和响铃）
可以优化的方面
降雨预警如何更加智能化
预测式预警：从“被动响应”升级为“提前预测”
自适应学习：让系统像“会成长的助手”，根据历史数据优化判断
多设备智能联动：与其他校园物联网设备协作响应
04
课堂练习
一、判断正误，正确的画”√“，错误的画”X“。
雨量传感器只能检测是否下雨，无法测量雨量大小。（ ）
主控板可以同时连接温湿度传感器和风速传感器。（ ）
气象仪集成了温度、湿度、气压、风速四种数据采集功能。（ ）
分级预警功能只能通过屏幕变色实现。（ ）
Mixly是专用于Python代码编写的软件。（ ）
√
X
X
√
X
04
课堂练习
二、选择题
1、电容式雨量传感器的工作原理是？（ ）
A. 通过红外线检测雨滴数量
B. 通过雨水改变电极间隙的电容值
C. 通过超声波测量雨量高度
D. 通过电阻值变化判断雨量
2、校园数字气象站的核心控制设备是？（ ）
A. 普通电脑主机
B. 智能手机
C. 树莓派主控板
D. 机械式温湿度计
3、配置网络程序时，主控板通过什么方式传输数据？（ ）
A. 蓝牙或红外线
B. 光纤或卫星
C. Wi-Fi或USB线
D. 声波或光线
C
C
B
05
拓展延伸
物联网在生活中的“隐形触手”
智能家居环境管家：空调/加湿器通过温湿度传感器自动调节，像“隐形管家”维持室内舒适。
农业大棚精准种植：土壤湿度传感器+光照传感器联动，自动灌溉补光，农民手机远程监控。
05
拓展延伸
传感器如何拯救生命？
地震预警系统的“闪电反应”：地震波传感器抢先监测P波，提前数十秒发出警报，争取逃生黄金时间。
火灾烟雾的“无声哨兵”：烟雾传感器24小时值守，浓度超标立刻触发警报并联动喷淋系统灭火。
05
拓展延伸
当人工智能遇见天气预报
台风路径预测“AI的轨迹推演”：人工智能分析百年台风历史数据+实时卫星云图，预测路径误差缩小50%。
短时降雨预报“AI的精准读秒”：深度学习解析雷达回波动态，提前1小时预警局地暴雨，准确率超90%。
06
课堂总结
1
引入新知内容
2
设计数据实时采集方案
3
搭建物联网数字气象站
4
完成课堂练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
校园数字气象站数据采集
07
板书设计
校园数字气象站数据采集
1、进行新知引入
2、设计数据实时采集方案
3、搭建物联网数字气象站
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、请简述校园数字气象站的数据采集系统搭建步骤。
08
课后作业
1.风速传感器采集的数据超过设定阈值时，主控板屏幕会________。
2.物联网在农业大棚中可通过土壤湿度传感器联动________系统。
3.地震预警系统通过__________抢先监测P波，提前发出警报。
自动灌溉
地震波传感器
变红闪烁
08
课后作业
2、简答题
请简述校园数字气象站的数据采集系统搭建步骤。
组网（搭建局域网）、连接主控板与传感器、编写程序配置数据订阅、调试硬件与软件确保数据正常传输显示，并设置风速超标警报功能。
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