资源简介

(共34张PPT)
第三单元 第2课
手动控制灌溉
（桂科版）八年级
上
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
关注手动控制灌溉系统运行，精准洞察其在农业生产中的应用价值与局限，牢固树立合理运用信息技术助力农业发展的责任意识 。
在实践操作中紧密结合硬件连接与程序编写，积极探究手动控制在灌溉系统中的应用，提升学生数字化实践与创新能力 。
深入剖析手动控制灌溉系统逻辑，让学生精准理解传感器数据读取、处理及执行器控制的原理，清晰梳理手动控制流程 。
学生通过搭建手动控制灌溉系统，敏锐感知土壤湿度数据采集与传输过程，强化对物联网感知层作用的认知 。
02
新知导入
学习目标
1.掌握采集温室大棚内土壤湿度数据的一般方法。
2.了解常用的执行器。
3.实现手动控制灌溉，掌握控制系统的手动控制过程。
02
新知导入
02
新知导入
从感知层、网络层到应用层，从采集数据、传输数据到处理与控制数据，各个环节在物联网系统中紧密相联、缺一不可。感知是物联网的基础，传输是物联网的通道，而处理与控制则是物联网系统的应用目标。因此，若想实现温室大棚手动控制灌溉，首先要通过传感器感知温室大棚里土壤的湿度，然后将数据传输至物联网平台，最终人工按照实际需求控制灌溉(图 3-2-1 )。
活动背景
图 3-2-1
03
新知讲解
为了能够准确及时地进行土壤灌溉，必须掌握土壤湿度数据。可以使用行空板和土壤湿度传感器获取土壤湿度数据，并将获取的土壤湿度数据显示在行空板屏幕上。土壤湿度传感器通过判断土壤中水分含量的多少来判定土壤的湿度大小，当土壤缺水时，传感器输出值将 ，反之将 。
做中学
土壤湿度数据的采集及传输
变小
变大
03
新知讲解
(1)准备设备:如表 3-2-1所示。
序号 设备 数量
1 行空板实验平台 1
2 土壤湿度传感器 1
表 3-2-1
03
新知讲解
(2)设备及电路连接:土壤湿度传感器连接行空板主控P21接口，硬件连接如图 3-2-2所示。
(3)编写程序实现功能:将采集的土壤湿度数据上传到行空板 SIoT服务器平台，设定订阅主题为“土壤 /data”，具体程序如图 3-2-3 所示。
图 3-2-2
图 3-2-3
03
新知讲解
(4)查看数据:登录行空板 SoT服务器平台,找到订阅主题“土壤”,查看相关数据“data”(图 3-2-4)。
图 3-2-4
03
新知讲解
电阻式土壤湿度检测法基于土壤湿度不同电阻不同的原理，用金属电极、电阻测量电路等组件实现。通过校准干燥和湿润阈值判断湿度，成本低、电路简单，适合家庭等场景，但电极易腐蚀、精度受土壤影响，可作低成本替代或教学演示。
小 贴 士
03
新知讲解
在一个完整的物联网项目中，执行器通常负责根据控制信号进行实际操作，比如共享自行车依赖类似电磁锁的执行器实现“开锁”的动作。常见的执行器如表 3-2-2所示。
表 3-2-2
序号 名称 图片 功能
1 LED灯珠 发出灯光的提醒装置，可实现的状态改变:亮、灭或亮度介于亮与灭之间
2 蜂鸣器 发出声音的提醒装置，可实现的状态改变:发声状态、安静状态或按一定频率发出声音
03
新知讲解
续表：
序号 名称 图片 功能
3 继电器 一种能够使电路断开或导通的执行器件，可实现的电路状态改变:断开状态或导通状态
4 电机 电机可实现的状态改变:全速转动状态、静止状态或调速转动状态
5 舵机 舵机是一种特殊的电机，能够比较精确地控制和保持输出轴的角度
03
新知讲解
灌溉系统中可能会用到的执行器是哪种 为什么
灌溉系统中常用继电器。因为灌溉一般由水泵实现输水，继电器可控制电路通断，能连接水泵电路，根据土壤湿度等信号，精准控制水泵开启（电路导通）或关闭（电路断开 ），实现灌溉与否，适配灌溉系统需求。
思 考
03
新知讲解
要实现手动灌溉，首先需要确定土壤灌溉的阈值，经过测试得知阈值为300。当土壤湿度传感器检测到的湿度值小于 300 时，表明土壤比较干涸，需要灌溉。
03
新知讲解
(1)器材列表:如表 3-2-3 所示。
做中学
手动控制灌溉
序号 设备 数量
1 行空板实验平台 1
2 土壤湿度传感器 1
3 继电器 1
4 水泵 1
03
新知讲解
(2)设备及电路连接:土壤湿度传感器连接行空板 P21接口，继电器接行空板 P24接口硬件连接如图 3-2-5 所示。
图 3-2-5
03
新知讲解
(3)当土壤湿度传感器检测到的湿度值小于 300 时，服务器通过 MQTT 向物联网云端发送数据，并在数据采集端播放提示音。用于判断湿度值大小并发送数据至云端的程序如图3-2-6 所示。
图 3-2-6
03
新知讲解
(4)完整程序如图 3-2-7所示。初始化物联网配置，屏幕显示相关数据。
图 3-2-7
03
新知讲解
(5)物联网云端的用户接收到数据后，可在 SIoT 云端发送相应的操控指令，例如发送“water”到数据采集端，从而实现物联网远程控制灌溉(图3-2-8)。
图 3-2-8
03
新知讲解
(6)运行测试：进入 SIOT服务器平台“土壤 /data”主题，查看采集到的数据。SIoT服务器平台提供数据反向发送功能，如图3-2-9所示。在“发送消息”后的文本框中输入程序定义好的关键词“water”，点击“发送”按钮，采集端外接的电器接收到信号后即开始工作。
图 3-2-9
03
新知讲解
提高手动控制灌溉系统效率可采取以下方法：
1、制定标准化灌溉计划，按作物和土壤预设频率时长；
2、分区管理并标记提醒，避免遗漏；
3、简化设备如装快接阀门；
4、用湿度计等工具辅助判断；
5、多人协作分工，统一标准；
结合天气预报调整计划，减少浪费，以此提升针对性与效率。
小 贴 士
03
新知讲解
在手动控制灌溉系统中，触发灌溉行为的关键是什么 这种控制方式有什么优点和缺点
思 考
触发关键
人工依据土壤湿度传感器采集数据，在物联网平台发送预设指令，控制执行器动作，触发灌溉。
优点
人工可灵活依据实际情况（如土壤干湿、作物需水期）随时决策灌溉，且搭建使用简单。
缺点
依赖人工值守，易因疏忽错过时机；多区域场景下人工操作效率低，难快速响应。
04
课堂练习
一、判断正误，正确的画”√“，错误的画”X“。
手动控制灌溉无需人工参与，设备可自动完成灌溉。（ ）
土壤湿度传感器需连接行空板 P24 接口。（ ）
只要土壤湿度小于阈值，系统就会自动开始灌溉。（ ）
执行器里，电机可直接用于控制灌溉水流通断。（ ）
手动控制灌溉系统中，人工发送 “water” 指令可触发灌溉。（ ）
搭建手动灌溉系统，不需要土壤湿度传感器。（ ）
继电器属于执行器，在灌溉系统中可控制水泵工作。（ ）
手动控制灌溉的优点是完全不需要人工看守。（ ）
X
X
X
X
X
X
√
√
04
课堂练习
二、选择题
手动控制灌溉中，采集土壤湿度数据常用设备是（ ）
A.电机 B.土壤湿度传感器
C.蜂鸣器 D.舵机
执行器中，能控制电路通断以连接水泵实现灌溉的是（ ）
A. LED 灯珠 B.蜂鸣器 C.继电器 D.电机
手动控制灌溉时，触发灌溉的关键操作是（ ）
A.查看传感器数据后人工发指令 B.传感器自动触发
C.设备定时启动 D.执行器自主运行
B
A
C
05
拓展延伸
除了土壤湿度，还可以把气象数据（如降雨量、空气湿度）接入灌溉系统。如果当天降雨量充足，即使土壤湿度达到灌溉阈值，系统也能智能判断不进行灌溉，更科学地节约水资源。
智能联动灌溉
05
拓展延伸
在没有稳定电源的农田，使用太阳能板为灌溉系统供电。白天太阳能板收集能量储存起来，晚上或阴天时，储存的电能就能维持土壤湿度传感器、继电器等设备正常工作，环保又灵活。
太阳能供电灌溉
05
拓展延伸
通过连接智能语音助手（如小爱同学、天猫精灵），用户不用手动操作物联网平台，直接用语音下达指令，比如 “打开农田灌溉系统”，就能实现远程控制，让灌溉操作更便捷。
远程语音控制灌溉
06
课堂总结
1
引入新知内容
2
掌握土壤湿度数据的采集方法
3
了解常用的执行器
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
手动控制灌溉
07
板书设计
手动控制灌溉
1、进行新知引入
2、掌握土壤湿度数据的采集方法
3、了解常用的执行器
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、完成填空题
2、完成海报制作
08
课后作业
手动控制灌溉系统中，采集土壤湿度数据需使用 __________ 传感器。
在物联网平台 SIoT 中，发送 __________ 指令可触发灌溉行为。
继电器作为执行器，在灌溉系统里主要用于控制 __________ 的通断，从而连接水泵实现灌溉。
土壤湿度传感器应连接行空板的 __________ 接口。
土壤湿度
P21
water
电路
08
课后作业
绘制手动灌溉与自动灌溉系统的对比海报，标注设备、原理、优缺点，张贴在班级展示区。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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