资源简介

(共41张PPT)
第9课
采集环境温度
八年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
认识温湿度传感器
04
环境温度采集器分析与设计
05
实现环境温度采集器
06
课后练习
07
课堂小结
08
板书
教学目标
了解误差的存在，区分偶然误差、系统误差和人为误差，明白减少误差对获取可靠信息的作用，培养严谨的科学态度和社会责任感。
信息社会责任
认识到环境温度作为一种重要信息，在日常生活和植物栽培等领域有着关键作用，理解准确采集环境温度信息的意义。
信息意识
分析环境温度采集器的功能需求，将其拆解为初始化连接、定义变量、设置显示、循环采集等步骤，培养问题分解能力。
计算思维
借助主控板、DHT11 等数字化工具，以及编程软件，完成环境温度采集器的制作，学会运用数字化工具解决实际问题。
数字化学习与创新
新知导入
随着物联网的不断发展，融入物联系统的智能栽培室也逐渐被推广开来。管理员老师可以利用各种各样的传感器获取有关温湿度高低、光线明暗等的准确信息和数据，然后对这些数据进行加工处理，最终通过智能终端达到对温湿度、光线等的控制。
新知导入
在本单元中，将使用环境温度传感器和土壤湿度传感器来制作一个智能温湿度采集器，并进一步探究传感器在物联网感知层中的应用。
新知导入
单元学习目标
制作环境温度采集器，了解物联网感知层如何感知温度。
1
制作土壤湿度采集器，了解物联网感知层如何感知土壤湿度。
2
通过制作温湿度采集器，体验“物联网+农业”的简单应用。
3
将温湿度采集器与LED小灯闪烁警报结合，实现温湿度采集器的警报功能。
4
结合通信模块，实现温湿度采集器在发出警报后通知相关人员的功能，完成实验报告。
5
新知导入
单元学习成果
制作一个带有警报和通信功能的温湿度采集器，实现对环境温度和土壤湿度数据的采集及警报。
新知导入
单元学习路径
第1课 采集环境温度 学会使用环境温度传感器。
第2课 采集土壤湿度 学会使用土壤湿度传感器。
第3课 简易温湿度采集器 学会显示传感器数据信息。
第4课 警报采集结果 为采集器加入信号警报功能。
第5课 智能温湿度采集器 为采集器加入信息传输功能。
探究新知
一、认识温湿度传感器
要想栽培出健康的植物，需要一个能够采集环境温度的设备来帮助植物感知温度。本课我们将制作一个环境温度采集器，每3秒采集一次环境温度，通过液晶显示屏将采集到的环境温度数据显示出来。
探究新知
一、认识温湿度传感器
温度采集器是一个用来采集环境温度数据的机器。物联网的特点之一就是它可以通过机器采集数据，并且通过机器之间的通信，达到万物互联。要想采集环境温度数据，先要学会如何使用温度传感器。
探究新知
一、认识温湿度传感器
能量加油站——DHT11数字温湿度传感器
这是一款能够检测温湿度的复合传感器，它内置了一个测温元件、一个电阻式感湿元件和一个单片机。它检测的是环境中的温湿度。
探究新知
一、认识温湿度传感器
写一写
DHT11数字温湿度传感器里有一个电阻式感湿元件和一个NTC热敏电阻。请将各个选项所对应的字母填入流程图模块的括号中。
A
D
B
C
探究新知
一、认识温湿度传感器
温度变化引起测温元件电阻值的变化，进而引起电阻两端电压的变化，温度传感器就是这样感知到温度变化的。
探究新知
一、认识温湿度传感器
能量加油站
从电阻值与温度关系来看，NTC热敏电阻的阻值随着温度的升高而下降。
探究新知
二、环境温度采集器分析与设计
我们需要将温度传感器和主控板进行连接，所采用的数据传输方式是有线传输。从编程实现的角度来看，要想让主控板能够接收到温度传感器采集的数据，并通过显示屏输出，应该有哪些步骤呢
探究新知
二、环境温度采集器分析与设计
环境温度采集器是以3秒为一次采集周期，每过3秒采集一次环境温度。
四、循环3秒采集环境数据。
我们不仅需要在硬件连接上将传感器与主控板连接，也需要在软件编程上将它们进行对接。
一、初始化连接。
变量并不是凭空出现的，需要先给它命名，并且赋予一个初始值，后续它才可以发挥作用。
二、定义变量。
将变量的初始值进行输出，后续当又重新采集数据时，更新这个输出的数据即可。
三、设置液晶显示屏输出。
探究新知
二、环境温度采集器分析与设计
环境温度采集器要实现的功能是，开始阶段初始化环境温度变量，程序启动开始采集环境温度数据，显示屏会显示采集到的温度数据，每隔3秒再采集一次数据并更新显示结果。请根据以上算法逻辑补全算法流程图。
是否间隔三秒
探究新知
三、实现环境温度采集器
1.准备硬件。
本次实验我们要用到的实验硬件是主控板和DHT11数字温湿度传感器。
主控板×1
DHT11数字温湿度传感器×1
探究新知
三、实现环境温度采集器
2.连接硬件。
将DHT11数字温湿度传感器与主控板的一个引脚(以P21-A为例)连接起来，并且将主控板与电脑进行连接。结合NTC热敏电阻的原理，思考电压变化影响液晶显示屏示数变化的过程是在哪个元器件上发生的。
探究新知
三、实现环境温度采集器
3.编写程序。
(1)Python主程序初始化整个程序。
(2)初始化DHT11数字温湿度传感器，对接主控板的引脚。
(3)定义变量“温度数据”，并且赋值为0。
探究新知
三、实现环境温度采集器
3.编写程序。
(4)设置液晶显示屏显示变量“温度数据”的值。
(5)采用循环模块，每3秒读取一次环境温度，并在液晶显示屏上进行更新显示。
探究新知
三、实现环境温度采集器
4.运行调试。
我们发现，当程序刚开始运行时，液晶显示屏上显示数字为0，但很快屏幕上的数字就更新为当前环境的温度数据，并且每隔3秒就会进行一次数据更新。
探究新知
三、实现环境温度采集器
我们来一起测试一下我们的温度采集器是否有足够的灵敏度来检测出这些变化。我们需要分开做以下两组数据分析工作：
(1)在不动态改变环境温度的情况下，记录1分钟内的环境温度；
(2)在人为扇风的情况下，记录1分钟内的环境温度。
时间/s 10 20 30 40 50 60
自然环境温度/℃
人为扇风情况下的温度/℃
探究新知
拓展实践：定时显示温度
我们在测试10秒，20秒等节点温度时，如果看秒表计时就比较麻烦，如何设计一个给定时间节点显示温度的程序呢？显示的样式可以是10秒：25.6；再过10秒，显示20秒：25.7，依次显示1分钟内温度。效果如下图。
探究新知
拓展实践：定时显示温度
参考程序
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三、实现环境温度采集器
测试结果
时间/s 10 20 30 40 50 60
自然环境温度/℃ 29.3 29.0 28.9 28.8 28.7 28.6
人为扇风情况下的温度/℃ 28.2 28.8 29.1 29.3 29.4 29.5
测试中发现自然环境温度在300秒后温度长时间停留在27.5.
探究新知
三、实现环境温度采集器
议一议
针对记录的数据，以小组为单位，根据平均值、方差等数学概念，分析自然环境下的温度变化与人为影响下的温度变化有什么异同。
分析时，小组可先分别计算自然环境与人为影响下温度数据的平均值，观察整体水平差异；再通过方差衡量数据离散程度。若自然环境方差小，说明温度平稳；人为影响下方差大，可能因操作干扰。若平均值与预期不符，需结合环境因素或操作误差进一步探讨原因。
探究新知
三、实现环境温度采集器
议一议
请在各个小组之间进行对比，交流分别进行了哪些人为影响的操作，以及最终带来了什么样的结果。如果结果与预期不同，影响因素是什么
分析时需注意：对比各小组接线方式是否标准；观察操作流程是否规范，如读取间隔；记录环境条件差异，如光照、气流；若结果偏差，需排查是否因代码逻辑错误或供电不稳导致，并区分人为失误与传感器固有误差。
探究新知
三、实现环境温度采集器
议一议
在本次实验中，哪些误差属于偶然误差，哪些误差属于系统误差，又有哪些误差是可以避免的人为误差呢？
参考：偶然误差包括气流、阳光直射等引起的瞬时温度波动导致读数异常；系统误差有传感器自身精度限制、低频采样无法捕捉快速变化；人为误差如接线错误、电源不稳等可通过规范操作、使用上拉电阻避免。
探究新知
三、实现环境温度采集器
能量加油站——误差
误差是指实验中获得的值与它的客观真实值在数值上的不一致。误差分为三种，分别是偶然误差、系统误差和人为误差，人为误差是可以避免的，前两个误差是不能避免的。
探究新知
三、实现环境温度采集器
拓展
开发板也有自带的温度传感模块。查阅资料，尝试应用开发板自带的温度传感模块来测量环境温度，并思考做植物温湿度采集器时为什么不能用开发板自带的传感模块。
探究新知
三、实现环境温度采集器
拓展
探究新知
三、实现环境温度采集器
做植物温湿度采集器时为什么不能用开发板自带的传感模块？
拓展
参考：开发板自带传感模块多存在精度不足、环境适应性差（无防水防尘设计，易受高湿环境干扰）等问题。植物温湿度采集需高精度、长期稳定性，而专用传感器可提供更高精度、工业级防护，更适合实际场景需求。
课堂总结
同学们，这节课我们一起走进了环境温度采集的奇妙世界。大家了解了温度传感器感知温度的原理，掌握了DHT11数字温湿度传感器的使用方法，还成功将传感器与主控板连接，通过编程实现了每3秒采集一次环境温度并在显示屏显示的功能。在实践过程中，大家积极调试程序，记录不同情况下的温度数据，还深入分析了误差产生的原因。这不仅锻炼了大家的动手和编程能力，更培养了严谨的科学态度。
课后作业
选择题
1.DHT11 数字温湿度传感器中，NTC 热敏电阻的阻值变化特点是（ ）
A. 随着温度升高而升高
B. 随着温度升高而下降
C. 温度变化时阻值不变
D. 先升高后下降
课后作业
选择题
2.环境温度采集器采集数据的周期是（ ）
A. 1 秒
B. 2 秒
C. 3 秒
D. 5 秒
课后作业
判断题
1.温度传感器是将环境温度的数字信号转化成模拟信号。（ ）
2.人为误差是可以避免的，偶然误差和系统误差不能避免。（ ）
课后作业
解答题
请简述制作环境温度采集器时，编程实现数据采集与显示的主要步骤有哪些？
板书
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
让备课更有效
www.21cnjy.com
Thanks!

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