资源简介

(共17张PPT)
第三单元第五课
智能温湿度采集器
学习目标
理解系统组成
掌握智能温湿度采集器的硬件与软件构成。
掌握通信原理
理解采集器与接收器间的无线数据传输机制。
完成硬件连接
能够独立完成双主控板的电路连接与配置。
编写协同程序
学会编写采集器和接收器的协同工作程序。
聚焦：远程警报的需求
当实验人员不在实验室时，如何及时获知植物生长环境的异常状况？
传统本地显示无法跨越空间限制。
需要实现 远程警报通知 功能。
解决方案：使用 采集器+接收器 双主控板方案。
通过 通信模块 传输警报信息。
探索：智能 vs 简易采集器
简易采集器
数据传输：有线传输
主控板数量：1个
警报接收：本地显示
VS
智能采集器
数据传输：无线传输
主控板数量：2个
警报接收：远程接收
相同点：均具备数据采集模块与数据输出模块。
探索：硬件设备连接设计
采集器
放置在植物栽培实验室，连接两个传感器。
无线通信
接收器
实验人员手持，显示警报信息。
任务：请在方框中绘制出硬件连接示意图。
设计：算法流程图
理解软件如何配合硬件完成远程看护任务。
开始
初始化采集器和接收器
建立通信连接
采集温湿度数据
判断是否超出阈值
发送/接收警报信息
循环执行
实践：编写程序 - 采集器
核心逻辑：
读取 → 判断 → 发送，实现事件触发式监测。
实践：编写程序 - 接收器
核心逻辑：
监听 → 显示，实现“一发一收”的协同工作。
实践：硬件准备
主控板
x 2
DHT11温湿度传感器
x 1
DHT11土壤湿度传感器
x 1
采集器
主控板1 + 两个传感器
接收器
主控板2
实践：硬件连接
连接步骤
采集器连接两个传感器
配置通信模块
接收器独立设置
检查要点
引脚连接正确
通信模块正常工作
电源供应稳定
实践：运行调试
1. 上传程序
分别上传采集器和接收器程序
2. 检查连接
检查通信连接状态
3. 测试警报
测试警报触发机制
4. 验证功能
验证远程显示功能
预期效果：采集端实时刷新数据，接收端及时切换警示语。
实现：盆栽温湿度测量报告
报告题目
实验目的
实验方法
实验结果
结果分析
报告要求
记录实验数据真实有效，分析过程逻辑清晰，语言表达简洁明了。
能量加油站：报告要素拆解
报告题目: 明确实验主题，如“智能温湿度采集器远程监控实验”。
实验目的: 说明研究目标，如“验证远程警报系统的有效性”。
实验方法: 描述操作步骤，如“采用双主控板无线通信...”。
实验结果: 记录测量数据，使用表格清晰呈现。
结果分析: 得出结论，如“系统能有效监测并远程报警”。
写一写：设计测量报告
请根据你的设计思路，现场完成报告表格的填写，将技术实践转化为文字表达。
项目 内容
实验方法 请详细描述你的操作步骤...
实验结果 请记录你的关键数据...
结果分析 请分析数据并给出结论...
议一议：小组讨论
方法正确性
实验步骤是否合理？
结果误差
数据误差来源是什么？
分析充分性
结论是否有说服力？
带着你的测量报告，参与小组讨论，客观评价，提出改进建议。
科学漫游：智慧大棚
将课堂所学放大到现代农业场景，实现更高效、智能的生产。
智能遮阳网
自动灌溉
补光灯
智能风扇
气流监测
本课总结
重点知识
双主控板系统
无线通信原理
远程警报实现
实践技能
硬件连接配置
双设备编程
测量报告撰写
核心能力
系统思维能力
问题解决能力
数据分析能力《智能温湿度采集器》课堂检测
一、 选择题
（容易）1. 智能温湿度采集器与简易温湿度采集器的主要区别是什么？（ ）
A. 使用的传感器类型不同
B. 数据采集的方式不同
C. 数据传输的方式不同
D. 数据显示的方式不同
答案：C
解析： 根据教材"探索"部分，智能温湿度采集器使用无线传输，而简易温湿度采集器使用有线传输，这是两者的主要区别。
（容易）2. 智能温湿度采集器系统需要几个主控板？（ ）
A. 1个
B. 2个
C. 3个
D. 4个
答案：B
解析： 教材"实践"部分明确说明需要两个主控板，一个作为采集器，另一个作为接收器。
（中等）3. 关于采集器和接收器的功能，下列描述正确的是？（ ）
A. 采集器负责显示详细温湿度数据，接收器负责采集环境数据
B. 采集器放置在植物栽培实验室，接收器由实验人员手持
C. 采集器和接收器都连接了温湿度传感器
D. 接收器需要判断温湿度是否超出阈值
答案：B
解析： 根据教材内容，采集器放置在植物栽培实验室中采集数据，接收器由实验人员手持接收警报信息。
（中等）4. 在编写程序时，接收器的主要功能是什么？（ ）
A. 采集温湿度数据并判断是否超出阈值
B. 初始化传感器和建立通信连接
C. 接收警报信息并显示生长状态
D. 记录温湿度数据并生成报告
答案：C
解析： 教材编程部分指出，接收器通过通信模块接收信息，在液晶显示屏上显示"生长状态良好"或"生长状态警报"。
（较难）5. 在智能温湿度采集器系统中，通信模块的主要作用是什么？（ ）
A. 增强传感器的数据采集精度
B. 提高主控板的运算速度
C. 实现采集器与接收器之间的无线数据传输
D. 自动调节温湿度阈值
答案：C
解析： 教材中说明，为了实现无线传输，通过通信模块传输温湿度信息，在接收器上显示警报提醒信息。
二、 判断题
( ) 智能温湿度采集器和简易温湿度采集器使用相同的数据传输方式。
答案：×
解析： 教材明确说明，简易温湿度采集器使用有线传输，而智能温湿度采集器使用无线传输。
( ) 接收器需要连接温湿度传感器来获取环境数据。
答案：×
解析： 接收器只负责接收和显示警报信息，不需要连接传感器，传感器都连接在采集器上。
( ) 在测量报告中，"实验结果"部分需要记录采集到的温湿度数据。
答案：√
解析： 教材"能量加油站"指出，测量报告包括实验结果，需要记录盆栽的温湿度数据。
( ) 采集器程序需要判断温湿度是否超出阈值，并决定是否发送警报信息。
答案：√
解析： 根据编程逻辑，采集器负责采集数据并判断是否异常，然后通过通信模块发送警报。
( ) 智慧大棚中的自动灌溉系统是根据预设的时间定时浇水的。
答案：×
解析： 教材"科学漫游"说明，自动灌溉是根据读取到的温湿度数据，根据不同农作物对土壤湿度的要求来完成的，不是简单定时。教学教案设计
总第 13 课时
课 题 名 称 智能温湿度采集器
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识：认识到数据通过远程传输可以实现跨时空的价值传递，理解即时通信在物联网系统中的重要地位。 计算思维：掌握数据封装与传输的基本原理，能够设计包含采集、判断、通信的完整程序逻辑。 数字化学习与创新：在报警系统基础上创新集成通信模块，构建具备远程通知功能的完整物联网应用。 信息社会责任：培养技术应用中的隐私保护意识，理解可靠通信在紧急预警中的社会责任。
问 题 类 型 学生问题 采集器怎么把警报消息发送到老师的手机上？ 如果网络信号不好，消息能成功发送吗？ 发送的消息内容可以自定义吗？比如具体说明是温度还是湿度超标？
学科问题 物联网系统中，远程通信模块在哪个环节发挥作用？ 如何将采集数据与报警信息封装成可传输的消息格式？ 在设计远程通知系统时，需要考虑哪些通信可靠性问题？
教师问题 1.比较Wi-Fi、蓝牙、移动数据等不同通信方式，哪种最适合我们的植物监控场景？为什么？ 2.如果多次发送报警信息都没有收到回复，我们的系统应该怎么做？这体现了什么设计思想？
问题系统 （星号标出核心问题） 1.物联网系统中，远程通信模块在哪个环节发挥作用？ 2.如何将采集数据与报警信息封装成可传输的消息格式？ 3.在设计远程通知系统时，需要考虑哪些通信可靠性问题？
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：（展示一个场景）管理员老师周末在家休息，实验室的温湿度采集器突然蜂鸣大作。 教师提问（核心问题）：“同学们，我们的采集器已经非常智能了，能在现场发出警报。但如果管理员老师不在实验室，听不到这警报声，怎么办？我们如何能让警报‘长翅膀’，飞越空间，直接送到管理员的手机上？” 知识点：引入远程通信的必要性；物联网“万物互联”的最终体现。 引导过程： 学生讨论（可能会提出打电话、发短信等原始方法）。 教师追问（教师问题1）：“大家提到了很多通信方式。如果我们给主控板也装上‘通信器官’，比如Wi-Fi、蓝牙或者移动数据模块，你们觉得哪一种最适合我们这个‘7x24小时’待在实验室的采集器？为什么？”（引导学生思考：Wi-Fi覆盖稳定、成本低，最适合固定场所的物联网设备）。 衔接：今天，我们就来担任项目的“首席通信官”，为我们的植物守护神装上“千里眼”和“顺风耳”，实现远程通知！ 学（自主探究）： 任务驱动：每位学生作为“通信架构师”，学习远程通信的基本原理与模块选择。 知识点：通信模块（如Wi-Fi模块）的作用；物联网系统架构中通信环节的位置；消息封装的概念。 自主探究任务清单： 系统定位：在物联网系统流程图中，标出“远程通信”环节的位置。 答案：数据采集 → 数据传输 → （远程通信） → 数据处理 → 数据输出与反馈。 实际上，通信是数据传输的一种方式，它连接了现场的传感器/主控板与远端的服务器或用户终端。 原理探究：阅读“能量加油站”（假设教材中有对Wi-Fi/通信模块的介绍），回答：通信模块的作用是什么？ 答案：将主控板处理好的数字信号/数据，通过无线网络（如Wi-Fi）发送到指定的远程终端（如手机、云平台）。 完成“写一写”：将以下通信流程补充完整。 采集到温度超标 → 主控板生成报警消息 → 通信模块连接网络并发送消息 → 服务器/云平台接收并转发 → 用户手机接收并显示警报。 探（合作探究）： 任务驱动：每位学生作为“通信架构师”，学习远程通信的基本原理与模块选择。 知识点：通信模块（如Wi-Fi模块）的作用；物联网系统架构中通信环节的位置；消息封装的概念。 自主探究任务清单： 系统定位：在物联网系统流程图中，标出“远程通信”环节的位置。 数据采集 → 数据传输 → （远程通信） → 数据处理 → 数据输出与反馈。 实际上，通信是数据传输的一种方式，它连接了现场的传感器/主控板与远端的服务器或用户终端。 原理探究：阅读“能量加油站”（假设教材中有对Wi-Fi/通信模块的介绍），回答：通信模块的作用是什么？ 将主控板处理好的数字信号/数据，通过无线网络（如Wi-Fi）发送到指定的远程终端（如手机、云平台）。 完成“写一写”：将以下通信流程补充完整。 采集到温度超标 → 主控板生成报警消息 → 通信模块连接网络并发送消息 → 服务器/云平台接收并转发 → 用户手机接收并显示警报。 编程挑战2（网络可靠性）：（解决学生问题2，呼应教师问题2） 问题：如果网络连接失败，消息就发不出去了，怎么办？ 探究：在发送消息前，先检查网络是否连接成功。如果失败，可以尝试重新连接，或者在屏幕上显示“网络异常”的提示。 系统联调与测试： 任务：运行完整程序，进行全方位测试。 测试清单： 正常显示温湿度。 超标时蜂鸣器本地报警。 （新增） 手机或电脑能成功接收到报警消息。 （深入测试） 模拟断网，观察系统是否有相应的提示或重连机制。 四（课堂检测）： 1.选择题：在我们的远程通知系统中，Wi-Fi通信模块主要负责哪项工作？（ B ） A. 采集环境的温湿度数据 B. 将报警信息通过无线网络发送出去 C. 处理数据并判断是否超标 D. 驱动蜂鸣器发出声音 2.判断题：为了节省网络流量，远程通知的消息内容越简单越好，只发送一个数字“1”代表报警即可。（ × ） 解析：消息需要包含足够的信息量，如报警类型和具体数值，以便接收方能准确理解情况并采取行动。 3.填空题：在编程时，我们将“温度警报！”这样的文字和变量temp_data的数值组合成一个完整消息的过程，叫做字符串拼接。 五、拓（知识拓展）： 情境：教师展示一个成熟的物联网平台管理界面，上面有各种设备的在线状态、历史数据曲线和报警日志。 知识点：物联网系统的完整形态；技术伦理与社会责任。 探究任务： 功能升华：如果这个系统要真正投入使用，除了报警，还可以增加哪些有价值的功能？（引导学生思考：数据记录与分析，帮助管理员总结植物生长规律；设备联动，报警后自动开启加湿器或通风扇。） 责任与伦理讨论： 问题一：我们的采集器会不断发送数据，这些数据是否可能涉及隐私？我们应该如何保护这些数据的安全？ 问题二：如果一个警报发出后，系统没有收到任何人的响应，它该怎么办？这体现了什么样的“社会责任”？ 引导：技术系统的设计需要包含“责任链条”，例如，第一个管理员没响应，系统应自动通知备用联系人，确保问题能被处理。 单元总结：“同学们，经过五节课的努力，我们从零开始，亲手打造了一个集感知、判断、预警、通信于一体的智能植物养护系统。这不仅是一次技术实践，更是一次创造之旅。希望你们能将这份用技术解决实际问题的能力和责任感，带到更广阔的世界中去！”
板 书 设 计 智能温湿度采集器
核心概念 远程通信：数据跨时空传输 消息封装：数据+描述=完整信息 技术实现 通信模块：Wi-Fi/4G/5G 编程关键： 网络连接初始化 字符串拼接 异常处理（重连机制） 系统流程 传感器 → 主控板 → 通信模块 → 云平台 → 用户终端 （感知）→（处理）→（传输）→（中转）→（接收） 创新思考 多通道预警（本地+远程） 智能化升级（数据分析+设备联动）
教 学 反 思 警报采集结果
角色扮演激发深层学习动机，"首席通信官"的定位让学生以主人翁意识投入项目。 将抽象通信原理转化为具体编程任务，通过"消息封装"实践深化计算思维理解 对"数据安全"的讨论深度不够，可引入具体案例加强社会责任教育
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