资源简介

(共30张PPT)
第六单元 第17课 第一节
基本功能的实现
（河北大学版）八年级
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
树立气象数据境内云平台存储的安全意识，规范传感器与开发板接口的连接操作，遵守物联网设备使用规范。
利用云平台和 MQTT 协议，实践物联网数据传输的技术方法，提升数字化工具的应用与创新能力。
通过硬件连接、程序编写，培养逻辑设计与问题解决能力，掌握数据流转的流程设计。
明确校园气象系统 “数据采集 + 发布” 的功能需求，感知物联网技术在环境监测中的应用价值。
02
新知导入
校园气象数据采集系统最基本的功能是数据的读取和发送。本课要进行单台监测设备的设计，使其具备环境温度、湿度的数据采集和发布功能。这些基本功能如何实现？是否能使设备有效应对网络波动问题，保障数据完整？
问题情境
02
新知导入
03
新知讲解
一、温湿度数据采集
我们选择一种常用的数字式温湿度传感器来采集温度和湿度数据。MicroPython软件内置了该传感器的驱动模块。
实践与探究
图6-6 示例传感器
硬件连接
示例传感器有三个引脚，VCC 接电源正极、GND 接负极、OUT/S 接开发板输入输出口，工作电压 3.3~5V，可匹配多种常见开发板。
03
新知讲解
如果使用杜邦线连接开发板和传感器，可以按表6-6进行连接。
传感器可连 IO4 外的开发板接口，需注意该接口不能同时连接传感器与 LED 灯、蜂鸣器等元器件。
传感器引脚 开发板引脚
VCC 3V3 或 VCC
GND GND
OUT 或 S IO4
表6-6 传感器硬件连接
小知识
03
新知讲解
传感器电压适配原则
不同传感器电压范围不同（如 DHT11 与 DHT22 均为 3.3~5V，而部分高精度温湿度传感器需 5V 单独供电），连接前需确认传感器 datasheet，避免电压不匹配烧毁设备或导致数据采集失败。
03
新知讲解
2.程序编写
读取传感器采集的温湿度数据只需要编写几行代码即可。
每次读取传感器数据的时间间隔应大于2秒，因为过短的间隔时间可能导致读取失败。
小知识
03
新知讲解
MicroPython 的 dht 库适配性
dht 库不仅支持 DHT22 传感器，还支持 DHT11 传感器，只需将代码中dht.DHT22改为dht.DHT11，即可适配不同型号的数字式温湿度传感器，降低硬件替换的编程成本。
03
新知讲解
修改现有程序，使用while循环和time.sleep()延时语句，使监测设备每分钟进行一次温度和湿度测量，并使用prin1()语句将测量结果打印出来。
试一试
导入模块 ：新增 import time，以便使用 time.sleep()进行延时。
无限循环 ：while True:创建一个永久循环，使设备能持续测量。
03
新知讲解
查一查
异常处理 ：使用 try...except捕获并提示传感器读取错误，增强程序稳定性。
打印数据 ：print()函数将格式化的温湿度数据输出到控制台。
读取间隔 ：time.sleep(60)实现每分钟（60秒）读取一次，满足题目要求。
03
新知讲解
二、数据发布
1.云平台设置
登录云平台后，创建一个项目并命名为“气象数据采集”，如图6-7所示。
进入项目页面后，单击页面右下方的“数据”按钮查看温湿度数据。
图6-7 创建项目
图6-8 查看数据
03
新知讲解
图6-9 启用消息记录功能
返回主界面，点 “数据管理” 页 “开始” 按钮启用消息记录（图 6-9）。
平台订阅保存设备消息，公有版存 1 万条，私有版容量可自由修改。
小知识
03
新知讲解
MQTT 的 “订阅 - 发布” 模式
云平台在数据传输中扮演 “订阅者” 角色，开发板是 “发布者”；主题（如 “登录邮箱 / 气象数据采集 /temp”）是数据传输的 “地址”，只有订阅了对应主题的平台 / 设备，才能接收发布者发送的数据，确保数据定向传输。
03
新知讲解
2.程序编写
用 MQTT 协议的publish方法发布温湿度数据，主题格式为 “登录邮箱 / 项目名 / 自定义主题名”（项目名中文可直接用），参考程序实现设备每分钟发布一次温度数据。
运行后在云平台订阅 “Temp” 主题即可查看数据。
小知识
03
新知讲解
数据格式规范
发布数据时将数值转为字符串（str()）是因为 MQTT 协议默认传输字节流；若需传输多维度数据（如同时传温度、湿度），可使用 JSON 格式，需导入ujson库，示例:data = ujson.dumps({“temp”：temp, “hum”: hum})，再发布data，便于平台解析多字段数据
03
新知讲解
编写程序，使开发板连接Wi-Fi网络。同时，修改现有程序，使系统能够同时发布温度数据和湿度数据。
试一试
Wi-Fi 连接部分：通过network模块创建 WLAN 对象，激活并连接到你的 Wi-Fi 网络，直到连接成功。
传感器与 MQTT 初始化：初始化 DHT22 温湿度传感器和 MQTT 客户端，建立与云平台的连接。
03
新知讲解
试一试
数据采集与发布循环：每分钟采集一次温湿度数据，分别发布到 “项目名 /temp” 和 “项目名 /hum” 主题，同时打印发布结果以便调试。
请根据实际情况替换代码中的Wi-Fi 名称、密码、MQTT 平台信息（客户端 ID、服务器地址、用户名、密码）和项目名，即可实现 “连接 Wi-Fi + 同时发布温湿度数据” 的功能。
Wi-Fi 连接稳定性优化
程序中可加入 Wi-Fi 断连重连逻辑，示例:if not wlan.isconnected():wlan.connect(‘Wi-Fi名’， ‘密码’)，放在while True循环内，确保设备在 Wi-Fi 断开后能自动重新连接，避免数据传输中断。
小知识
03
新知讲解
04
课堂练习
完成单项选择题：
1.数字式温湿度传感器的 VCC 引脚应连接开发板的哪个引脚？（ ）
A. 3V3 或 VCC B. GND C. IO4 D. 任意引脚
2.MQTT 协议中，发布温湿度数据的主题格式正确的是？（ ）
气象数据采集 / 你的登录邮箱 /temp
你的登录邮箱 / 气象数据采集 /temp
temp / 气象数据采集 / 你的登录邮箱
无需固定格式，任意命名
A
B
04
课堂练习
完成判断题：
4.传感器可连接开发板 IO4 以外的接口，但该接口能同时连接传感器和蜂鸣器，不影响数据采集。（ ）
完成多项选择题：
3.物联网云平台 “数据管理” 页面的功能包括（ ）
启用消息记录功能 B. 查看设备上传的温湿度数据
C. 修改 MQTT 客户端密码 D. 存储设备发布的消息（公有版 10000 条）
ABD
×
05
拓展延伸
边缘计算在数据采集的应用
在开发板本地对采集的温湿度数据进行预处理 —— 如设定阈值（温度＞60℃或＜-20℃判定为异常），程序中加入if temp < -20 or temp > 60: continue，剔除异常数据后再发送至云平台，减少无效数据传输，降低网络带宽消耗。
05
拓展延伸
多传感器协同采集
若需同时采集校园气象的风速、光照数据，可新增风速传感器（接 IO5）、光照传感器（接 IO6），程序中同步初始化多个传感器对象（如windSensor = machine.ADC(machine.Pin(5))），实现温度、湿度、风速、光照多数据并行采集，丰富气象数据维度。
05
拓展延伸
LoRa无线传输模块及其应用
06
课堂总结
1
温湿度数据采集
基本功能的实现 第一节
2
数据发布
4
完成课堂练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
07
板书设计
基本功能的实现 第一节
1、温湿度数据采集
2、数据发布
3、完成课堂练习
4、进行知识拓展
课后作业。
1、优化本课温湿度采集与发布程序。
08
课后作业
优化本课温湿度采集与发布程序：在程序中加入 “异常数据提示” 功能 —— 当温度＞40℃或湿度＞90% 时，通过print()打印 “温湿度异常，请检查环境”；同时加入 “MQTT 连接断开重连” 逻辑，确保数据稳定发布。
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