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第20课 反馈控制有算法
反馈控制有算法
学习目标
01
了解基于数据分析设计算法的方法，熟悉执行器的使用方法。
02
了解系统整合的一般方法。
反馈控制有算法
问题情景
物联系统中的反馈与控制
反馈控制有算法
1.如何基于数据分析设计算法？
2.如何控制执行器？
反馈控制有算法
根据数据设计算法
01
控制执行器
02
学习内容
探索功能扩展
04
对系统进行整合
03
反馈控制有算法
一、根据数据设计算法
物联花盆系统要实现自动灌溉功能，需要在对温度、土壤湿度、光照强度和天气预报数据分析的基础上设计算法。可以设计表格来规划灌溉条件。
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
学习活动 1
设计灌溉条件决策表，并通过编程让主控板实现决策
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
1. 根据土壤湿度的分析结果，确定合适的土壤湿度上限值、下限值。
2. 根据物联花盆系统的灌溉条件，将对应决策填入下表中。
灌溉条件与决策
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
3.对灌溉条件进行整理。以上所有条件都与土壤湿度有关，且可以分为大于上限值、介于上下限值之间、小于下限值三种，因此可以将灌溉条件整理成如下面右表所示内容。
优化后的灌溉条件与决策
优化后
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
4.根据表格中的条件设计算法，形成数据决策部分程序，主要代码如图所示。
反馈控制有算法
项目原理：
根据优化后的表格中的条件设计算法，形成数据决策部分程序，根据条件判断是否灌溉，在主控板上显示“灌溉”或“不灌溉”。
灌溉
不灌溉
反馈控制有算法
硬件设备
硬件设备
主控板*1
土壤湿度传感器*1
4pin连接线*1
反馈控制有算法
灌溉
第一步：连接土壤湿度传感器和主控板
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第二步：编写程序（图形化）
根据土壤湿度的分析结果,确定合适的土壤湿度上限值、下限值。
如果土壤湿度大于上限值,显示“不灌溉”。
土壤湿度介于上下限值之间时，天气预报有雨,显示“不灌溉”，否则显示“灌溉”。
光照强度大则增加土壤湿度下限值，否则恢复下限值。
如果土壤湿度低于下限值,显示“灌溉”。
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第二步：编写程序（代码版）
根据土壤湿度的分析结果,确定合适的土壤湿度上限值、下限值。
如果土壤湿度大于上限值,显示“不灌溉”。
土壤湿度介于上下限值之间时，天气预报有雨,显示“不灌溉”，否则显示“灌溉”。
光照强度大则增加土壤湿度下限值，否则恢复下限值。
如果土壤湿度低于下限值,显示“灌溉”。
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第三步：刷入代码到主控板中
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
灌溉
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
灌溉条件：_________________________ 。
实验目的：____________________________________________________ 。
决策条件：______________________________________________________________ 。
活动总结：
土壤湿度、天气预报、光照强度等
确定物联花盆系统中土壤湿度上下限值，制定灌溉决策并编写相关程序
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
土壤湿度大于上限不灌溉；小于下限灌溉；介于之间时，下雨不灌溉、不下雨灌溉
反馈控制有算法
二、控制执行器
物联花盆系统中，反馈与控制就是显示土壤湿度情况和实现自动灌溉。
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
学习活动 2
1.显示土壤湿度。在显示屏显示土壤湿度数据。
2.实现自动灌溉。灌溉需要水泵作为执行部件。将水泵与主控板连接。修改数据决策程序，添加相关的控制代码，让电机启动并灌溉5s
自动灌溉主要代码
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
硬件设备
学习活动2硬件设备
主控板*1
土壤湿度传感器*1
水泵*1
4pin连接线*1
反馈控制有算法
第一步：连接水泵、土壤湿度传感器与主控板
接P0、P1口
接M1口
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
mPython
第二步：编写程序（图形化）
显示土壤湿度，实习自动灌溉
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第二步：编写编写程序（代码版）
mPython
显示土壤湿度，实习自动灌溉
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第三步：刷入代码到主控板中
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第四步：功能演示（检测土壤湿度）

土壤湿度：1200
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
数据呈现： 。
硬件连接： 。
灌溉控制： 。
实践意义： 。
因主控板引脚电流小难驱水泵，连接在主控板的M1、M2马达接口，可实现水泵连接驱动
反馈控制有算法
活动总结：
借助oled.print("土壤湿度:"+str(hum))代码，实现土壤湿度数据在显示屏的展示
成功搭建物联花盆部分功能，为简易物联系统实践提供经验，推动植物养护智能化
利用M1 = parrot(parrot.M1)等代码，完成电机连接、运转及停止控制，实现自动灌溉
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
三、对系统进行整合
实现各个功能模块并测试后，将所有模块集成到一起形成一个简易物联灌溉系统，其处理核心流程如图所示。
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
是否需要灌溉
获取API数据
获取传感器数据
通过物联网服务平台上传数据
连接无线网络
连接物联网服务平台
控制水泵灌溉
是
否
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
同学们，实验过程中有什么注意事项吗？
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
每次执行完相应的功能，可以让主控板等待一段时间再执行，以减少数据通信和数据存储。因此，可以把主程序代码放在无限循环中，并在最后通过time.sleep( )控制等待时间。
对，还有在项目投入使用前，还需要进行系统调试。一方面要对比功能需求进行测试；另一方面则是让物联系统进行整体运行，以测试是否存在问题。
反馈控制有算法
学习活动 3
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
1. 以小组为单位，完成物联花盆系统项目的模块整合和功能集成。
2. 根据需求清单对物联花盆系统项目进行功能测试。
反馈控制有算法
第一步：添加物联网项目和设备
①
②
③
⑤
④
（1）MQTT服务器地址：https://iot.mpython.cn/，注册登录账号。（2）添加项目和设备
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第二步：编写程序（图形化）
mPython
物联花盆系统项目功能测试
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第二步：编写程序（代码版）
mPython
物联花盆系统项目功能测试
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第三步：刷入代码到主控板中
mPython
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
第四步：功能演示

土壤湿度：1480
近两日天气：晴-晴
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
物联花盆系统项目： ____。
功能实现：________________________________________________________________________________
_____________________________________________。
功能测试： ________
____________________。
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
实验总结：
环境监控、数据可视：实时获取天气数据，实时监控并记录湿度和光照数据，提供图表；自
确保各模块独立和集成后的功能正常。验证整个系统的运行情况，包括传感器数据采集、数
传感器模块、数据处理与分析模块、MQTT模块、控制模块
动灌溉:根据土壤湿度情况控制水泵自动开启关闭
据分析、控制命令执行
反馈控制有算法
同学们，物联花盆系统应从那几个方面进行创新扩展？
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
反馈控制有算法
根据数据设计算法
控制执行器
对系统进行整合
探索功能扩展
从系统功能上进行扩展，利用红外热释电传感器，便可以感知是否有人
在附近活动，将数据上传到物联网服务平台，并进行数据分析，可以了解主
人对植物的关心程度；还可以给物联花盆系统增加人工智能摄像头，自动识
别植物种类，并设置不同的湿度参数。
从人机交互上进行扩展，可以编写一个网页端程序，方便查看所有花盆终端的实时数据；可以增加手动灌溉控制的按钮，便于更灵活地控制花盆灌溉。
从数据处理与可视化上进行扩展，可以在网页端增加数据图表来直观地分析花盆环境数据，然后进一步探索环境数据对绿植生长的影响。
反馈控制有算法
注意：在设计物联系统时，还需要考虑后续系统功能的扩展需求。从硬件角度，可以预留一些引脚来连接更多的传感器和执行器。从软件角度，可以设计合理的程序框架，方便扩展功能。
反馈控制有算法
1.选择一两个可以实现的创新功能，对已实现的物联系统进行改造升级。
2. 某物联门锁系统检测到门口有人停留时，会自动启动摄像头的监控功能，并将监控画面实时显示在房间内的显示屏上。同时，系统会通过蜂鸣器发出提示音，并通过应用软件推送消息通知用户。用户可以通过手应用软件远程控制门锁。在此物联门锁系统中，数据采集、传输和反馈控制是如何实现的？可能会用到哪些硬件？
拓展与提升
反馈控制有算法
同学们，参与物联花盆系统实验，能让你们深入理解基于数据分析的算法设计，熟练掌握执行器的使用与系统整合方法。在探索过程中，你们将如同物联网领域的开拓者，亲手搭建起智能灌溉的雏形，感受数据与硬件协同运作的奇妙。快动手试试吧！
结合生活实际，提出至少两个物联花盆系统可以拓展的创新功能，并说明每个功能的实现思路、可能用到的硬件和软件技术，以思维导图的形式呈现。
反馈控制有算法
课后作业
反馈控制有算法
课堂总结
01
了解基于数据分析设计算法的方法，熟悉执行器的使用方法。
02
了解系统整合的一般方法。
谢 谢
THANK YOU
Thanks!
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