资源简介

(共19张PPT)
八年级《物联网实践与探索》
第四单元　　第20课
反馈控制有算法
1
学习目标
物联花盆的控制任务
系统读到环境数据后，还要决定何时灌溉，并让水泵执行。
02
01
设计算法
列出条件和决策，按湿度区间整理并写成分支。
02
控制执行器
读取 OLED 的湿度提示，说明水泵如何启动与停止。
03
整合与验证
梳理模块连接，按需求测试，再提出可实现的扩展。
2
情境导入
03
物联花盆系统
上节课，我们用折线图看到了土壤湿度的变化。这一次，让花盆在需要时自己浇水。
小林
“土壤已经很干了，水泵怎么知道要不要浇水？”
小禾
“先把湿度和设定值比较，再由程序发出灌溉指令。”
本课任务：根据湿度、天气与光照条件作出决策，再控制水泵启停。
3
数据与算法
灌溉决策的数据来源
测量干燥、适中、湿润三种土壤样本，再参考测量结果设定合理的湿度上下限。
04
土壤湿度传感器
土壤湿度 hum
先与下限 2000、上限 3000 比较。
天气预报 tq
通过 API 获取，判断两条预报是否含“雨”。
光照强度 lgt
用来调整下限。温度用于环境分析。
2000、3000 是教材给出的示例读数，不是通用于所有传感器的标准值。
4
活动一
灌溉条件与决策
先看左列条件，独立判断本轮是否灌溉；单击后再核对教材决策。
05
列举的条件 对应决策
土壤湿度大于上限
土壤湿度小于下限
介于上下限，且预报有雨
介于上下限，且预报无雨
介于上下限，且光照强
教材表20.1
按土壤湿度归并这些条件，可以得到三个区间。
不灌溉
灌溉
不灌溉
灌溉
提高下限
5
数据与算法
湿度优先的判断规则
按图20.1跟踪程序。先判断湿度落在哪个区间，再处理相应条件。
06
超过上限
hum > hum_max
不灌溉
介于两限
hum_min < hum ≤ hum_max
再判断天气和光照
不高于下限
hum ≤ hum_min
灌溉
天气决定本轮动作
两条预报至少一条含“雨” → 不灌溉
两条均无“雨” → 灌溉
光照决定下轮下限
lgt > 1200 → 设为 2500
lgt ≤ 1200 → 恢复为 2000
只有中间分支判断天气和光照，且两个判断各自执行。
6
读一读
数据决策的分支代码
循环前先设 hum_max = 3000，hum_min = 2000。
07
PYTHON
if hum > hum_max:
oled.print("不灌溉")
elif hum > hum_min:
if "雨" in tq[0] or "雨" in tq[1]:
oled.print("不灌溉")
else:
oled.print("灌溉")
if lgt > 1200:
hum_min = 2500
else:
hum_min = 2000
else:
oled.print("灌溉")
01 外层分三种湿度区间
先比上限，再比当前下限。
02 中间分支做两件事
预报决定本轮提示，光照更新下限。
03 追踪等号
hum 等于上限走中间分支。等于下限走末尾 else。
教材图20.1关键片段，需配合数据采集、天气和 OLED 接口。
7
算一算
下限调整后的两轮灌溉
两轮输入相同。湿度 2300，光照 1500，两条预报为“晴／小雨”。
08
轮次 当前下限 进入分支 水泵动作 下轮下限
第1轮
第2轮
第二轮的 2300 ≤ 2500，直接进入末尾 else，跳过天气和光照判断。
初始下限 2000 时，3200 过湿不灌溉，3000 进入中间分支，2000 进入末尾 else。
2000
中间分支
不启动
2500
2500
末尾 else
灌溉 5 s 后停止
2500
8
活动二
主控板读出土壤湿度 hum 后，先将数值转换为文字，再通过 OLED 显示当前读数。
09
OLED 显示模块
oled.print("土壤湿度:" + str(hum))
str(hum)
把数值转换成可拼接的字符串。
输出作用
提供读数与状态提示，便于观察和调试。
看到“灌溉”提示后，还要观察水泵是否实际运行。
9
活动二
水泵执行自动灌溉
教材主控板带电机驱动。小水泵接 M1，程序也选 M1。
10
直流小水泵
执行器控制 · 关键片段
M1 = parrot(parrot.M1)
M1.speed(100)
time.sleep(5)
M1.speed(0)
启动
等待 5 s
停止
接 M2 时，代码也改用 M2。真实接线先断电，按设备说明检查端口与极性。
10
系统整合
简易物联灌溉系统流程
先分模块验证，再集成。联网与连接平台完成后，程序进入循环。
11
接入
连接无线网络
连接物联网服务平台
完成后进入下方循环
采集传感器数据
经平台上传数据
获取天气 API 数据
是否灌溉
是
否
启动水泵 5 s 后停止
跳过灌溉
等待一段时间，再采集
等待可减少通信与存储频率。任务多的设备可用定时器安排周期任务。
11
活动三
按需求测试物联花盆
小组按“条件—预期—实测”记录，先验证模块，再看整体运行。
12
测试类型 检查什么 预期证据
硬件检查 端口、极性、连线与供电 通电前核对接线，确认设备完好。
网络测试 无线网络、平台、天气 API 平台可收到数据，能取得预报。
动态测试 初始下限 2000，输入 3200 或 2000 3200 不启动，2000 灌溉 5 s 后停止。
读数正常、已提示灌溉却无水流时，优先检查水泵、端口和供电。
12
功能扩展
为花盆增加新功能时，先想清楚具体需求，再选择要增加的传感器、操作或展示方式。
13
01
增加感知
红外热释电传感器感知附近活动，或识别植物后选择湿度参数。
02
改善交互
在网页查看各花盆的实时数据，加入手动灌溉按钮。
03
分析数据
用趋势图观察环境变化，研究环境与植物生长的关系。
预留硬件引脚。把新功能组织在便于扩展的程序模块中。
13
拓展迁移
物联门锁的采集与反馈
有人在门前停留时，摄像头采集画面，经无线网络传输后，系统显示画面并发出提示。
14
带摄像头的物联门锁
采集
摄像头采集门口画面。
传输
家庭无线网络传送画面和消息。
反馈控制
室内屏显示、蜂鸣器提示、手机通知及远程控制。
讨论如何限制画面访问，减少无关拍摄。
14
巩固练习
物联花盆值班员
按教材规则运行灌溉流程，并用状态日志排查一次故障。
15
01
拼出判断顺序
把三张判断卡放入正确的槽位。
02
跑通两轮灌溉
分别设置水泵动作和下限，再运行验证。
03
定位断开的水泵
读状态日志，把水泵接到对应端口并复测。
教学仿真
3 关
开始挑战
通关后切回第16页
判断错误时会显示原因，可以修改后重试。
15
复盘小结
复盘刚才的两轮灌溉和故障排查，用程序条件与设备状态解释结果。
16
第一轮提示不灌溉，为什么第二轮却开始浇水？
下限升到 2500，2300 不高于下限，程序直接进入末尾 else。
OLED 已显示“灌溉”，水泵却没有水流，应先检查什么？
数据、传输与决策已有证据，先核对水泵连接和代码端口。
采集
传输
判断
执行
再采集
16
课后任务
为花盆添加一项功能
选一个能实现的扩展，用四格写清方案，再给出一条可验证的测试。
17
示例 · 土壤过干时提醒
输入
土壤湿度读数
条件
满足设定的低湿条件
输出
LED 亮起提示
验证
分别用低湿和正常输入核对提示
可以画图、写伪代码或做纸面推演。有条件的小组再进行实物验证。第20课 反馈控制有算法（教学设计）
授课信息
单元 第四单元
简易物联系统实践 课题 反馈控制有算法 课时 1课时
学段／课型 八年级
新授课 授课时间 授课教师
教学分析
一、
学情分析 学生已体验传感器采集、物联网数据传输和数据可视化，能读懂简单条件语句。容易把屏幕提示当成水泵动作，也容易忽略嵌套分支中的等号和阈值生效时机。本课先用条件表和两轮同读数的例子推演，再用仿真验证。
二、
教材分析 本课是八年级《物联网实践与探索》第四单元“简易物联系统实践”的收束课（教材第95–100页）。承接第19课的数据可视化，用物联花盆串联规则设计、执行器控制、模块整合与测试，再将经验迁移到物联门锁，为后续物联网应用探索作准备。
三、核心
素养目标 信息意识 能从土壤湿度、天气预报、光照等信息中找出灌溉决策的依据，并区分传感器读数与外部 API 数据。
计算思维 能按湿度区间整理条件，读懂嵌套分支，并预测湿度等于阈值及调整下限后的决策。
数字化学习
与创新 能在教学仿真中拼接判断、运行两轮灌溉、排查水泵故障，并提出一项可测试的花盆扩展功能。
信息社会责任 能用需求清单检查控制结果，说明真实设备接线前的安全核对事项，并对摄像监测提出一项隐私保护措施。
四、
教学重点 1．从数据归纳灌溉条件，形成以土壤湿度为首要判断的算法。 2．理解 OLED 显示和水泵灌溉两种输出，梳理系统整合与测试流程。
四、
教学难点 1．判断上下限等号的归属，分清本轮灌溉与下轮下限更新。 2．依据采集、网络、决策、执行各环节的证据定位故障。
五、
教学方法 1．情境提问、条件表推演、演示与小组验证。 2．课前准备课件与同文件夹 HTML。可投屏共玩。硬件条件允许时，教师预先搭好采集与网络程序，检查土壤湿度、光照传感器、OLED 和带电机驱动的主控板及水泵。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
新课导入 花盆从监测走向控制 【教师】展示物联花盆。提问“上一课能看见湿度变化，想让花盆自动浇水，还要让它会做什么？”预设回答“根据读数决定浇不浇，让水泵开和停”。引出数据、算法、反馈与执行器。 【学生】用“读取湿度—比较条件—控制水泵”口述过程，说出显示湿度和实际灌溉的区别。 从数据呈现过渡到数据驱动的控制，明确水泵是输出设备。
新课讲授 20.1 根据数据设计算法 · 活动1 列举并归类 【教师】回顾干燥、适中、湿润三组样本的平均读数。沿用教材示例，下限 2000、上限 3000，均为传感器读数。温度可用于环境分析，图20.1实际以湿度、天气预报和光照作判断。 【学生】先按表20.1填写决策。过湿不灌溉，过干灌溉。中间区间预报有雨不灌溉，无雨灌溉。光强大时提高下限。 【教师】按表20.2归并，以湿度为首要条件。中间区间把两个判断分开，天气决定本轮是否灌溉，光照决定下轮下限。光照读数大于 1200 时设为 2500，其余恢复为 2000。 先列举再归类，说明两个内层 if 分别控制不同的结果。
新课讲授 20.1 数据决策代码 · 按图20.1读分支 【教师】逐行跟踪教材关键片段。初始设 hum_max = 3000、hum_min = 2000。hum 为湿度读数，lgt 为光照读数，tq[0]、tq[1] 为两条天气预报。 if hum > hum_max: oled.print("不灌溉") elif hum > hum_min: if "雨" in tq[0] or "雨" in tq[1]: oled.print("不灌溉") else: oled.print("灌溉") if lgt > 1200: hum_min = 2500 else: hum_min = 2000 else: oled.print("灌溉") 【学生】初始下限 2000。湿度 3200 不灌溉，3000 进中间分支，2000 进末尾 else 并灌溉。再预测连续两轮湿度 2300、光照 1500、预报“晴／小雨”的结果。首轮不灌溉，下限改为 2500。次轮湿度不高于新下限，灌溉，跳过光照调整。 【教师】教材条件表写“小于下限”，课堂跟踪按图20.1的 else，等于下限也进入末尾分支。阈值在循环前初始化，光照调整仅在中间分支发生，更新供下一轮使用。此片段依赖采集、天气和屏幕接口。 用边界值和同读数两轮推演，检验分支顺序与状态更新。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
新课讲授 20.2 控制执行器 · 活动2 显示与灌溉 【教师】用显示屏反馈湿度，用水泵改变土壤的湿润状态。点亮 LED、驱动蜂鸣器也是输出反馈。普通引脚通常不能直接驱动水泵。教材用带驱动的主控板，示例用 M1，若选 M2，程序需使用对应端口。 oled.print("土壤湿度:" + str(hum)) M1 = parrot(parrot.M1) M1.speed(100) time.sleep(5) M1.speed(0) 【学生】给关键片段标出“显示读数”“选端口”“启动—等待5秒—停止”。把启动、等待和停止放入灌溉分支。屏幕显示“灌溉”后，再核对水泵是否真的启动并停下。 【教师】片段需配合相应的硬件库、供电和程序框架。真实设备通电前，按设备说明核对接线、端口和电源极性。缺设备时可用可调电位器模拟传感器，或用本课离线教学仿真。 让学生区分决策提示与物理动作，观察灌溉后水泵停止。
新课讲授 20.3 系统整合 · 活动3 按需求测试 【教师】按图20.3梳理“连无线网络—连平台—采集—上传—取天气 API—判断—执行”。若需灌溉则启动水泵再停止，否则跳过。两条路径汇合，等待后回到采集。循环间隔用 time.sleep() 示意，可降低通信与存储频率。任务多的设备可考虑定时器，减少阻塞等待。 【学生】先分模块验证，再小组整合。按需求清单分别检查硬件、网络和动态表现，记录测试条件、预期与观察结果。缺设备时，用仿真完成同一判断和排查。 【教师】硬件查端口、连线、供电。网络查设备连接、平台上传和天气接口。动态测试至少覆盖过湿不灌溉、干燥灌溉并停泵和中间区间随条件改变的表现。 【学生】填写测试记录。初始下限 2000，湿度 3200，预期水泵不启动。将湿度改成 2000，预期灌溉 5 s 后停止。若程序提示“灌溉”而水泵无动作，先查电机口、接线和供电。 把程序运行过程对应到可观察的验收证据。
六、
教学过程 教学内容 设计意图
新课讲授 20.4 探索功能扩展 · 迁移到物联门锁 【教师】引导为花盆设计一项升级。系统可加红外热释电感知或识别植物并换用适宜湿度参数。交互可在网页查看实时数据或手动灌溉。数据处理可加环境趋势图。设计时预留引脚并采用便于扩展的程序结构。 【学生】用门锁解释迁移链路。传感器检测有人停留，摄像头采集画面，家庭无线网络传输，控制程序让屏幕显示、蜂鸣器提示并推送通知，手机也可远程发指令控制门锁。提出减少无关拍摄或限制访问的措施。 将采集、传输、判断、反馈迁移到另一物联系统。
巩固提升 物联花盆值班员（教学仿真） 【教师】在 PPT 第15页点“开始挑战”。引导学生把当前下限和下轮下限分别记录。仿真给出错因并允许重试。通关后关闭网页或切回课件第16页核对。 【学生】第1关拼出判断顺序，把判断卡拖入槽位或点卡片再点槽。第2关推演两轮，分别设定水泵动作与下限操作，再运行本轮，观察灌溉 5 s 后停泵。第3关定位断开的水泵，依据状态日志把水泵接到与代码对应的 M1 电机口，再复测。 【评价】能解释第二轮为何灌溉，并指出当数据上传正常、屏幕已提示灌溉却没有水流时，优先检查执行器和端口。 让学生用运行结果纠正对边界、阈值更新或端口的误判。
新课总结 反馈与控制的循环 【教师】请学生补全“采集—传输—按规则判断—执行—再采集”。追问“光强变化后，本轮要不要浇水由什么决定？” 【学生】用中间区间说明本轮看天气，光照调整下轮下限。用水泵停转说明系统完成了执行。 复述可验证的控制流程，明确本轮决策和下轮状态。
作业布置 为花盆添加一项功能 【教师】布置拓展与提升。选择一项可实现的升级，用四格写出输入、判断条件、执行结果和一条测试用例。 【学生】参考“湿度过低—满足低湿条件—LED 提示—用低湿、正常两种输入核对”。有条件的小组验证，其他小组可提交纸面推演。 用一条测试用例判断方案是否可验证。
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