【新课标】信息科技跨学科案例- 智慧农业温室系统
本帖最后由 粒子 于 2024-8-22 17:17 编辑智慧农业温室系统
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项目来源
为满足新课标中八年级“物联网实践与探索”内容要求，结合新课标中跨学科主题方向“互联智能设计”，设计了项目“智慧农业温室系统”。
项目介绍
在“智慧农业温室系统”项目中， 学生将使用土壤湿度传感器、防水温度传感器，获取农业环境数据；搭建“种子萌发环境系统”，将数据同步到物联网云平台中，通过数据分析，得出最适合种子萌发的土壤湿度；搭建“温室设备自动控制系统”，实现设备的控制与反馈，如自动浇水、自动开关遮阳棚。
项目中的主控器为两块行空板，一块行空板为“服务器端”和“智能终端”，连接传感器、执行器，作用是放在温室中，采集农业数据；一块行空板为“移动终端”，作用是放在中控室，远程读取农业数据和控制温室设备。
“服务器端/智能终端”行空板
“移动终端”行空板
项目视频
https://www.bilibili.com/video/BV1Vd4y1u7FP/?vd_source=27fedd3ac40d3e58da0788477833f7ac
项目知识点
贴合新课标中八年级的内容要求，“智慧农业温室系统”核心教学以下知识点：
1. 通过物联网技术制作在线数字智慧农业温室，带领学生体验什么是万物互联。
2. 了解物联网中的传感器系统，利用土壤湿度传感器、防水温度传感器采集农业环境数据，接入物联网平台，构建简易传感物联系统。
3. 学习在物联网平台发送数据，远程控制浇水和开启遮阳棚。
4. 学习在物联网平台接收土壤湿度、土壤温度数据，读取数据并用折线图呈现数据。
5. 了解数据处理的过程包括数据采集、数据预处理、数据分析和数据可视化，通过物联网平台长时间记录数据，探究最适合种子萌发的土壤湿度。
6. 掌握物联系统中的反馈控制，使用水泵模块、土壤湿度传感器，搭建自动浇水反馈控制系统，实现当土壤湿度较低时，启动水泵，接入舵机和防水温度传感器，搭建自动关闭遮阳棚反馈控制系统，实现当土壤温度较高时，关闭遮阳棚降温。
项目原理新课标中，八年级主题为“物联网实践与探索”，物联网的原理架构如下图。
“智慧农业温室系统”中，物联网硬件架构如下图。在案例实施过程中，通过路由器构建局域网，在局域网中，使用第一块行空板构建服务器，同时作为智能终端，连接多种传感器与执行器。使用第二块行空板作为移动终端，也接入局域网中，实现服务器终端、智能终端与移动终端的数据交换。通过USB线将服务器终端行空板连接到电脑上，可访问服务器数据库。
在案例实施过程中，可以使用行空板自带的热点功能，组建小型局域网（不需要额外使用路由器）。此时，有两种实现方法。
（1）第一种方法
如下图，在第一块行空板上，开启热点，同时构建服务器，并作为智能终端，连接多种传感器与执行器。第二块行空板作为移动终端，连接热点，接入局域网中，实现服务器终端、智能终端与移动终端的数据交换。通过USB线，电脑作为移动终端，访问服务器数据库。
（2）第二种方法
如下图，在第一块行空板上，开启热点，同时构建服务器。第二块行空板作为智能终端，连接多种传感器与执行器，并连接热点，接入局域网中。通过USB线，电脑作为移动终端，访问服务器数据库。最终实现服务器终端、智能终端与移动终端的数据交换。
项目数据表
硬件介绍在智慧农业温室系统中，使用主控器结合多种传感器、执行器和其他模块，实现项目功能。
主控器为行空板。
传感器包括土壤湿度传感器、防水温度传感器。
执行器包括舵机、水泵。
其他模块包括继电器、电源适配器。
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各硬件功能介绍如下表。
硬件接线原理
“智慧农业温室系统”的硬件接线原理图如下。
硬件接线实物
“智慧农业温室系统”的硬件接线实物图如下。
流程图
（1）“服务器端/智能终端”详情
在“智慧农业温室系统”中，“服务器端/智能终端”行空板的界面与功能流程图如下图。
“服务器端/智能终端”行空板界面图
“服务器端/智能终端”行空板流程图
（2）“移动终端”详情
在“智慧农业温室系统”中，“移动终端”行空板的界面如下图和功能流程图如下图。
“移动终端”行空板界面图
“移动终端”行空板流程图
重点程序截图
（1）“服务器端/智能终端”重点程序截图
“自动浇水/控制遮阳棚”程序
“远程接收阈值”程序
（2）“移动终端”重点程序截图
“远程调节阈值”程序
“远程接收传感器数据”程序
外观结构设计
在“智慧农业温室系统”中，为了便于课堂教学和项目展示，可利用激光激光切割技术为智慧农业温室系统设计外观结构。
示例结构设计与安装完成图如下图。
整体结构模拟温室场景，右侧为多种农业环境传感器和行空板屏幕，左侧为校园教室。
“智慧农业温室系统”结构设计图
“智慧农业温室系统”安装完成图
附件下载：
本帖最后由 达州泸州 于 2023-3-12 14:35 编辑
项目很好 厉害厉害 不错！！ 学习了，赞！ 感谢分享 智慧农业温室系统 学习优秀项目
学习了，谢谢分享！ 在这些项目中，行空板必须一直连在电脑端才能进行实验吗，可不可以像arduino那样，把程序烧录到板子后，可以直接拔下来，然后用电池供电就可以使用 在其他物联网平台中使用MQTT协议时，必须先创建产品ID或者设备ID，然后才能订阅这个主题，在这个平台中打开10.1.2.3这个平台后看不到创建设备的地方，难道是直接在程序里面写好了发布主题，然后打开10.1.2.3就可以开始使用了吗，关于这一部分没有对应的解释，没理解 北狄蛮蛮 发表于 2024-3-27 10:48
在这些项目中，行空板必须一直连在电脑端才能进行实验吗，可不可以像arduino那样，把程序烧录到板子后，可 ...
可以把程序烧录到板子后，再运行程序 北狄蛮蛮 发表于 2024-3-27 10:55
在其他物联网平台中使用MQTT协议时，必须先创建产品ID或者设备ID，然后才能订阅这个主题，在这个平台中打开 ...
也是需要创建topic的，这部分不是由10.1.2.3的网页完成的，是通过程序创建的，在程序中创建一个topic,然后发送一条消息到这个topic下，就自动创建好了 在程序中哪里创建topic呢，程序中在MQTT里面只有订阅，意思是通过订阅的方式创建的吗， 问题比较多，按条陈列吧1.如果多人同时开启了SIoT，组建了很多个小型局域网，其他同学连接时会干扰吗？2.如果是一对多的发布与订阅模式，那么还是只需要一台开启SIot服务就可以了，其他人只需要在程序中订阅既可以了吗？
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