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[公告] 【新课标】信息科技跨学科案例-8年级 校园气象站系统

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校园气象站系统


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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“在线数字气象站”,设计了项目“校园气象站系统”。

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项目简介

在“校园气象站系统”项目中, 学生将使用温湿度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器,获取多种气象数据;通过将数据同步到物联网云平台中,长期追踪数据;通过数据分析,得出气温与降水量的一般性变化规律;通过搭建具有反馈控制的“大风天远程关闭校园门窗装置”,实现设备的控制与反馈。

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,作用是放在校园中,采集气象数据;一块行空板为“移动终端”,作用是放在学校中控室,远程读取气象数据和控制教室设备。

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项目知识点

贴合新课标中八年级的内容要求,“校园气象站系统”核心教学以下知识点:

  • 通过物联网技术制作在线数字气象站,带领学生体验什么是万物互联。
  • 了解物联网中的传感器系统,利用温湿度传感器、气压传感器、风速传感器、风向传感器采集气象数据,接入物联网平台,构建简易传感物联系统。
  • 学习在物联网平台发送数据,远程控制舵机转动。
  • 学习在物联网平台接收温湿度、风速等传感器的数据,读取数据并用折线图呈现数据。
  • 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,通过查看折线图和计算温度、湿度、气压、风速的均值,评估气象情况,分析校园气温和降雨量数据的变化规律。
  • 掌握物联系统中的反馈控制,搭建大风天远程关闭校园门窗装置,实现当风速传感器检测到风速较大时,向物联网平台发出预警,远程端收到预警信息后,控制关闭校园门窗。

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。

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“校园气象站系统”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。

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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。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。
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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。

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项目数据表

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视频



硬件简介

在校园气象站系统中,使用主控器结合多种传感器、执行器和信号转换模块,实现项目功能。

主控器为行空板点击购买)。

传感器包括温湿度传感器(点击购买)、气压传感器(点击购买)、风速传感器(点击购买)、风向传感器(点击购买)。

执行器包括舵机(点击购买)。

信号转换模块包括RS485转串口模块(点击购买)、串口转I2C模块(点击购买)。

各硬件功能介绍如图。

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硬件接线原理

“校园气象站系统”的硬件接线原理图如下。

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硬件接线实物

“校园气象站系统”的硬件接线实物图如下。

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流程图

在“校园气象站系统”中,“服务器端/智能终端”行空板的界面和功能流程图如下。

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“服务器端/智能终端”行空板界面图


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“服务器端/智能终端”行空板流程图

在“校园气象站系统”中,“移动终端”行空板的界面和功能流程图如下图。

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“移动终端”行空板界面图


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“移动终端”行空板流程图


重点程序截图

“服务器端/智能终端”行空板重点程序截图。

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“发送大风预警”程序


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“控制门窗”程序


“移动终端”行空板重点程序截图。

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“远程控制门窗”程序


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“收到大风预警”程序

外观结构设计


在“校园气象站系统”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校园气象站系统设计外观结构。

示例结构设计如下左图,安装完成图如下右图。整体结构模拟校园场景,右侧为多种气象传感器和行空板屏幕,左侧为校园教室,其中教室窗户通过舵机控制开合。

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“校园气象站系统”结构设计图


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“校园气象站系统”安装完成图

附件下载
(如另需“切割文件”,请添加微信咨询:DFRobot2019)


03 程序.rar (534.6 KB, 下载次数: 9)

DFSyeEXpQKu  见习技师

发表于 2022-9-24 23:58:13

非常优秀的案例,感谢分享
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