【新课标】信息科技跨学科案例-8年级 校园气象站系统

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”。

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。

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。

“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。

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。

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

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。

硬件接线原理

“校园气象站系统”的硬件接线原理图如下。

硬件接线实物

“校园气象站系统”的硬件接线实物图如下。

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。

“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

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。

“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

“服务器端/智能终端”行空板重点程序截图。

“发送大风预警”程序

“控制门窗”程序

“移动终端”行空板重点程序截图。

“远程控制门窗”程序

“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。

“校园气象站系统”结构设计图

“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

非常优秀的案例，感谢分享

放置到室外的话，风速传感器是否需要升压

THEO 发表于 2022-11-16 16:57
放置到室外的话，风速传感器是否需要升压

放置到室外也可以正常使用，不需要升压的，但是注意防水，其他裸露的电子元件不防水的

测试了一下有两个需要注意的点，否则可能风速和风向读出来的数据是-1：
1、串口转i2c模块的接线那里，绿色线要接板子上的蓝色针，蓝色针接绿色线，也就是交叉接线，程序里面初始化的UART1和UART2也不要选错了
2、行空板上的pinpong库最好是0.5.0，可以安装mind+173版本，连接行空板的时候会自动检查行空板里面pinopng版本，低了就会提示升级。或者把行空板联网然后去库管理里面更新pinpong库

学生问我，“行空板“的“行”如何读？读hang还是xing？

弱水三千jlr 发表于 2023-3-27 10:06
学生问我，“行空板“的“行”如何读？读hang还是xing？

是 xing，实现天马行空的创意

特别有学习借鉴的意义,

厉害厉害

赞赞赞赞赞

厉害厉害

不错不错

星空板给风向传感器提供的电压够用吗