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[项目] 高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统

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本帖最后由 JIAJIA 于 2023-3-17 15:31 编辑

校园气象站系统

项目背景

为满足高中信息技术必修二“信息系统与社会”的内容要求,结合人民教育出版社的教材,设计了本项目“校园气象站系统”。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图1

项目简介

在“校园气象站系统”项目中,学生将通过使用云雀气象仪和舵机设定自动灌溉的功能,来了解信息系统中常见的传感与控制;通过组建小型无线网络,将云雀气象仪采集的温度、湿度、气压、风速、风向数据传输给服务器,了解网络在信息系统中的作用;通过开启物联网服务,在移动终端和计算机上远程查看气象信息,了解移动终端和计算机在信息系统中的作用;通过整个“校园气象站系统”的开发,了解信息系统的组成与功能,以及软件在信息系统中的作用。

项目中的主控器为两块行空板,一块行空板为“智能终端”,连接传感器与执行器,作用是放在校园中,采集气象数据;一块行空板为“服务器端”“移动终端”,放在中控室,作用是开启物联网服务、显示气象信息以及远程控制执行器。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图2

“校园气象站系统”功能展示

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图3

信息系统的组成

信息系统是一个由人、软件、硬件、网络和数据资源构成,能够帮助一个组织采集并输入、存储、处理、传输、输出数据,将数据转变为信息,将信息转变为知识,继而支持组织做出快速合理决策的人机系统

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图4

系统架构图

信息系统中,传感器采集数据并输入给智能终端,智能终端通过由路由器组建的无线网络,将数据传输给服务器。

服务器接收到数据后,将其存储到数据库中,并对它进行处理,之后再将处理过的数据传输给移动终端,以便在它的网页上进行数据分析及数据可视化

同时,也可通过移动终端网页上的控件,远程向“智能终端”发送消息指令,控制执行器进行输出

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图5

信息系统架构图

系统架构图1

在“校园气象站系统”中,两块行空板可连在由路由器组建的无线网络中。

校园中的行空板1,作为“智能终端”,连接传感器和执行器。

中控室的行空板2,作为“服务器端”,开启Web服务。同时,手机、电脑以及行空板2本身,也可作为移动终端,连接在路由器上,访问服务器,远程查看数据。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图6

“校园气象站系统”架构图1

系统架构图2

在“校园气象站系统”中,也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)。

中控室的行空板2开启热点,同时构建服务器;校园中的行空板1连接热点,接入局域网中,实现服务器端智能终端的数据交换。

通过USB线,电脑作为移动终端,可访问服务器。

本案例采用的是系统架构图2。


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图7

“校园气象站系统”架构图2

信息系统的组成-硬件

信息系统中的硬件,是看得见摸得着的设备,在“校园气象站系统”中,硬件包含了计算机,行空板等,具体如下图所示。


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图8

“校园气象站系统”硬件组成

在“校园气象站系统”中,使用主控器结合扩展板、传感器、执行器,实现项目功能。

主控器为行空板。

扩展板为IO扩展板。

传感器包括云雀气象仪、水分传感器、PM2.5空气质量传感器。

执行器
包括舵机。

各硬件功能介绍如下表:

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图9

信息系统的组成-网络(应用架构)

信息系统中的网络采用的是计算机网络,它有局域网、广域网、城域网三大类别。在“智能停车系统”中,“服务器端”行空板开启热点,与连在该热点上的“智能终端”行空板和电脑,构成了一个小型的无线网络(局域网)。

信息系统的网络应用架构有两种,“客户端/服务器架构(C/S架构)”和“浏览器/服务器架构(B/S架构)”。在B/S架构中,用户界面通过浏览器来实现,应用程序则集中于服务器端。本案例采用的是B/S架构。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图10

信息系统的组成-网络(协议)

在“校园气象站系统”案例中,由于采用的是浏览器/服务器架构(B/S架构),仅能使用HTTP网络协议。HTTP网络协议,即超文本传输协议,它是用于从服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

如果采用客户端/服务器架构(C/S架构),则可以使用MQTT等多种协议。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图11

HTTP协议通信原理

信息系统的组成-软件(开发工具)

主要软件开发功能如下:

在开启网页服务后,通过浏览器向Web框架提交请求数据,Web框架再依据请求从数据库中查询对应的数据,然后将其传入页面文件中,最后将页面文件渲染到浏览器上。

主要工具有:Flask Web框架、HTML、CSS、JavaScript以及SQLite数据库

Flask Web框架主要用于设计逻辑功能和开启网页服务等。HTML是一种用于设计网页内容(如文字、图片)的超文本标记语言,常常结合CSS和JavaScript一起使用。CSS用于展现网页内容的样式效果(如颜色、字体),JavaScript则是用于实现用户与网页的交互(如点击按钮跳转至新页面)。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图12

在“校园气象站系统”中,数据库选择SQLite数据库,它是一款轻量级的、开源的嵌入式数据库,可用于存储数据。通过数据库可以对其中的数据进行增删改查等操作,在需要时取出数据。

在案例中分析当月空气质量情况时,即从数据库中将气象数据导出至csv文件中,对其进行处理,随后再进行数据可视化,在页面上以折线图的形式呈现结果。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图13

信息系统的组成-数据资源

数据资源是信息系统处理的对象,也是信息系统中的重要部分。

在“校园气象站系统”中,数据资源包含了输入输出两部分。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图14

信息系统的组成-人


在“校园气象站系统”中,主要的人员是教师,既是信息系统的使用者,也是系统的管理者。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图15


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图16



高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图17

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图18


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图19


演示视频



硬件接线


在“校园气象站系统”中,所有硬件器材连接在智能终端行空板上,接线原理图如下。

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图20

程序流程图-智能终端

在“校园气象站系统”中,“智能终端”行空板的界面、功能流程图如下:


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图21

“智能终端”行空板界面图


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图22


“智能终端”行空板功能流程图

程序流程图-服务器端

在“校园气象站系统”中,“服务器端”行空板的界面如下图、功能流程图如下:

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图23

“服务器端”行空板界面图

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图24

“服务器端”行空板功能流程图

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,可利用激光切割技术和3D打印技术设计外观结构。

示例结构设计图、安装完成图如下:

高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图25

“校园气象站系统”结构设计图


高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图26

“校园气象站系统”安装完成图

资料文件获取

公众号后台发送关键字“高中案例”,可下载相关资料文件,如有其他咨询,请添加微信:DFRobot2019。
高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统图27



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