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[M10项目] 高中信息技术教学课程案例—校园气象站系统 |
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”。 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”和“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。 “校园气象站系统”功能展示 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。 系统架构图 在信息系统中,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。 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。 “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,实现服务器端与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。 “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。 “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: 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。 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。 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)。 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。 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和输出两部分。 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。 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。 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: “智能终端”行空板界面图 “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: “服务器端”行空板界面图 “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: “校园气象站系统”结构设计图 “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。 |
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