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【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统

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信息科技跨学科案例-八年级 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”。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图1

视频


项目来源

在“校园气象站系统”项目中, 学生将使用云雀气象仪,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“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“服务器端”和“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。

项目简介
在“校园气象站系统”项目中, 学生将使用云雀气象仪,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“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“服务器端”和“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。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图18


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。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图2

“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,使用第一块行空板作为智能终端,连接传感器与执行器。使用第二块行空板构建服务器,同时作为移动终端,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。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图3

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。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图4

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。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图5

项目数据表

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图6

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图7

风速数据

硬件简介

在校园气象站系统中,使用主控器结合传感器、执行器和转换线,实现项目功能。

主控器为行空板。

传感器包括云雀气象仪。

执行器
包括舵机。

转换线包括PH2.0转杜邦公头数字量连接线。

各硬件功能介绍如右表。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图8

硬件接线原理

“校园气象站系统”的硬件接线原理图如下。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图9


“校园气象站系统”接线原理图

硬件接线实物

“校园气象站系统”的硬件接线实物图如下。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图10

“校园气象站系统”接线实物图

流程图

在“校园气象站系统”中,“智能终端”行空板的界面如下图,功能流程图如右。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图11

“智能终端”行空板界面图


【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图12

“智能终端”行空板流程图

在“校园气象站系统”中,“服务器端/移动终端”行空板的界面如下左图,功能流程图如下右图。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图13

“服务器端/移动终端”行空板界面图


【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图14

“服务器端/移动终端”行空板流程图

重点程序截图

“智能终端”行空板重点程序截图。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图15

“发送大风预警”程序

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图16

“控制门窗”程序

“服务器端/移动终端”行空板重点程序截图。

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图17

“远程控制门窗”程序

【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图19

“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,左侧为气象仪器和行空板屏幕,右侧为校园教室,其中教室窗户通过舵机控制开合。


【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 校园气象站系统图20

附件下载
下载附件01 程序.rar
下载附件03 PPT.rar
下载附件04 硬件连线图.rar
下载附件05 木质切割文件.rar
下载附件06 硬件清单.rar






北狄蛮蛮  学徒

发表于 2024-1-17 10:23:06

之前案例没有更新前,是风向还是风速传感器来着,很大,也很贵,我买了很多,结果过来一学期一看,又变成云雀气象仪了,程序都变了,真变化的太快了,花钱的速度赶不上硬件更新的速度,学习的速度赶不上课标变化的速度,对这个学科累了
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木子呢  管理员
 楼主|

发表于 2024-1-17 11:05:40

北狄蛮蛮 发表于 2024-1-17 10:23
之前案例没有更新前,是风向还是风速传感器来着,很大,也很贵,我买了很多,结果过来一学期一看,又变成云 ...

之前的也可以继续用的哦,用在室外室内社团实践都可以,只是在实践过程中,教学里的需求在变化,云雀是更适合室内大班教学的,而且便携,所以老师可以根据自己的情况选择是否要更新,教学的最终目的都是让学生学会知识,器材只是工具,所以原来的器材老师想用也还是可以继续用的,如果使用过程中有什么技术问题,我们也是一样的会提供技术支持,帮助您解决问题的,服务不会减弱的哈,老师可以放心!
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