【义教指南】八年级 物联网实第18课 数据处理与分析

【义务教育信息科技教学指南】八年级 物联网实践与探索模块 第18课中要求学生使用程序自动获取物联网平台数据，并完成对数据的分析，体验物联网系统数据的获取和分析过程。描述原文如下图：

实验设计
结合指南课程中对于物联网系统数据处理和分析的实践要求，我们利用行空板M10信息科技实验盒（后称“实验盒”）上内置的WiFi模块以及可直接使用完整的Python编程的特点，落地实操，分别设计了通过开放端口获取物联网数据和利用程序处理分析数据两个实验，实验仅需要阅读、修改并运行程序，即可帮助学生直观的体验物联网数据获取的不同方式，感受用程序数据处理分析的过程，了解物联系统中处理数据的方法。

>> 实验1（18-2）：体验从物联网服务平台获取数据
>>实验2（18-3）：用Python中的Pandas模块处理环境数据

18-2 体验从物联网服务平台获取数据

活动目标
学习目标
会在物联网服务平台中查看和下载数据

能够利用API自动获取数据

实操目标
使用程序通过API从物联网服务平台上获取数据，观察原始数据特征。

活动准备

硬件清单

软件使用
Mind+编程软件x1
下载地址：https://www.mindplus.cc

活动过程
接下来，我们将通过代码自动爬取物联网平台的数据。
1. 硬件连线
长按ON/OFF按钮启动实验盒，使用USB连接线将实验盒连接到计算机。

2. 准备软件
按照下图步骤，设置Mind+软件编程方式为Python代码编程，并使用10.1.2.3完成实验盒连接。

3. 数据整理
进入SIoT的数据管理界面，确保服务器数据库中有不同的主题的数据，例如下图，其中两个湿度主题（湿度1和湿度2）主要是用来完成后面的分组数据分析。

如果检查实验盒中并没有如上主题或数据，为了方便后续课程开展，可以先将土壤湿度传感器连接到P21号引脚，创建主题，然后运行18课准备程序，运行2分钟左右，采集上课所需的数据。

数据上传以后，可以参考17课方法，进入SIoT平台主题标签查看并下载数据表格。

4. 编写程序
逐个主题数据下载有点麻烦，我们可以通过API自动获取物联网平台数据，完整程序如下图所示：

5. 运行程序
点击界面右上方的运行按钮，运行程序。

运行程序后查看终端处显示的消息。

注意：运行程序出现类似于下面左图的连接报错，先检查服务器IP地址是否填写正确和物联网服务是否开启，如仍然报错，可能是因为使用的SIoT程序未开放HTTP接口，需要运行资料中升级行空板SIOTV2程序。

5. 测试及活动记录
接下来，同学们可以仔细阅读终端输出的数据，填写实践记录表。
[实践操作]填写实践记录表：
(1) 我观察到的数据是一个包含很多字典的数据，每个字典的键代表的信息如下表（请完善下表）。

在这些信息中，我们最关注的三个信息（选择上表中的“含义”部分）是      。

(2) 对于观察到的原始数据，存在一些需要使用程序解决的问题，请参考给出的问题描述，给出简单的解决思路描述。

18-3 用Python中的Pandas模块处理环境数据

活动目标
学习目标
了解物联系统中处理数据的方法
能够利用程序处理简单的数据

实操目标
通过对数据的整理、分析得出空气的最高温最低温、光照强度大于1000的时间段以及不同土壤湿度的平均值。

活动准备
硬件清单

软件使用
Mind+编程软件x1
下载地址：https://www.mindplus.cc

活动过程
本活动将使用Pandas库将自动获取的数据进行进一步数据处理及分析，体验用程序处理数据的过程。
1. 硬件连接
长按ON/OFF按钮启动实验盒，使用USB连接线将实验盒连接到计算机。

2. 准备软件
软件准备和数据准备参考18-2文档描述。

相关库安装
本活动要使用Pandas模块处理数据，需要将行空板连接网络并参考下图方法安装。

3. 编写程序
要想使用Pandas完成环境数据的处理和分析，首先需要对原始数据进行筛选、整理、转换等操作，然后才能完成分析。
（1）原始数据处理
对于数据整理，可以直接整理所有原始数据，核心程序如下：

也可以先筛选再整理，以温度主题原始数据进行筛选、整理、异常数处理的核心程序，如下图所示：

（2）数据分析

完成了原始数据的处理以后，接下来就可以进行进一步的数据分析了。接下来我们将利用Pandas库完成对温度的最高最低值、高于1000的光照时间以及不同土壤湿度的平均值对比为例，完成代码，体验数据分析的基本方法。

a. 获取最高温度和最低温度：通过sort_values方法对数据进行排序，然后获取最低最高温度。核心程序如下图所示：

b. 分析光照强度与光照时间：通过Pandas模块的条件筛选功能筛选出光照强度大于1000的数据并显示出来，通过数据对应的时间得出光照的时间或时间段。核心程序如下图所示：

c. 分析土壤湿度：通过groupby方法对数据进行分组，再用mean（）函数求出每组的平均值。核心程序如下图所示：

注意：可直接将第四单元第十八课资源文件夹中对应的程序文件拖入“项目中的文件”使用。

4. 运行程序
点击界面右上方的运行按钮，运行程序。

运行程序后查看终端处显示的消息。

注意：运行程序，如果出现下图错误，说明未正确安装pandas库，请重新安装。

5. 测试及活动记录
接下来，同学们可以根据活动过程操作一下并将结果记在表中。
[实践操作]填写实践记录表：

(1) 我得到的最高温度是            ，最低温度是            。

(2) 我得到的光照强度大于1000的时间或时间段是             。

(3) 我得到的两个湿度相关主题的平均湿度是：