【新课标】信息科技跨学科案例-八年级 智慧农业温室系统 简单

本帖最后由 Doughnut 于 2022-9-30 11:43 编辑

  智慧农业温室系统

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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方向“互联智能设计”，设计了项目“智慧农业温室系统”。

项目介绍

在“智慧农业温室系统”项目中， 学生将使用土壤湿度传感器、防水温度传感器，获取农业环境数据；搭建“种子萌发环境系统”，将数据同步到物联网云平台中，通过数据分析，得出最适合种子萌发的土壤湿度；搭建“温室设备自动控制系统”，实现设备的控制与反馈，如自动浇水、自动开关遮阳棚。

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，作用是放在温室中，采集农业数据；一块行空板为“移动终端”，作用是放在中控室，远程读取农业数据和控制温室设备。

“服务器端/智能终端”行空板

“移动终端”行空板


项目视频

项目知识点

贴合新课标中八年级的内容要求，“智慧农业温室系统”核心教学以下知识点：

1. 通过物联网技术制作在线数字智慧农业温室，带领学生体验什么是万物互联。

2. 了解物联网中的传感器系统，利用土壤湿度传感器、防水温度传感器采集农业环境数据，接入物联网平台，构建简易传感物联系统。

3. 学习在物联网平台发送数据，远程控制浇水和开启遮阳棚。

4. 学习在物联网平台接收土壤湿度、土壤温度数据，读取数据并用折线图呈现数据。

5. 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，通过物联网平台长时间记录数据，探究最适合种子萌发的土壤湿度。

6. 掌握物联系统中的反馈控制，使用水泵模块、土壤湿度传感器，搭建自动浇水反馈控制系统，实现当土壤湿度较低时，启动水泵，接入舵机和防水温度传感器，搭建自动关闭遮阳棚反馈控制系统，实现当土壤温度较高时，关闭遮阳棚降温。


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。

“智慧农业温室系统”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。

（1）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。

（2）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

硬件介绍在智慧农业温室系统中，使用主控器结合多种传感器、执行器和其他模块，实现项目功能。

主控器为行空板（点击购买）。

传感器包括土壤湿度传感器（点击购买）、防水温度传感器（点击购买）。

执行器包括舵机（点击购买）、水泵（点击购买）。

其他模块包括继电器（点击购买）、电源适配器（点击购买）。

各硬件功能介绍如下表。

硬件接线原理


“智慧农业温室系统”的硬件接线原理图如下。

硬件接线实物

“智慧农业温室系统”的硬件接线实物图如下。

流程图

（1）“服务器端/智能终端”详情

在“智慧农业温室系统”中，“服务器端/智能终端”行空板的界面与功能流程图如下图。

“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

（2）“移动终端”详情

在“智慧农业温室系统”中，“移动终端”行空板的界面如下图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

（1）“服务器端/智能终端”重点程序截图

“自动浇水/控制遮阳棚”程序

“远程接收阈值”程序

（2）“移动终端”重点程序截图

“远程调节阈值”程序

“远程接收传感器数据”程序


外观结构设计

在“智慧农业温室系统”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智慧农业温室系统设计外观结构。

示例结构设计与安装完成图如下图。

整体结构模拟温室场景，右侧为多种农业环境传感器和行空板屏幕，左侧为校园教室。

“智慧农业温室系统”结构设计图

“智慧农业温室系统”安装完成图

附件下载：