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【挑战二】基于物联网的温室效应分析模拟器 中等

头像 阿琛 2022.11.22 121 2

一、设计背景

 

现象:全球变暖

    目前地球正在不断变暖,地球升温后会带来一系列的问题:地球上会增加病虫害;气候反常,海洋风暴增加;两极温度升高,导致冰川融化。会让北极熊和企鹅失去家园,也会使海平面不断上升等。

 

原因:温室效应

    由于温室效应,地球表面被太阳照射后,热量被大气吸收,散发不出去,就像温室一样,会使地球温度升高。那么为什么会产生温室效应呢?造成温室效应的罪魁祸首是大气中逐年增加的二氧化碳等温室气体的排放。

 

分析:需要让人们认识到温室效应的严重危害

    从身边的每一件小事做起,呼吁大家做到节能减排,每个人都应尽力去做到低碳环保,从而保卫我们共同的家园。所以我们制作了这样一个模拟温室效应的装置,可以清晰直观的让人们看到温室内和温室外,在同样的太阳照射下,室内外温度的差别,以及散热的速度等。

温室效应示意图.jpg

二、作品介绍

作品完成效果实拍-开灯.JPG

    我们将两个相同的气压温度传感器(BMP288),分别连接在两个掌控板上,通过掌控板可以实时看到温度值的变化,并通过物联网传输到电脑上,同步绘制出温度折线图,便于更好的对比观察。我们把其中一个气压温度传感器裸露在空气中,模拟正常情况下的温度变化;另一个用保鲜膜和水桶罩住,并在底部打上热熔胶密封,里面放置了二氧化碳发生装置,模拟温室效应情况下的温度变化。在两个传感器的正中间,放置了台灯,模拟太阳光照的效果,使实验升温更迅速,变化更明显。

 

    通过实验,我们观察到,”温室“内通过光照,温度升温很快。在关灯之后也是”温室“内的温度降得很慢,会很长时间保持较高的温度。我们也曾拿冰块模拟冰川进行实验,”温室“内的冰块融化会比”温室“外的快很多。保护地球,阻止温室效应,已经是迫在眉睫的任务了。

 

三、作品构成

 

作品由两部分组成:温度采集端,电脑数据绘制端。

 

1、温度采集端:有两组温度采集端,分别命名为A端和B端。每组均由掌控板、扩展板、气压温度传感器构成。A端和B端都连接和电脑相同的wifi,并且都连入局域网内构建的SIoT物联网中。每隔1秒,A端和B端都向电脑C端发送温度数据,并同时刷新掌控板屏幕上的温度值。

 

2、电脑数据绘制端:命名为C端。电脑也接入相同的wifi和SIoT物联网,采用mind+的实时模式进行编程。分别设置两个角色,并让角色隐藏。这两个角色分别接收A端和B端发送的数据,根据数据值的变化,让这两个角色用红色和蓝色分别绘制出温度的折线图,这样我们可以非常直观的看到室内和室外温度的差异和变化。

材料清单

  • 掌控板 X2
  • 掌控扩展板 X2
  • 气压温度传感器 X2
  • 二氧化碳发生装置 X1
  • 台灯 X1

 

四、制作过程

 

1,以dfrobot的黑色礼盒为外观主体,在盒子上量好尺寸后,设计几个开孔。分别把台灯、掌控板、气压温度传感器固定在里面。

IMG_2446.JPG

2,把矿泉水桶截取中段,用热熔胶固定在美化后的盒子外侧。并把掌控板和传感器都分别固定好。矿泉水桶中放置好室内的传感器后,用保鲜膜覆盖好矿泉水桶,使它成为密封状态。

IMG_2459.JPG

3,通过启动SIOT终端,构建局域网内的物联网平台。

QQ截图20221122195003.png

4,启动后打开物联网平台地址,对设备进行配置。

物联网平台的地址就是本机ip地址,后面要加端口号8080。

账号:siot

密码:dfrobot

QQ截图20221122195631.png

5,成功启动物联网平台后,需要用mind+编程软件,为掌控板进行编程。

掌控板需要连接与电脑相同的wifi,连接成功后,为掌控板连接物联网平台。这部分AB端的掌控板都相同。

QQ截图20221122200112.png

MQTT的初始化参数部分要选择siot的物联网平台,并且输入刚刚在浏览器中打开的服务器地址(不写端口号)、账号、密码。Topic_0可以自己定义,这里的格式为:项目名/设备名。如下图所示:temp1就是我的项目名,A就是我A端掌控板的设备名。

QQ截图20221122200121.png

6,两个掌控板依次设置好后,连接设备,并进行测试。这时会发现在浏览器的物联网端能够显示出我们的项目及设备,那就说明连接成功了。

QQ截图20221122200712.png

点击查看设备列表,可以看到该项目下对应的设备。

QQ截图20221122200719.png

7,掌控板连接好之后,我们还需要为我们的电脑C端,进行连接。

C端的代码采用实时模式,也就是我们需要舞台和角色,要在舞台上进行绘图。我们为舞台进行编程,让物联网的连接程序写在舞台上。

点击扩展,先扩展网络服务中的MQTT模块。

QQ截图20221122201147.png

8,扩展之后,为c端进行物联网设置。这里的MQTT参数也是选择siot,服务器地址、账户、密码同上面的掌控板设置都相同。topic需要设置两个,分别连接掌控板A和掌控板B。

QQ截图20221122200945.png

到这里,基础的物联网连接设置就完成了。

 

五、编程实现

 

1、掌控板A端(室内)

需要连接室内的那个温度传感器,实时读取室内的温度,显示在掌控板的屏幕上,并同步每隔一秒将数据发送到物联网端。

如果温度超高,那么发出报警音,并让掌控板的rgb灯显示为红色,温度下降后,报警音和rgb都停止。

QQ截图20221122201709.png

2、掌控板B端(室外)

需要连接室外的那个温度传感器,实时读取室外的温度,显示在掌控板的屏幕上,并同步每隔一秒将数据发送到物联网端。

代码和A端相同,只有最后的MQTT发送消息至Topic_1。

3、电脑绘图C端

(1)绘制背景

背景需要呈现出一个坐标系的效果,我们通过手动绘制,来实现坐标系的呈现。横坐标为时间轴,纵坐标为温度。温度最大值是50,最小值为10。

QQ截图20221122202126.png

(2)背景的代码

背景部分除了为物联网进行连接之外,为了更直观的看出温度的差值,我们在这里重复的计算室内和室外的温度差。

QQ截图20221122202224.png

(3)室内外温度折线图绘制

选取两个角色,分别命名为室内和室外。并将两个角色的大小尽可能的调整到最小,先调试代码,成功无误后,可以把角色隐藏。扩展图形化的画笔功能,并为室内角色设置画笔颜色为红色,室外角色设置画笔颜色为蓝色。根据实时接收到的物联网数据,分别将室内温度和室外温度的值,映射在坐标系上,通过画笔绘制出温度变化的折线图。

室内角色的编程:

QQ截图20221122202442.png

室外角色的编程:

QQ截图20221122202706.png

六、加入二氧化碳发生装置,并测试程序

 

二氧化碳发生装置由明矾和小苏打等比例混合后,加入少量水,两者发生化学反应,会释放出二氧化碳,通过细管,将二氧化碳导入模拟器室内的水杯中,这样可以观测到二氧化碳的产生情况。

 

IMG_2633.JPG

评论

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  • Joanna.li

    Joanna.li2022.12.01

    有可视化的分析了温室效应的结果,很好的科学探究项目

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    • 小不丁

      小不丁2022.11.25

      你怎么得来的掌控板

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