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川教版信息技术九年级上册《建造智能温室》教学设计
课题
建造智能温室
单元
第二单元
学科
信息技术
年级
九年级
学习目标
了解智能温室的搭建方法。体验软、硬件设备互通调试和简单的编程控制。体验物联网云服务平台的编程配置。
重点
了解智能温室的制造思路
难点
按照项目设计思路，对智能温室项目实践
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
通过上一课的学习，我们知道了如何设计智能温室，那么具体应该怎么操作呢？下面，让我们一起来学习一下吧！按照项目设计思路，智能温室项目实践分为搭建温室、调试设备、编程控制和远程监控四个步骤。下面一起来动手实践。
听老师讲解
复习上单元内容，调动学生学习的积极性，引出今天的学习内容。
讲授新课
搭建温室1.搭建温室主体结构温室的大小、材质和样式可根据植物的大小和多少来设计。常见的透明塑料、塑料薄膜等均可用作全覆盖或部分覆盖的材质。在温室的主体设计与搭建中应注意预留通风、水管、光照和加热等装置的位置和空间。温室搭建参考图2-2-1所示。2.连接环境传感器（1）土壤温湿度传感器的连接将土壤温湿度传感器接线端插入主控板A1接口，如图2-2-2所示。（2）空气温湿度传感器的连接将空气温湿度传感器接线端插入主控板D3接口，如图2-2-3所示。（3）光照传感器的连接将光照传感器接线端插入主控板D2接口，如图2-2-4所示，并观察光照传感器电源指示灯是否处于点亮状态。3.连接继电器将继电器接线端插入主控板D4接口，如图2-2-5所示。将风扇、植物补光灯、加热器、水泵串联到继电器控制端，通过继电器控制它们的运行。主要硬件设备连接后如图2-2-6所示。4.部署硬件设备如图2-2-7所示，在温室空间中合理部署各类环境传感器并做好固定。
调试设备1.平台介绍为了保证接入温室的设备正常运行，需要将它们连接到编程平台上进行设备调试。搭建好的温室通过主控板连线与计算机USB接口（该接口支持串口通信）相连，如图2-2-9所示。计算机需安装可视化图形编程平台mixly-arduino，如图2-2-10所示。
2.调试运行（1）土壤传感器的调试以土壤湿度传感器为例，打开编程软件，选择模块“土壤湿度传感器”，并将“串口模块”拖到软件主界面中，如图2-2-11所示。设备的调试要用到硬件设备信息的上传和串口调试。串口监视窗口的输出值变化，表明设备连通和监测数据的变化，如图2-2-12所示。（2）空气温湿度传感器的调试选择“arduino传感器套件”，点击“串口”，选择串口打印模块，拖动两个模块到程序界面。点击“传感器类”，拖动两个空气温湿度传感器模块到程序界面并置于串口打印模块后面。选择合适的管脚（管脚#3），分别选择“获取温度”和“获取湿度”。点击“控制类”，如图2-2-13所示，拖动一个延迟模块到两个串口模块中间，并组合起来。点击“上传”，等待上传成功后打开串口监视器，并观察串口监视器输出数值。用手握住空气温湿度传感器，观察数值变化，如图2-2-14所示。（3）光照传感器的调试选择“arduino传感器套件”，点击“串口”，选择串口打印模块，并拖动到程序界面。点击“传感器类”，拖动光照传感器模块到程序界面并置于串口打印模块后面，选择合适的管脚（管脚#2），如图2-2-15所示。点击“上传”等待上传成功后打开串口监视器，并观察串口监视器输出数值。用手遮住光照传感器，观察数值的变化，如图2-2-16所示。（4）继电器的调试从“输入输出类”，拖动两个数字输出模块到编程页面，从“控制类”拖动两个延时模块到编程页面并组合，如图2-2-17所示。点击“上传”，等待上传成功后，观察继电器是否每隔5秒进行一次动作。动作时会听到明显的“嗒嗒”的声音，指示灯根据闭合和断开状态会点亮和熄灭，如图2-2-18所示。调试运行成功，代表这些接入设备已经和编程平台连接完成，可以进行数据信息和控制信息的互通了。编程控制要使温室具备智能，仅让设备与控制板互通还远远不够，还要监测环境数据，并实现对环境的控制调节。要实现对光照、空气温湿度和土壤温湿度的监测与控制，这些功能需要编写程序。编程控制的方案不止一种，这里介绍云平台编程控制的方案。1.网络传输功能的实现为了把温室里部署的设备接入到云平台，需要一个具有联网功能的模块。这里选用一款基于Wi-Fi智能控制芯片的网络传输模块（ESP8266-wifi），它既可以为现有设备添加联网功能，又可以作为智能网关，如图2-2-19所示。将该网络传输模块插入主控板串口通信接口（D9、D10）处，如图2-2-20所示。此网络传输模块在使用前，需要为它进行程序预置。程序预置教程见教材配套资源平台。2.云平台的支持将前面介绍的传感器等硬件设备通过智能网关（前述网络传输模块）接入到云服务器端（即物联网云平台），用手机或者电脑远程登录到物联网云平台，即可实现远程查看温室数据、远程控制远端硬件的操作。智能温室网络连接如图2-2-21所示。什么是云平台呢？云计算平台也称为云平台，是指基于硬件资源和软件资源的服务，提供计算、网络和存储能力。云计算平台可以划分为3类：以数据存储为主的存储型云平台，以数据处理为主的计算型云平台以及计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。3.云平台与温室的信息互通使用账号和密码，登录“校园物联一云平台”，如图2-2-22所示。如图2-2-23所示，点击左侧“Topo图”按钮，进入项目场景节点选择界面，如图2-2-24所示，双击选择“校园智能化温室”。传感器等硬件设备接入主控板后，主控板将采集到的数据通过无线网络实时传输到云端的中控平台。在平台上，要区别多个设备，必须有对应设备识别的标识，就像个人的身份证一样，这种标识叫设备身份ID（ClientID，又叫设备ID）。从平台获取它的方式如图2-2-25所示。有了云平台的支持，本地的编程控制只需完成传感器等设备的数据接收，剩下的控制逻辑全部交由远端云平台完成，逻辑配置方法见“远程监控”。本地程序如图2-2-26、图2-2-27和图2-2-28所示。
远程监控要通过电脑或手机远程监控温室的生长环境，还需要在云平台上做一些必要的配置。进入项目配置场景界面，在这里可进行设备的联动控制等配置。将左侧菜单栏中的图标拖拽到画布中，并进行设置。拖拽一个传感器设备到画布中，右键点击图标选择“绑定设备”，如图2-2-29所示。依次将空气温度图标、空气湿度图标和土壤温湿度图标拖动到右侧，然后选择设备并绑定。绑定后，即实现可视化的监测，如图2-2-30所示。接下来，根据温室需要达到的目标条件，在云平台上进行相关逻辑配置，实现设备的联动控制。逻辑配置方法如图2-2-31和图2-2-32所示。任务三请你根据水仙花的养护需要，登录云平台，完成智能温室的逻辑配置和测试。以下条件可做参考：（1）土壤湿度低于50%时，打开水泵浇灌；土壤湿度高于70%时，关闭水泵。（2）空气温度低于10℃时，打开加热器，关闭通风风扇；空气温度高于20℃时，关闭加热器，打开通风风扇。（3）设置每天8~18时（10小时）关闭植物补光灯；期间，光照度小于400Lux时打开植物补光灯，光照度大于500Lux时关闭植物补光灯。在实际应用中，还可以通过手机端进行逻辑配置，实现远程监控。至此，智能温室的项目实践目标完成，已成功实现了对水仙花的远程监控养护。拓展：在智能温室项目里，土壤湿度不够时，水泵通过抽取小桶中的水来浇灌。如果小桶里的水量不足，系统可以及时发出自动预警吗？请你尝试自主选择一种传感器来感知小桶内的水位情况，并实践探究水位下降报警功能。
听老师讲解
听老师讲解听老师讲解老师引申介绍何为云平台听老师讲解学生独立登录平台进行操作老师讲解课后思考
了解智能温室的搭建了解智能温室的设备调试了解智能温室的编程控制使学生对云平台有一个初步的了解了解智能温室的远程监控培养学生独立解决问题以及动手实践的能力使学生进一步了解智能温室项目的实践过程拓展思维，培养学生自主思考的能力。且对本课内容加以巩固。
课堂小结
总结本节课所学内容
学生回答
梳理本节课的知识点，完成学习目标，培养学生总结概况能力
板书设计
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精品试卷·第
2
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（共
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建造智能温室
川教版
九年级上
新知导入
通过上一课的学习，我们知道了如何设计智能温室，那么具体应该怎么操作呢？下面，让我们一起来学习一下吧！
新知导入
按照项目设计思路，智能温室项目实践分为搭建温室、调试设备、编程控制和远程监控四个步骤。
下面一起来动手实践。
新知讲解
搭建温室
1.搭建温室主体结构
温室的大小、材质和样式可根据植物的大小和多少来设计。常见的透明塑料、塑料薄膜等均可用作全覆盖或部分覆盖的材质。在温室的主体设计与搭建中应注意预留通风、水管、光照和加热等装置的位置和空间。
温室搭建参考图2-2-1所示。
合作探究
搭建温室
2.连接环境传感器
（1）土壤温湿度传感器的连接将土壤温湿度传感器接线端插入主控板A1接口，如图2-2-2所示。
（2）空气温湿度传感器的连接将空气温湿度传感器接线端插入主控板D3接口，如图2-2-3所示。
（3）光照传感器的连接
将光照传感器接线端插入主控板D2接口，如图2-2-4所示，并观察光照传感器电源指示灯是否处于点亮状态。
合作探究
搭建温室
3.连接继电器
将继电器接线端插入主控板D4接口，如图2-2-5所示。
将风扇、植物补光灯、加热器、水泵串联到继电器控制端，通过继电器控制它们的运行。主要硬件设备连接后如图2-2-6所示。
合作探究
搭建温室
4.部署硬件设备
如图2-2-7所示，在温室空间中合理部署各类环境传感器并做好固定。
调试设备
新知讲解
1.平台介绍
为了保证接入温室的设备正常运行，需要将它们连接到编程平台上进行设备调试。
搭建好的温室通过主控板连线与计算机USB接口（该接口支持串口通信）相连，如图2-2-9所示。
计算机需安装可视化图形编程平台mixly-arduino，如图2-2-10所示。
调试设备
新知讲解
2.调试运行
（1）土壤传感器的调试
以土壤湿度传感器为例，打开编程软件，选择模块“土壤湿度传感器”，并将“串口模块”拖到软件主界面中，如图2-2-11所示。
设备的调试要用到硬件设备信息的上传和串口调试。串口监视窗口的输出值变化，表明设备连通和监测数据的变化，如图2-2-12所示。
调试设备
新知讲解
（2）空气温湿度传感器的调试
选择“arduino传感器套件”，点击“串口”，选择串口打印模块，拖动两个模块到程序界面。
点击“传感器类”，拖动两个空气温湿度传感器模块到程序界面并置于串口打印模块后面。选择合适的管脚（管脚#3），分别选择“获取温度”和“获取湿度”。
点击“控制类”，如图2-2-13所示，拖动一个延迟模块到两个串口模块中间，并组合起来。
点击“上传”，等待上传成功后打开串口监视器，并观察串口监视器输出数值。
用手握住空气温湿度传感器，观察数值变化，如图2-2-14所示。
调试设备
新知讲解
（3）光照传感器的调试
选择“arduino传感器套件”，点击“串口”，选择串口打印模块，并拖动到程序界面。
点击“传感器类”，拖动光照传感器模块到程序界面并置于串口打印模块后面，选择合适的管脚（管脚#2），如图2-2-15所示。
点击“上传”等待上传成功后打开串口监视器，并观察串口监视器输出数值。
用手遮住光照传感器，观察数值的变化，如图2-2-16所示。
调试设备
新知讲解
从“输入输出类”，拖动两个数字输出模块到编程页面，从“控制类”拖动两个延时模块到编程页面并组合，如图2-2-17所示。
点击“上传”，等待上传成功后，观察继电器是否每隔5秒进行一次动作。动作时会听到明显的“嗒嗒”的声音，指示灯根据闭合和断开状态会点亮和熄灭，如图2-2-18所示。
调试运行成功，代表这些接入设备已经和编程平台连接完成，可以进行数据信息和控制信息的互通了。
（4）继电器的调试
新知讲解
编程控制
要使温室具备智能，仅让设备与控制板互通还远远不够，还要监测环境数据，并实现对环境的控制调节。要实现对光照、空气温湿度和土壤温湿度的监测与控制，这些功能需要编写程序。
编程控制的方案不止一种，这里介绍云平台编程控制的方案。
新知讲解
编程控制
1.网络传输功能的实现
为了把温室里部署的设备接入到云平台，需要一个具有联网功能的模块。这里选用一款基于Wi-Fi智能控制芯片的网络传输模块（ESP8266-wifi），它既可以为现有设备添加联网功能，又可以作为智能网关，如图2-2-19所示。
将该网络传输模块插入主控板串口通信接口（D9、D10）处，如图2-2-20所示。
此网络传输模块在使用前，需要为它进行程序预置。程序预置教程见教材配套资源平台。
新知讲解
编程控制
2.云平台的支持
将前面介绍的传感器等硬件设备通过智能网关（前述网络传输模块）接入到云服务器端（即物联网云平台），用手机或者电脑远程登录到物联网云平台，即可实现远程查看温室数据、远程控制远端硬件的操作。智能温室网络连接如图2-2-21所示。
新知讲解
编程控制
什么是云平台呢？
云计算平台也称为云平台，是指基于硬件资源和软件资源的服务，提供计算、网络和存储能力。云计算平台可以划分为3类：以数据存储为主的存储型云平台，以数据处理为主的计算型云平台以及计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。
新知讲解
编程控制
3.云平台与温室的信息互通
使用账号和密码，登录“校园物联一云平台”，如图2-2-22所示。
如图2-2-23所示，点击左侧“Topo图”按钮，进入项目场景节点选择界面，如图2-2-24所示，双击选择“校园智能化温室”。
编程控制
传感器等硬件设备接入主控板后，主控板将采集到的数据通过无线网络实时传输到云端的中控平台。
在平台上，要区别多个设备，必须有对应设备识别的标识，就像个人的身份证一样，这种标识叫设备身份ID（ClientID，又叫设备ID）。从平台获取它的方式如图2-2-25所示。
新知讲解
编程控制
有了云平台的支持，本地的编程控制只需完成传感器等设备的数据接收，剩下的控制逻辑全部交由远端云平台完成，逻辑配置方法见“远程监控”。本地程序如图2-2-26、图2-2-27和图2-2-28所示。
新知讲解
初始化
设置设备身份ID
判断是否有传感器命令
执行继电器主体函数
每隔5s执行一次传感器
主体函数
获取空气温度并上报
获取空气湿度并上报
获取土壤湿度并上报
获取光照度并上报
编程控制
新知讲解
如果收到控制端高电须relayH指令
发送继电器1闭合命令给主控板，打开继电器1链接设备（如：风扇）告诉平台打开风扇成功
如果收到控制端高电频relayL指令
发送继电器1断开希令给主控板，关闭风扁
告诉平台关朗风扇成功
继电器2-4分别可连接植物补光灯、加热器和水泵
要通过电脑或手机远程监控温室的生长环境，还需要在云平台上做一些必要的配置。进入项目配置场景界面，在这里可进行设备的联动控制等配置。将左侧菜单栏中的图标拖拽到画布中，并进行设置。拖拽一个传感器设备到画布中，右键点击图标选择“绑定设备”，如图2-2-29所示。
新知讲解
远程监控
依次将空气温度图标、空气湿度图标和土壤温湿度图标拖动到右侧，然后选择设备并绑定。绑定后，即实现可视化的监测，如图2-2-30所示。
新知讲解
远程监控
接下来，根据温室需要达到的目标条件，在云平台上进行相关逻辑配置，实现设备的联动控制。逻辑配置方法如图2-2-31和图2-2-32所示。
新知讲解
远程监控
任务三
请你根据水仙花的养护需要，登录云平台，完成智能温室的逻辑配置和测试。以下条件可做参考：
（1）土壤湿度低于50%时，打开水泵浇灌；土壤湿度高于70%时，关闭水泵。
（2）空气温度低于10℃时，打开加热器，关闭通风风扇；空气温度高于20℃时，关闭加热器，打开通风风扇。
（3）设置每天8~18时（10小时）关闭植物补光灯；期间，光照度小于400Lux时打开植物补光灯，光照度大于500Lux时关闭植物补光灯。
合作探究
在实际应用中，还可以通过手机端进行逻辑配置，实现远程监控。
至此，智能温室的项目实践目标完成，已成功实现了对水仙花的远程监控养护。
合作探究
拓展：在智能温室项目里，土壤湿度不够时，水泵通过抽取小桶中的水来浇灌。如果小桶里的水量不足，系统可以及时发出自动预警吗？请你尝试自主选择一种传感器来感知小桶内的水位情况，并实践探究水位下降报警功能。
合作探究
想一想
课堂总结
总结本节课所讲内容
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