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第三单元
信息系统的网络
项目七
探究智能花卉养护系统——了解物联网
第三课时
了解种植环境数据的处理与反馈及花盆的自动控制
?教材分析
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，在20多年的时间里，物联网有了飞速的发展。在本节课中，需要让学生知道“物”的含义、物联网的起源、概念、原理、应用，以及互联网与物联网的区别与联系，并对物联网未来的发展趋势有所了解。通过动手组建小型的物联网，让学生了解常见的传感器及其工作原理、控制机制，以及物联网的通信技术等知识。在学习过程中进一步了解信息系统与外部现实世界的连接方式，培养学生的信息意识和计算思维。
?教学目标
1.知识与技能：
①能够了解常见的传感器及其工作原理、控制机制。
②了解信息系统与外部现实世界的连接方式。
2.过程与方法：
①通过分析智能花卉养护系统的工作过程，了解常见的传感器及其工作原理、控制机制。
②通过动手组建小型的物联网，了解信息系统与外部现实世界的连接方式。
3.情感态度与价值观：
在学习过程中进一步培养学生的信息意识和计算思维。
?教学重点
1.了解常见的传感器及其工作原理、控制机制。
2.了解信息系统与外部现实世界的连接方式。
?教学难点
1.常见传感器及其工作原理、控制机制。
?教学方法
体验法、讲授法、讨论法、示例法
?教学准备
多媒体教室、几盆植物、智能花草环境传感器、手机、Arduino开发板、ESP8266Wi-Fi?模块、无线路由器、数据线、电源适配器、手机App等。
?教学素材
教学PPT、视频、图表等。
?教学过程
一、新课导入
播放一段智能花盆视频，引出主题——了解种植环境数据的处理与反馈及花盆的自动控制。
二、了解种植环境数据的处理与反馈
虽然传感器可监测土壤、光照和温度等环境数据，但是不同的花卉需要的水分、肥力、光照和温度不尽相同。用户还需要一定的花卉养护专业知识，才能有效地利用传感器监测到的环境数据。
因此，非花卉养护专业用户可以在App中设置传感器所感知的花卉种类，通过智能手机所连接的家庭局域网或移动通信网络将花卉种类和环境数据传送到互联网中的云端。将传感器感知的环境数据与云端存储的该种类花卉生长所需的理想环境数据进行比对，并将比对结果和养护提示反馈给App。这样用户无需专业知识，根据养护提示即可完成花卉养护，如下图所示。
智能花卉养护信息系统如何与花卉植物连接在一起？
智能花草环境传感器和网络。
三、常见的传感器及其工作原理、控制机制
1.压阻式传感器测量液位的原理
2.气泡液位计的工作原理
3.扩散硅压力传感器
4.称重式物料位置计
5.电子吊秤
6.汽车衡负载传感器的原理
7.负荷传感器的应用
8.Potentiometer传感器
9.多孔氧化铝湿敏电容的原理
10.间隙型差动电容式传感器的工作原理
11.变面积电容传感器的工作原理
12.利用闭合开关检测物体位置的原理
13.电容式压力传感器
14.纵波探伤
15.横波检测
在这个万物互联的时代，传感器无疑是其中最关键的组件之一。
按照一般的划分，物联网在结构上分为感知层、网络层和应用层三个部分。其中感知层作为网络层传输的数据源头、应用层计算的数据基础，更是起到了至关重要的作用。而构成感知层的最重要组件之一就是各种各样的传感器。
盘点一下那些在物联网领域常见的传感器。
距离传感器
距离传感器根据测距时发出的脉冲信号不同，可以分为光学和超声波两种。二者的原理类似，都是通过向被测物体发送脉冲信号，接收反射，然后根据时差、角度差和脉冲速度计算出被测物体的距离。
距离传感器被广泛应用于手机和各种智能灯具中，产品可以根据用户在使用过程中的不同距离产生不同的变化。
光传感器
光传感器的工作原理就是利用光电效应，通过光敏材料将环境光线的强弱转换为电量信号。根据不同材质的光敏材料，光传感器又会有各种不同的划分和敏感度。
光传感器主要应用在电子产品的环境光强监测上。数据显示在一般的电子产品中，显示器的电量消耗高达总电量消耗的3成以上，因此随着环境光强的变化改变显示屏的亮度就成了最关键的节能手段。另外也能智能的让显示效果更加柔和舒适。
温度传感器
温度传感器从使用的角度大致可以分为接触式和非接触式两类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来通过温敏元件感知被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体保持一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线强弱，从而计算出温度的高低。
温度传感器的主要应用在智能保温和环境温度检测等和温度紧密相关的领域。
烟雾传感器
烟雾传感器根据探测原理的不同，常用的有化学探测和光学探测两种。
前者利用了放射性镅241元素，在电离状态下产生的正、负离子在电场作用下定向运动产生稳定的电压和电流。一旦有烟雾进入传感器，影响了正、负离子的正常运动，使电压和电流产生了相应变化，通过计算就能判断烟雾的强弱。
后者通过光敏材料，正常情况下光线能完全照射在光敏材料上，产生稳定的电压和电流。而一旦有烟雾进入传感器，则会影响光线的正常照射，从而产生波动的电压和电流，通过计算也能判断出烟雾的强弱。
烟雾传感器主要应用在火情报警和安全探测等领域。
四、了解智能花盆的自动控制
智能花盆的设计思维是为了让人们和其种植的盆栽之间拥有更多的交流。当花盆指示灯显示红色时，用户需要查找究竟是哪一项盆栽生活环境需要得到改善，直到人们寻找到正确的处理方式，智能盆栽的指示灯才会由红色变为绿色。这使得人们在种植盆栽前首先要了解所种植植物的生活特性。
智能花卉养护系统在传感器的支持下可以实时监测并反馈植物生长状态，使花卉养护更便捷。但养护过程中仍需要人工干预，比如人工浇水、施肥等。怎样让花卉养护变得不依赖人工，真正实现自动化、智能化？这就需要为智能花卉养护系统增加自动控制功能。
要实现自动控制功能，除了使用各类开源硬件套材设计制作控制系统外，还可以直接采用集成了传感器和自动灌溉控制系统的智能花盆。智能花盆的外层是一个储水箱，水箱底部有个水泵，可自动泵水到花盆边缘的喷水口为花卉浇水。根据传感器检测的环境数据和设定的花卉种类，当土壤湿度达到适宜该植物生长的水平后，水泵会自动关闭；当土壤湿度过低时，水泵自动开启进行浇灌，如下图所示。
智能花卉养护系统还可以实现哪些自动控制功能？
自动光照、自动控温、自动施肥等。
２．
如果要实现用户在配套
Ａｐｐ中控制浇花，该如何设计？
参见配套资源中使用开源硬件搭建智能浇花系统视频。
五、信息系统与外部现实世界的连接方式
信息系统通过输入设备，如传感器等与外部现实世界连接。如今常用的智能设备(如智能手机、平板电脑)都安装了传感器。例如，陀螺仪、像头、指纹识别器等。传感器对于信息系统的作用，如同人类的感觉器官对于大脑的作用，通过感知外部现实世界获取信息。除此之外，信息系统还通过输出和控制与外部现实世界进行连接，实现一系列操作功能，如操控机器人手臂完成工业制造等。下图所示为物联网系统与外部现实世界的连接方式，它实现了从现实世界到数字世界再到现实世界的信息流转。
六、课堂实践
随着物联网技术的发展，物联网产品层出不穷。如今结合了传感器、物联网等技术的各种智能产品不断涌现，如智能花盆、智能水杯、智能手环等。它们逐渐融入家庭生活、交通运输、工业生产、农业种植等多个领域，让人们的生活、生产变得更智能、更便捷。
请上网查阅相关资料，为自己的家庭设计物联网智能家居系统。总结其中配置的智能家电，并了解其工作原理。
智能家电
功能
传感器类型
控制方法
七、课后作业
1.选择两盆不同种类、环境要求差异性较大的植物，如一盆多肉类植物、一盆绿萝。在两个花盆中分别设置同型号智能花草环境传感器，并在
Ａｐｐ
中设置传感器对应的植物种类。参考
Ａｐｐ
中反馈的养护提示，将两盆植物的环境数据调整到最适宜生长的状态，并比较两种不同植物生长所需要的环境数据的差异。
2.在创新实验室中，模拟搭建家庭远程监控系统。
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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第三课时
了解种植环境数据的处理与反馈及花盆的自动控制
信息技术沪教版
必修2
第三单元
信息系统的网络
项目七
探究智能花卉养护系统
——了解物联网
了解智能花盆的自动控制
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常见的传感器及其工作原理、控制机制
2
了解种植环境数据的处理与反馈
1
新课导入
课堂实践
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信息系统与外部现实世界的连接方式
目
录
一、新课导入
二、了解种植环境数据的处理与反馈
虽然传感器可监测土壤、光照和温度等环境数据，但是不同的花卉需要的水分、肥力、光照和温度不尽相同。用户还需要一定的花卉养护专业知识，才能有效地利用传感器监测到的环境数据。
因此，非花卉养护专业用户可以在App中设置传感器所感知的花卉种类，通过智能手机所连接的家庭局域网或移动通信网络将花卉种类和环境数据传送到互联网中的云端。将传感器感知的环境数据与云端存储的该种类花卉生长所需的理想环境数据进行比对，并将比对结果和养护提示反馈给App。这样用户无需专业知识，根据养护提示即可完成花卉养护，如下图所示。
智能花卉养护信息系统如何与花卉植物连接在一起？
三、常见的传感器及其工作原理、控制机制
工作原理
1.压阻式传感器测量液位的原理
2.气泡液位计的工作原理
3.扩散硅压力传感器
4.称重式物料位置计
4.称重式物料位置计
5.电子吊秤
6.汽车衡负载传感器的原理
7.负荷传感器的应用
8.Potentiometer传感器
9.多孔氧化铝湿敏电容的原理
10.间隙型差动电容式传感器的工作原理
11.变面积电容传感器的工作原理
12.利用闭合开关检测物体位置的原理
13.电容式压力传感器
14.纵波探伤
15.横波检测
常见传感器
距离传感器根据测距时发出的脉冲信号不同，可以分为光学和超声波两种。二者的原理类似，都是通过向被测物体发送脉冲信号，接收反射，然后根据时差、角度差和脉冲速度计算出被测物体的距离。
距离传感器
光传感器的工作原理就是利用光电效应，通过光敏材料将环境光线的强弱转换为电量信号。根据不同材质的光敏材料，光传感器又会有各种不同的划分和敏感度。
光传感器
光传感器主要应用在电子产品的环境光强监测上。数据显示在一般的电子产品中，显示器的电量消耗高达总电量消耗的3成以上，因此随着环境光强的变化改变显示屏的亮度就成了最关键的节能手段。
光传感器
温度传感器从使用的角度大致可以分为接触式和非接触式两类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来通过温敏元件感知被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体保持一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线强弱，从而计算出温度的高低。
温度传感器的主要应用在智能保温和环境温度检测等和温度紧密相关的领域。
温度传感器
烟雾传感器根据探测原理的不同，常用的有化学探测和光学探测两种。
烟雾传感器
化学探测利用了放射性镅241元素，在电离状态下产生的正、负离子在电场作用下定向运动产生稳定的电压和电流。一旦有烟雾进入传感器，影响了正、负离子的正常运动，使电压和电流产生了相应变化，通过计算就能判断烟雾的强弱。
烟雾传感器
光学探测通过光敏材料，正常情况下光线能完全照射在光敏材料上，产生稳定的电压和电流。而一旦有烟雾进入传感器，则会影响光线的正常照射，从而产生波动的电压和电流，通过计算也能判断出烟雾的强弱。
烟雾传感器
四、了解智能花盆的自动控制
智能花盆的设计思维是为了让人们和其种植的盆栽之间拥有更多的交流。当花盆指示灯显示红色时，用户需要查找究竟是哪一项盆栽生活环境需要得到改善，直到人们寻找到正确的处理方式，智能盆栽的指示灯才会由红色变为绿色。这使得人们在种植盆栽前首先要了解所种植植物的生活特性。
智能花卉养护系统在传感器的支持下可以实时监测并反馈植物生长状态，使花卉养护更便捷。但养护过程中仍需要人工干预，比如人工浇水、施肥等。怎样让花卉养护变得不依赖人工，真正实现自动化、智能化？这就需要为智能花卉养护系统增加自动控制功能。
要实现自动控制功能，除了使用各类开源硬件套材设计制作控制系统外，还可以直接采用集成了传感器和自动灌溉控制系统的智能花盆。智能花盆的外层是一个储水箱，水箱底部有个水泵，可自动泵水到花盆边缘的喷水口为花卉浇水。根据传感器检测的环境数据和设定的花卉种类，当土壤湿度达到适宜该植物生长的水平后，水泵会自动关闭；当土壤湿度过低时，水泵自动开启进行浇灌，如下图所示。
1.智能花卉养护系统还可以实现哪些自动控制功能？
2.如果要实现用户在配套
Ａｐｐ中控制浇花，该如何设计？
五、信息系统与外部现实世界的连接方式
信息系统通过输入设备，如传感器等与外部现实世界连接。如今常用的智能设备(如智能手机、平板电脑)都安装了传感器。例如，陀螺仪、像头、指纹识别器等。传感器对于信息系统的作用，如同人类的感觉器官对于大脑的作用，通过感知外部现实世界获取信息。除此之外，信息系统还通过输出和控制与外部现实世界进行连接，实现一系列操作功能，如操控机器人手臂完成工业制造等。
六、课堂实践
随着物联网技术的发展，物联网产品层出不穷。如今结合了传感器、物联网等技术的各种智能产品不断涌现，如智能花盆、智能水杯、智能手环等。它们逐渐融入家庭生活、交通运输、工业生产、农业种植等多个领域，让人们的生活、生产变得更智能、更便捷。
请上网查阅相关资料，为自己的家庭设计物联网智能家居系统。总结其中配置的智能家电，并了解其工作原理。
智能家电
功能
传感器类型
控制方法
七、课后作业
选择两盆不同种类、环境要求差异性较大的植物，如一盆多肉类植物、一盆绿萝。在两个花盆中分别设置同型号智能花草环境传感器，并在
Ａｐｐ
中设置传感器对应的植物种类。参考
Ａｐｐ
中反馈的养护提示，将两盆植物的环境数据调整到最适宜生长的状态，并比较两种不同植物生长所需要的环境数据的差异。
谢谢
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