資源簡介

(共27張PPT)
義務教育信息科技（2024）六年級　　　　　　　　　　
第1課時
第五單元　智能種植有方法
六年級下冊
第18課 土壤濕度控制好
1
2
了解土壤濕度控制系統的工作原理。
能熟練繪制算法流程圖。
學習目標
3
通過體驗采集數據的過程，進一步了解閾值的作
用和閉環控制的特點。
第18課　土壤濕度控制好
上節課，我們設計了自己的種植園，分析了相關控制系統的工作過程。接下來將通過實驗，分析和驗證土壤濕度控制系統的工作原理，嘗試搭建土壤濕度控制系統。
往年，小夏媽媽比較擔心院子里種的西紅柿幼苗，由于雨水偏多，幼苗的根腐爛。今年，小夏搭建了種植園控制系統，就能比較精準地控制土壤的濕度，保證幼苗的存活率了。
一起走進這個土壤濕度控制系統，分析它是怎么工作的。
問題情境
第18課 課堂導入
學習活動
一 了解土壤濕度控制系統的基本組成
三 分析控制土壤濕度的算法
二 分析濕度控制系統的工作原理
第18課 學習活動
第18課　土壤濕度控制好
土壤的含水量會極大地影響農作物的產量和大部分植物的生長。土壤濕度過低，影響植物生長的速度和品質，嚴重缺水則會導致植物枯萎和死亡。而土壤濕度過高，土壤通氣性變差，會造成爛根死根等，從而影響植物的正常生長。因此，灌溉是作物生長中非常重要的一個環節。
在土壤濕度控制系統中，主要包括土壤濕度傳感器、系統控制器、噴灌設備等相關硬件模塊。
第18課 學習活動
一、了解土壤濕度控制系統的基本組成
第18課 學習活動
【問題】土壤濕度傳感器是怎樣工作的呢？
檢測土壤濕度
計算
噴灌設備工作
一、了解土壤濕度控制系統的基本組成
土壤濕度傳感器是用于檢測土壤中的水分的傳感器。土壤濕度傳感器通過判斷土壤中水分含量的多少來判定土壤濕度的大小。
工作過程：當傳感器探頭懸空時，土壤濕度傳感器輸出的數據為0；當傳感器探頭插入土壤中時，電路處于導通狀態，輸出土壤濕度數據。
【問題】濕度控制系統如何利用土壤濕度傳感器完成土壤含水量的控制呢？
第18課 學習活動
一、了解土壤濕度控制系統的基本組成
1．觀察一個簡易土壤濕度控制系統的組成。
第18課 學習活動
二、 分析濕度控制系統的工作原理
2．運行控制系統，利用傳感器采集5 個土壤濕度數據，觀察顯示的濕度數據以及對應的噴灌器狀態（是否噴水）。
第18課 學習活動
探究的問題 1 2 3 4 5
對應的土壤濕度數據
噴灌器是否噴水
3．你找到濕度傳感器中設定的濕度閾值是多少？
二、 分析濕度控制系統的工作原理
4．觀察思考：土壤濕度改變了，相當于改變了控制系統的什么？導致控制系統發生什么變化？
第18課 學習活動
濕度改變了，傳感器獲取的濕度數據也改變了，控制系統隨后的工作環節會發生什么改變呢？
會改變“計算”環節得到的結果。
閾值是控制系統狀態發生變化的一個重要條件，改變了閾值，就改變了控制系統狀態發生變化的條件。
二、 分析濕度控制系統的工作原理
第18課 學習活動
二、 分析濕度控制系統的工作原理
土壤濕度的改變，相當于改變了控制系統的輸入。
經過計算，輸出會發生相應的變化，導致噴灌器的狀態也隨之變化，從而實現對土壤濕度的控制。
閾值是控制系統狀態發生變化的一個重要條件，改變了閾值，就改變了控制系統狀態發生變化的條件。
第18課 學習活動
三、分析控制土壤濕度的算法
土壤濕度傳感器檢測的是土壤的濕度（連續量），然后根據這個數據控制噴灌器的開關（開關量）。
請根據活動2中你記錄（或者設置）的一個濕度數據，把它作為閾值，補充控制土壤濕度的算法流程圖。
第18課 學習活動
看看右邊三個答案，應該放到哪個框里？
土壤濕度超閾值？
不啟動噴灌器
啟動噴灌器
三、分析控制土壤濕度的算法
第18課 學習活動
你填對了嗎？
土壤濕度超閾值？
不啟動噴灌器
啟動噴灌器
三、分析控制土壤濕度的算法
填寫輸入狀態和輸出狀態的真值表（用1和0來填寫，1表示真，0表示假）。
第18課 學習活動
土壤濕度超過閾值 噴灌器啟動
土壤濕度和噴灌器狀態真值表
三、分析控制土壤濕度的算法
1
0
0
1
問題：
1．“監測濕度—判斷濕度是否超標—控制噴灌器工作”這個過程是否屬于閉環控制？
第18課 學習活動
2．如果要結束土壤控制系統的工作，是否只能關閉電源？
是，屬于閉環控制。
是，要關閉電源，才能讓它停止工作。
三、分析控制土壤濕度的算法
1．土壤濕度控制系統要用到濕度傳感器。
2．土壤濕度數據屬于連續量，把數據與閾值進行判斷，產生開關量，生成指令，控制噴灌器的狀態。
3．改變土壤濕度，相當于改變了系統的輸入，導致系統的輸出（狀態）發生了相應的變化，中間經歷了計算的環節，從而實現了對系統的控制。
4．土壤濕度的控制屬于閉環控制，正常情況下不會停止運行，需要人工干預才能停止閉環控制的過程。
第18課 課堂總結
搭建一個小型土壤濕度控制系統（真實設備或者開源硬件）。
1．器材：干燥土壤、土壤濕度傳感器、澆水設備。
2．目的：體驗傳感器檢測數據的過程，感受濕度閾值對澆水設備的控制作用。
3．要求：
① 連接硬件設備，按提示或說明進行操作；
② 記錄高濕度數據為_______，系統執行的操作是：____________；
③ 記錄低濕度數據為_______；系統執行的操作是：____________；
④ 系統設置的閾值為：______________________。
第18課 拓展與提升
硬件連接
請按器材說明，將土壤濕度傳感器、主控制器、水泵等連接到指定端口。
第18課 拓展與提升
土壤濕度數據
待標定濕度閾值
1．將濕度傳感器插入干燥土壤中，讀取濕度數據。
2．向土壤中倒入水，當土壤濕潤時，讀取濕度數據。
第18課 拓展與提升
運行程序，測試和標定濕度閾值。
填寫實驗記錄表
① 向土壤中倒入水，觀察濕度數據的變化；
② 記錄干燥土壤的濕度數據為 _______，系統執行的操作是：_________________。
③ 記錄濕潤土壤的濕度數據為 _______；系統執行的操作是：_________________。
④ 觀察程序，注意選擇的系統設置的閾值為：_______________。
修改程序中的濕度閾值，完成濕度控制系統。
第18課 拓展與提升
換一換土壤，體驗一下是如何依據濕度控制水泵澆水的。然后，思考填寫你的實驗結論。
⑤實驗結論：
你觀察到的濕度閾值是________；
你的土壤濕度控制系統的工作原理是______________________
______________________________________________________；
土壤濕度控制系統中的計算過程__________________________ ______________________________________________________。
第18課 拓展與提升
根據土壤濕度閾值補充流程圖和真值表。
土壤濕度閾值設為60%~70%，請根據下圖繪制土壤濕度超過70%的算法流程圖，并填寫輸入狀態和輸出狀態的真值表。
土壤濕度<閾值
澆水
土壤濕度>閾值
停止澆水
第18課 拓展與提升
下課啦！

展開更多......

收起↑