資源簡介

(共12張PPT)
第七課 校園數字氣象站實時傳輸
從數據采集到智能反饋
本課程將探討智能氣象站的工作原理，從終端角色與硬件連接到編程實現與調試，最后延伸至家庭應用場景。
導入：
上一課我們完成了校園數字氣象站感知層的搭建，實現了氣象數據采集、智能終端訂閱氣象數據。本課我們需要探究校園數字氣象站的實時傳輸過程，以及如何通過移動終端實現對校園氣象的實時監控和反饋控制。
觀看視頻，看看氣象站如何在實際生活中幫助我們！
校園氣象站的"無人值守"秘密
1
核心問題
如何通過移動終端實現對校園氣象的實時監控和反饋控制？
2
互動問題
為什么需要兩塊主控板？
探索：
主控板不僅可以存儲數據，還可以顯示氣象數據。為了便于遠端查看數據、實現反饋控制，需要使用兩塊主控板。
一塊作為移動終端，用于實時查看數據、控制窗戶的開和關，需要將其接入網絡中
另一塊作為智能終端,用于與移動終端進行數據交互、實時傳輸
智能終端 VS 移動終端
做一做：請對比智能終端和移動終端的異同并填寫在下面的框中
對比項
智能終端
移動終端
功能
收集、存儲、上傳數據
顯示數據、發送控制指令
網絡連接方式
連接傳感器與移動終端
接入互聯網/局域網
數字氣象站系統架構
連接
通過智能終端與網絡連接，實現數據實時傳輸，將數據傳輸到移動終端，以便用戶能便捷地控制窗戶的開、關，查看氣象數據。
數據管理
智能終端按照其時隙不斷地保存和上傳各類氣象數據，智能終端收到各類傳感器值后，以Wi-Fi或者藍牙將數據上傳給各類終端設備。
反饋控制
各終端設備也可以通過Wi-Fi或者藍牙將控制命令發送給智能終端，再由智能終端操控舵機，實現反饋控制。
設計：
做一做：
(1)根據校園數字氣象站系統架構圖以及系統功能，列出硬件清單；
(2)通過Wi-Fi將智能終端和移動終端進行連接；
(3)將移動終端與計算機端連接起來，然后在編輯器中編寫程序并上傳到移動終端上。
傳感器采集數據
風速大于閾值？
發送大風預警到SIOT
發送“無”大風預警到SIOT
接收到SIOT信息
MQTT信息=“打開窗戶？”
控制舵機開窗
控制舵機關窗
MQTT信息=“關閉窗戶？”
是
是
否
否
是
實踐：硬件搭建
1.硬件清單準備
主控板x2、舵機x1、雨量傳感器x1、氣象儀x1
2.傳感器連接
傳感器→智能終端，舵機→智能終端
實踐：程序編寫
(1) “智能終端”主控板重點程序截圖。
(2)"移動終端”主控板重點程序截圖。
實踐：運行程序
運行調試是否實現了氣象數據訂閱，能否收到大風預警，能否通過計算機端訪問智能終端獲取氣象數據。圖所示為實時的風向數據。
你掌握了嗎？
選擇題
大風預警的反饋控制中，移動終端的作用是？
A. 收集氣象數據
B. 發送關窗指令
C. 存儲歷史數據
判斷題
單塊主控板可同時實現數據采集和遠程控制。
排序題
將“開關窗流程”按順序排列
①移動終端發送指令 ②舵機關窗 ③大風觸發閾值 ④智能終端接收指令
拓展：從校園到智能家居
溫度監測
溫度傳感器采集數據
1
數據傳輸
智能終端處理并上傳
2
移動端報警
異常溫度觸發通知
3
遠程控制
用戶控制通風設備
4
討論：若網絡中斷，如何保證系統運行？（本地存儲+藍牙備用）教學教案設計
總第 7 課時
課 題 名 稱 校園數字氣象站實時傳輸
學習目標 （包含學科核心素養） 信息意識：理解實時數據傳輸在氣象監測中的實際意義，能識別智能終端與移動終端在數據交互中的角色差異 計算思維：通過編程實現終端間數據交互與反饋控制，掌握分步驟解決問題的邏輯（如連接硬件、編寫程序、調試運行） 數字化學習與創新：利用Wi-Fi/藍牙技術完成跨終端協作，設計符合功能需求的實時傳輸系統，并優化調試流程。 信息社會責任：在模擬開關窗操作中，體會自動化系統對校園安全的保障作用，初步形成技術應用的倫理意識。
問 題 類 型 學生問題 智能終端和移動終端都需要連接網絡，它們的區別到底是什么？ 如果Wi-Fi信號不穩定，是否會影響氣象數據的實時傳輸？ 編寫程序時，如何確保移動終端能正確接收大風預警并發送開關窗命令？
學科問題 1. 為什么需要兩塊主控板分別作為智能終端和移動終端？單板能否實現全部功能？ 2.數據傳輸過程中選擇Wi-Fi或藍牙的依據是什么？兩種協議的適用場景有何差異？ 3.智能終端的閾值設定與反饋控制如何體現自動化系統的邏輯閉環？
教師問題 1. 引導思考：如果想讓氣象站同時支持手機端和電腦端監控，系統架構需要如何調整？ 2.深化理解：在調試時，若舵機未按指令開關窗，可能有哪些環節出錯？如何逐一排查？
問題系統 （星號標出核心問題） 1. 為什么需要兩塊主控板分別作為智能終端和移動終端？單板能否實現全部功能？ 2.數據傳輸過程中選擇Wi-Fi或藍牙的依據是什么？兩種協議的適用場景有何差異？ 3.智能終端的閾值設定與反饋控制如何體現自動化系統的邏輯閉環？
問題探究流程 導（問題引導）、學（自主探究）、探（合作探究）、測（課堂檢測）、拓（知識拓展）
導（問題引導）： 情境創設： 播放一段“校園突遇大風，氣象站自動關窗”的動畫視頻，引發學生興趣。 核心問題： “氣象站如何實現‘無人值守’的智能關窗？遠程控制需要哪些技術支持？” 互動活動： “腦暴快答”：分組列舉“遠程監控”的關鍵技術（如網絡、傳感器、編程）。 埋下懸念：展示兩塊主控板的實物，提問：“為什么需要兩塊板？它們分工有何不同？” 知識點： 實時傳輸的價值（信息意識）； 智能終端與移動終端的角色分工（計算思維）。 學（自主探究）： 自主探究任務： 任務1：終端角色解密 知識點：智能終端（數據存儲+上傳）、移動終端（數據展示+控制）。 活動：根據教材“寫一寫”表格，自主對比兩者異同（功能、連接方式）。 答案示例： 對比項智能終端移動終端功能收集數據、上傳、執行命令顯示數據、發送控制指令網絡需求需連接傳感器和移動終端需接入互聯網/局域網
任務2：硬件連接模擬 知識點：主控板、傳感器、舵機的連接邏輯。 活動：完成“硬件接線圖”（參考教材圖4）。 重點：雨量傳感器→智能終端；舵機→智能終端；雙板通過Wi-Fi互聯。 三、探（合作探究）： 合作探究任務： 任務：編程闖關賽 分組角色：程序員（寫代碼）、測試員（調試）、架構師（畫流程圖）。 關卡1：補全開關窗流程圖（教材圖3空白部分） 知識點：閾值判斷→預警發送→指令接收→舵機控制。 答案： 大風預警觸發 → 移動終端彈出警告 → 用戶點擊“關窗” → 命令回傳 → 智能終端驅動舵機 關卡2：連接上硬件，對主控板進行程序表寫 任務：參考教材P43頁，合作完成主控板程序編寫。 關卡3：運行程序 運行調試是否實現了氣象數據訂閱，能否收到大風預警，能否通過計算機端訪問智能終端獲取氣象數據。 四（課堂檢測）： 課堂檢測題目設計: 選擇題： 大風預警的反饋控制中，移動終端的作用是？（答案：B） A. 收集氣象數據 B. 發送關窗指令 C. 存儲歷史數據 判斷題： 單塊主控板可同時實現數據采集和遠程控制。（答案： 需分工協作） 排序題： 將“開關窗流程”按順序排列（答案：③→①→④→②） ①移動終端發送指令 ②舵機關窗 ③大風觸發閾值 ④智能終端接收指令 五、拓（知識拓展）： 活動設計： 任務1：跨學科應用 場景：設計“家庭智能溫室”，需實現溫度超標自動開窗。 討論： “藍牙/Wi-Fi如何選擇？若家庭網絡癱瘓，如何保證系統運行？” 答案：短距離用藍牙（低功耗），長距離用Wi-Fi；增加本地存儲作為備用。 任務2：倫理辯論 辯題： “自動化系統是否會導致人類過度依賴技術？” 引導：結合校園安全（保障）與隱私風險（數據監控）展開討論。
板 書 設 計 校園數字氣象站實時傳輸
一、終端角色對比 智能終端：采集數據 → 存儲上傳 → 執行命令（舵機） 移動終端：接收數據 → 顯示監控 → 發送指令 二、數據傳輸流程 傳感器 → 智能終端 →（Wi-Fi/藍牙）→ 移動終端 → 用戶控制 → 反饋至智能終端 三、關鍵步驟 1. 硬件連接：雙主控板 + 傳感器 + 舵機 2. 編程邏輯：閾值判斷 → 預警 → 指令傳輸 → 執行 3. 調試核心：網絡穩定性 + 代碼糾錯
教 學 反 思 校園數字氣象站實時傳輸
1.技術工具的適切性 虛擬仿真平臺（如Tinkercad）雖能降低硬件操作門檻，但部分學生在拖動接線時仍存在邏輯混亂。后續可增加“分步接線引導動畫”，強化傳感器與終端的連接邏輯。 2.合作探究的深度 編程闖關中，測試員角色易淪為“旁觀者”，需設計更細化的分工任務（如記錄錯誤日志、設計測試用例），確保全員深度參與。
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