資源簡介

(共45張PPT)
主題一 任務五
反饋控制有算法
（桂科2025版）八年級
下
1
核心素養目標
3
活動目標
5
練習提升
7
拓展延伸
2
新知導入
4
新知講解
6
開拓視野
活動日志
8
01
核心素養目標
信息意識
計算思維
數字化學習與創新
信息社會責任
認識科技對農業的深遠影響，理解智能灌溉系統在節約水資源和環境保護中的責任，培養可持續發展的意識。
使用傳感器和程序學習創新應用，探索如何利用技術優化資源利用，創造智能化農業解決方案。
通過分析灌溉系統的工作流程，掌握用編程解決實際問題的方法，提高邏輯思維和動手實踐能力。
理解物聯網技術在農業中的應用，以簡易蔬菜灌溉系統為例，體驗智能化管理的便利和高效性，培養科技種植的意識。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
壯壯已經實現了簡易蔬菜灌溉物聯系統的基本功能，但他還想進一步完善系統設計，最終實現自動灌溉功能。讓我們一起來幫助他吧！
02
新知導入
為什么智能灌溉相較人工調節更高效可靠？
因為它能根據實時環境條件進行自動調整，確保每個作物得到適量的水分，減少人為誤差。
02
新知導入
思考
如何確保灌溉系統正確執行操作？
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
灌溉系統通過高精度傳感器實時監測土壤濕度和其他環境條件，數據會不斷傳輸到控制程序中。程序對比實際數據與預設標準，自動調節水泵的開關狀態。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
自動灌溉系統利用高精度傳感器實時監測土壤濕度，并將數據反饋給控制中心，根據植物的具體需求自動調節澆水量。這樣可以確保植物始終獲得所需的水分，同時避免過度灌溉，保護植物的健康生長，進一步提高水資源利效率。
物聯網技術在農業中實現了智能化精準管理，通過實時數據優化資源配置，提高生產效益。
02
新知導入
思考
在生活中，掃地機器人是通過內置的傳感器檢測地面的污垢和障礙物，再利用預設的清掃路徑和算法來識別需要清掃的區域。思考一下，簡易蔬菜灌溉物聯系統是如何判斷土壤需要補充水分的？它是如何控制澆水量的？以哪種形式去反饋和控制才最合適呢？
03
新知講解
這個系統用一個小探測器（插土里）檢查干濕。如果土太干了，探測器就告訴主機“該澆水啦！”。主機接著開閥門放水，干得厲害就多澆一會兒，不太干就少澆點。最聰明的辦法是讓它“自己管自己”——探測器一直盯著濕度，夠了就關水，不夠又開，和手機自動調亮度一樣方便！
馬上行動
基于簡易蔬菜灌溉物聯系統自動灌溉功能的需求，請用線段將左右兩側進行匹配。
03
新知講解
執行器
傳感器
算法
D.決策
E.控制
F.監測
思考
簡易蔬菜灌溉物聯系統應該在哪種情況下執行灌溉呢？請結合以下選項說一說你的想法。
A.根據土壤濕度自動開啟灌溉
B.定時開啟灌溉，不管土壤是否干燥
C.使用滴灌系統代替噴灌系統
D.根據天氣預報調整灌溉計劃
03
新知講解
思考
03
新知講解
我覺得選A最合適！因為系統用土壤濕度探測器（像插在土里的小手指）判斷是否缺水，干了才自動澆水，不浪費水。B選項不管土干不干都澆，可能澆太多或不夠；C說的是怎么澆（比如慢慢滴水），不是什么時候澆；D靠天氣預報，萬一不準呢？還是直接測土壤更靠譜，就像手機自動調亮度比手動調更聰明！
小貼士
豆角生長情況與生長條件對照表見表 1-5-1。
03
新知講解
生長條件 生長情況/生長期
土壤含水量在60%~80% 生長速度較快，結英多，品質好
土壤含水量高于80% 影響產量和品質
土壤含水量低于30% 生長緩慢，結莢少
半陰半陽 幼苗期
全日照 生長期
表1-5-1
探究
結合上面的思考，和小組成員討論簡易蔬菜灌溉物聯系統的灌溉策略，并將表1-5-2和圖1-5-1補充完整。
03
新知講解
條件 決策
土壤濕度大于上限值 半陰半陽 不灌溉
全日照 不灌溉
土壤濕度(大于)下限值且(小于)上限值 半陰半陽 不灌溉
全日照 灌溉
土壤濕度(小于)下限值 半陰半陽 灌溉
全日照 灌溉
表1-5-2
探究
03
新知講解
圖1-5-1
不灌溉
灌溉
探究
03
新知講解
圖1-5-1
不灌溉
灌溉
討論
目前系統已完成“決策”灌溉的算法設計，接下來就該設計“執行”灌溉部分。這部分在硬件和程序上分別需要哪些支持？小組內展開討論，嘗試將相關核心代碼寫下來。
03
新知講解
硬件支持：
執行設備：需要水泵或電磁閥。
驅動模塊：用繼電器或晶體管電路，把微控制器的弱電信號轉換成能控制水泵的強電。
電源：水泵可能需要獨立電源。
保護電路：加二極管或保險絲，防止水泵啟動時電流過大燒壞元件。
程序支持：
控制信號：用代碼控制微控制器引腳輸出高/低電平，觸發繼電器開關水泵。
時間控制：設定灌溉時長。
反饋檢測：加水位傳感器或電流檢測，確認水泵是否真的啟動了。
討論
03
新知講解
代碼思路：
# 初始化水泵控制引腳
設置 水泵引腳 = 輸出模式
# 接收決策指令
如果 決策層發送 "需要灌溉":
打開水泵引腳（高電平）
等待10秒
關閉水泵引腳（低電平）
# 檢查反饋（比如水位是否上升）
如果 水位傳感器數值未變化:
報錯："水泵可能故障！"
否則:
保持水泵關閉
思考
在該系統中，如果傳感器檢測到土壤濕度已經足夠高，但水泵仍然開啟，可能是什么原因導致的？如何解決這個問題？
03
新知講解
如果土壤濕度夠了但水泵還在澆水，可能是：
①傳感器被土糊住了（擦干凈試試）；
②程序寫反了（比如該關水泵卻開了，檢查代碼條件）；
③控制水泵的開關電路卡住了（拔電重啟或換掉）；
④信號延遲（比如Wi-Fi太慢，讓傳感器傳數據更快點）。
就像手機充完電還不停，得檢查哪里“死機”啦！
小貼士
在搭建和維護簡易物聯系統時，通常需要注意以下幾個方面：
1.檢查傳感器是否正常工作。
2.審查控制代碼，確保邏輯正確，并且能夠正確響應傳感器的輸入。
3.及時更新操作軟件，修復已知的系統錯誤。
4.檢查電路，確保沒有短路或斷路。
5.測試執行器是否按預期工作，必要時更換損壞的部件。
6.建立定期維護計劃，檢查所有組件的工作狀態，確保系統長期穩定運行
03
新知講解
馬上行動
1.結合前期物聯系統各模塊的學習內容可知，在簡易蔬菜灌溉物聯系統中，傳感器采集的數據被送到_控制器_進行處理，然后根據__預設算法__的指令，__執行器__執行相應的動作。請你將該系統的主要工作流程圖補充完整：
03
新知講解
馬上行動
2.在物聯系統模塊整合完畢后，還需要進行完整系統調試。查閱相關資料，了解調試的內容應包括哪些方面。
03
新知講解
調試物聯網系統時，需檢查硬件（傳感器、執行器是否正常）、軟件（程序能否正確接收數據并發送指令）、設備間通信是否穩定，以及整體功能（如干燥時自動灌溉）是否達標。還要測試異常情況（斷網、斷電）下的反應，并確保長時間運行不卡頓。就像試玩新玩具車，先檢查零件再試跑，發現問題及時修！
做中學
請以小組為單位，完成簡易蔬菜灌溉物聯系統的模塊整合和功能集成。
03
新知講解
做中學
1.硬件清單：主控板x1、溫濕度傳感器x1、土壤濕度傳感器x1、水泵x1、4Pin線x2、Type-C數據線x1、帶有熱點功能的計算機x1。
03
新知講解
做中學
2.連接設備。用4Pin線將主控板和溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器連接起來，接入水泵最后通過Type-C數據線接入計算機，效果如1-5-2所示。
03
新知講解
做中學
3.編寫程序，進行系統調試。示例代碼見圖 1-5-3。
03
新知講解
做中學
03
新知講解
做中學
03
新知講解
討論
隨著科技的不斷進步和農業現代化的快速發展，物聯網技術在農業領域的應用越來越廣泛。你認為簡易蔬菜灌溉物聯系統在未來農業中會扮演什么樣的角色？
03
新知講解
未來的簡易灌溉系統會像“農田小管家”一樣！它能自動盯著土壤濕度，該澆水時立刻行動，不用人天天盯著。還能省水省電，就算天氣突然變干也不怕，蔬菜能長得更好。說不定以后還能連手機，農民叔叔在家刷視頻時，系統就默默把活兒干完啦！科技種田，超酷的！
任務拓展
物聯系統能實現的功能是多種多樣的。例如，增設攝像頭或者特殊的傳感器來監測植物的健康狀況，如果發現有病蟲害的跡象，系統可以自動發送警報到綁定的手機上。除了自動灌溉功能，簡易蔬菜灌溉物聯系統還可以擴展出哪些新功能？可能會涉及哪些新的硬件？發揮你的想象，完成表1-5-3。
03
新知講解
任務拓展
03
新知講解
拓展功能 使用硬件 具體效果
自動施肥 土壤養分傳感器 + 施肥泵 檢測土壤缺肥時自動補充營養液，蔬菜更健康！
光照調節 光照傳感器 + 補光燈 陰天自動開燈，保證植物光合作用。
病蟲害預警 攝像頭（AI識別） + 溫濕度傳感器 發現葉子長斑或蟲害，立刻手機提醒！
語音提醒 語音模塊 + 按鈕 缺水缺肥時系統“說話”：“該澆水啦！”
自動通風 溫度傳感器 + 小型風扇 大棚太熱時自動開風扇降溫，防悶壞蔬菜。
表1-5-3
小結
03
新知講解
拓展
以小組為單位，圍繞提升灌溉效率、智能化管理、資源節約與環境保護等方面改進模塊功能，進一步升級簡易蔬菜灌溉物聯系統，并寫出你的具體優化方案。例如，智能水肥一體化系統實現灌溉與施肥的同步進行，提高水肥利用效率，減少資源浪費。
03
新知講解
拓展
03
新知講解
優化方案名稱： “省心種菜小助手”
自動澆水+施肥，硬件：加一個“混合桶”（裝水和肥料）和小型抽水機。效果：土壤干了自動澆水和施肥，不用人動手！
晴天不澆水，硬件：加個“太陽傳感器”（光照傳感器）。效果：大太陽時暫停澆水，避免水被曬干浪費。
手機遠程控制，硬件：加個Wi-Fi模塊（類似手機聯網的小零件）。效果：用手機隨時看菜地濕度，還能遠程開關水泵！
雨水回收利用，硬件：菜地旁放個“雨水桶”+小水管。效果：下雨時存水，澆菜用雨水更省自來水！
總結：升級后系統會更聰明：自動看天氣澆水、手機遙控、用雨水種菜，省錢又環保！
04
拓展延伸
智能家居與農業的結合
陽臺上的“智能小菜園”：
通過智能花盆和手機App，在家里的陽臺就能種出生菜、番茄。
廚余垃圾變“肥料工廠”：
智能堆肥桶能自動分解廚余垃圾，生成有機肥料，并通過管道輸送到家庭菜園，實現循環利用。
04
拓展延伸
智能家居與農業的結合
空調也能當“菜園保姆”：
夏天開空調時，系統會聯動調節室內菜園的濕度；冬天取暖時，還能利用余熱為植物保溫。
植物的“AI家庭醫生”：
用攝像頭掃描植物葉片，AI會自動識別黃葉、蟲害，并通過手機推送“治病藥方”。
04
拓展延伸
智能家居與農業的結合
自動澆水的“隱形園丁”：
在花盆底部藏一套微型滴灌系統，連接家庭水管。濕度不足時自動滴水，全程無需人工操作。
未來廚房的“鮮活菜籃子”：
冰箱旁的智能菜架能自動調節溫度、光照，種滿香菜、薄荷。做飯時隨手摘取，新鮮直達鍋鏟。
07
活動日志
活動日志 班級：XX 姓名：XX
活動名稱 反饋控制有算法
活動環節 1了解算法設計與決策 口 2掌握模塊整合與集成 口
（在對應環節畫V）
活動完成內容 簡單的自動灌溉項目
活動完成度 口口口口口口口口口(100%)
活動小結 問題與反思：語法錯誤、編輯錯誤。
改進的方法：加強對自動灌溉設計方法的掌握
08
板書設計
數據呈現可視化
1.掌握自動灌溉系統算法設計與決策
2.完成簡單自動灌溉的制作
3.學習自動灌溉模塊整合和功能集成
4.完成課堂練習
5.進行知識拓展
09
課后作業
01
根據本課內容，設計一個簡單的自動灌溉系統。
09
課后作業
02
學完本節課，自動灌溉系統的基本模塊劃分。
09
課后作業
1、傳感器在灌溉系統中的主要作用是（ ）
A. 控制水泵開關 B. 檢測土壤濕度 C. 給植物施肥 D. 預測天氣
2、當土壤濕度足夠時，系統應該（ ）
A. 繼續澆水 B. 關閉水泵 C. 提高濕度閾值 D. 發送天氣預報
3、如果水泵一直澆水不停，可能的原因是（ ）
A. 傳感器檢測到土壤太干 B. 電源斷開 C. 程序中將“濕度低”寫成了“濕度高”D. 光照傳感器故障
4、系統通過哪種設備執行澆水動作？（ ）
A. 溫濕度傳感器 B. 電磁閥或水泵 C. 計算機主機 D. 4Pin連接線
5、以下哪種功能屬于系統擴展？（ ）
A. 檢測濕度 B. 自動關水泵 C. 用手機遠程控制 D. 計算澆水時間
B
B
C
B
C
09
課后作業
6、如果想讓灌溉系統在下雨時暫停澆水，應該如何改進？需要添加什么硬件？
7、系統需要定期檢查傳感器是否被泥土覆蓋。（ ）
8、定時灌溉比根據濕度自動灌溉更節約水資源。（ ）
9、水泵可以直接用主控板的引腳供電，不需要獨立電源。（ ）
可以添加一個雨水傳感器或濕度傳感器檢測是否下雨，并將數據傳給主控板。當檢測到下雨時，程序自動關閉水泵。硬件上需要增加雨水傳感器（或與天氣預報模塊聯動），同時修改程序邏輯，加入“雨天暫停灌溉”的條件判斷。
錯
對
錯
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