【义务教育信息科技教学指南】八年级 物联网实践与探索——第20课 反馈控制有算法

【义务教育信息科技教学指南】八年级 物联网实践与探索模块 第20课中要求学生利用物联网数据设计控制算法，了解系统整合的一般方法并完成对一些拓展功能的探索。描述原文如下图：

了解基于数据分析设计算法的方法

能够结合算法完成测试

获取天气预报、光照和土壤湿度数据，结合数据设计算法，并使用旋钮模拟算法测试。

Mind+编程软件x1

下载地址：https://www.mindplus.cc

设计搭建物联花盆系统，需要先逐个实现获取和上传数据、自动控制执行器、物联网平台数据显示，然后才能通过可视化面板完成系统的整合和测试。

将土壤湿度传感器用连接线接到实验盒P21号引脚，在测试完算法后，替换使用土壤湿度传感器读取土壤湿度数据。

注意：使用将使用旋钮模拟土壤湿度传感器数值，目的是能够灵活的展示出所有土壤湿度情况，方便测试功能。

长按ON/OFF按钮启动实验盒，使用USB连接线将实验盒连接到计算机。

按照下图步骤，设置Mind+软件编程方式为Python代码编程，并完成实验盒连接。

本次实践需要获取天气数据，所以需要实验盒连接网络。参考第9课内容，让实验盒连接网络。

编写程序获取数据，结合数据完成算法实现。

首先，我们来确定控制算法策略，如下图所示：

  算法中的土壤湿度上下限值，可以通过分析湿润土壤的土壤湿度最大最小值，也可以先自行设置。在本项目中，我们可以先设置他们分别为2000和1000。核心算法实现程序如下图：

注意：运行程序时可直接将程序直接拖入“项目中的文件”中使用。

运行程序，终端显示天气、传感器数据和灌溉状态。

接下来，旋转旋钮能看到土壤湿度值变化：

接下来，同学们可以旋转旋钮或修改程序，根据算法决策表，逐个测试算法。

提示：天气数据也可以修改获取天气函数部分代码，完成不同天气状况的模拟。

[实践操作]填写实践记录表：

测试完成后，修改旋钮读取为土壤湿度传感器，即如图修改：

掌握执行器的用途和概念。

熟悉执行器（水泵）的控制方法

实验盒屏幕显示数据，按键完成水泵的控制。

同上一个活动

通过实验盒上的A键完成水泵控制，学习水泵的使用。

在20-1的基础上，补充水泵，将水泵接到实验盒P25号（水泵专用）引脚。

按照下图步骤，设置Mind+软件编程方式为Python代码编程，并完成实验盒连接。

编写程序，完成数据显示和按下A键控制水泵工作。核心控制程序如下图：

注意：运行程序时可直接将20-2程序直接拖入“项目中的文件”中，双击使用。 

运行程序，实验盒屏幕实时显示光照、土壤湿度及水泵状态。当按下A键，可以听到水泵转动声音，水泵状态下方显示“灌溉”，等待5秒后，切换为“不灌溉”。

接下来，同学们可以完成操作，观察数据，填写实践记录表。

注意：水泵抽水的原理和操作方法，见附录。

[实践操作]填写实践记录表：

水泵如何抽水？

本项目使用的是潜水泵，潜水泵内部包含电机，可以通过驱动电机完成抽水，外部一共有两个水流口，一个是入水口，一个是出水口。使用时，将水泵沉入水底，且水位超过抽水口上边缘，水泵工作室，才能抽水，具体使用指示图如下图。

了解系统整合的一般方法

能够利用实验设备完成物联系统功能的测试和整合

结合天气预报、光照和土壤湿度数据设计算法，以单个花盆为例，实现自动控制水泵浇水，同时结合可视化面板整合项目功能，实现远程监控物联花盆系统工作。

同上一个活动

设计搭建物联花盆系统，需要先逐个实现获取和上传数据、自动控制执行器、物联网平台数据显示，然后才能通过可视化面板完成系统的整合和测试。

将土壤湿度传感器和水泵分别用连接线接到实验盒P21和P25号（水泵专用）引脚。

按照下图步骤，设置Mind+软件编程方式为Python代码编程，并完成实验盒连接。

本次实践需要实验盒和电脑构建小型局域网，即需要处于同一局域网中，参考13课方法搭建无线局域网络，并在Mind+上连接实验盒。

注意：由于要获取天气数据，实验盒连接的网络需可以访问互联网。

使用网页检查实验盒SIoT服务是否开启，进入SIoT数据管理页创建光照、土壤湿度、水泵、天气等相关主题，由于可能存在多个花盆，也可以增加花盆序号描述，如下图所示：

编写程序完成物联花盆的各个功能，并将它们整合在一起。我们可以根据连接物联网平台、获取传感器数据、上传数据、判断灌溉条件完成水泵控制。核心流程程序如下图：

注意：运行程序时可直接将程序直接拖入“项目中的文件”中使用。

运行程序，终端显示“连接成功”，程序实现数据采集和传输储存。

实验盒屏幕实时显示获得的天气预报、光照、土壤湿度以及水泵状态数据。当紧捏土壤湿度传感器时，土壤湿度数值发生变化，水泵状态变为“不灌溉”，水泵停止转动。

注意：为防止水泵长时间空转烧坏电机，观察到效果后，可先拔下水泵。

于此同时，我们可以打开SIoT数据管理页的相关主题下观察数据变化下载数据表。

点击打开Mind+可视化面板项目界面，导入并打开项目。

然后，点击选择数据源，修改服务器地址为实际服务器IP地址。

最后，检查各组件属性和程序设置是否一致，比如水泵状态区的显示水泵图片组件，需要检查“Topic”和接收消息是否和程序一致。

检查完成后，点击“全屏”就能看到物联花盆系统的所有数据，逐个核查整合后的物联花盆系统。

接下来，同学们可以根据实践操作表操作或修改程序，完成物联系统功能测试，然后搭建你的物联花盆系统。

[实践操作]填写实践记录表：

设置的服务器IP地址是：                      ，创建的主题有                                    。

测试完成后，将水泵沉入盛水容器，土壤湿度传感器插入花盆，完成系统搭建。

提示：水泵的使用说明

本项目使用的是潜水泵，潜水泵外部有两个水流口，一个是入水口，一个是出水口。使用时，将水泵沉入水底，且水位超过抽水口上边缘，水泵工作室，才能抽水，具体使用指示图如下图。

（1）如果家里有三盆花，我们就需要将他们整合在一起，组成一个大的系统，你觉的这系统应该如何组成和搭建，试试在下面的简图中填写花盆上实验盒应该具备的功能。

（2）尝试分组和其他同学一起组建多个花盆的物联网系统。

提示：组合系统后，别忘了根据不同的设备创建新的主题，然后修改程序和可视化面板项目。