盛玉娇
DFRobot资深课程设计工程师，设计开发了“掌控板入门教程”“掌控板进阶教程”等科创类教程百余篇，收获超10万浏览量，曾荣获首届掌控板教学应用设计大赛三等奖。

学习背景

物联网是继互联网之后的新型信息基础设施，是推动大数据和人工智能等信息科技发展与普及不可或缺的重要组成部分。智慧农业是物联网的一个典型应用场景，本项目“智慧农业温室系统”满足了新课标中“物联网实践与探索”中的内容要求，并结合了跨学科主题“互联智能设计”的方向，让学生通过将温室系统中的传感器和执行器接入物联网平台，感受万物互联。

教学目标

1.了解智慧农业温室系统中的传感器系统，构建简易传感物联系统。2.学习在物联网平台发送数据，远程控制浇水和开启遮阳棚。3.学习在物联网平台接收土壤湿度、土壤温度数据，读取数据并用折线图呈现数据。4.掌握物联系统中的反馈控制。

教学重点与难点

教学重点：根据物联网架构设计出智慧农业温室系统。
教学难点：行空板的配置搭建；理解物联网架构；采集和获取物联网系统数据。

教学过程

一、明确学习目标

教师在教学“智慧农业温室系统”前，告知学生教学目标以及最终的作品效果，即学生需要将土壤湿度传感器、防水温度传感器进行设置和搭建，获取农业环境数据；搭建“种子萌发环境系统”，并将数据同步到物联网云平台中，通过数据分析得出最适合种子萌发的土壤湿度；搭建“温室设备自动控制系统”，实现设备的控制与反馈，如自动浇水、自动开关遮阳棚。

系统中的主控器为两块行空板，一块行空板为“服务器端”和“智能终端”，连接传感器、执行器，作用是放在温室环境中采集农业数据；一块行空板为“移动终端”，作用是放在中控室，远程读取农业数据和控制温室设备。

二、认识硬件并进行接线

“智慧农业温室系统”中需要使用主控器结合多种传感器、执行器和其他模块，实现项目功能。各硬件功能介绍如下。

行空板：用微型计算机架构，集成LCD彩屏、Wi-Fi蓝牙、多种常用传感器和丰富的拓展接口。土壤湿度传感器：用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。防水温度传感器：用于测量温度，银色检测头具有防水效果，温度测量范围为-10°C~85°C。舵机：可转动到指定角度，用于控制机械臂或开关门等机械装置。水泵：直接放置水中使用，实现抽水效果。继电器：一种开关控制器件，可以用小电流驱动大电流设备。电源适配器：用于提供电源。
教师介绍项目需要的硬件后，展示智慧农业温室系统的硬件接线原理图，如图1所示。

学生以小组为单位，领取配件后开始搭建。

三、编写流程图

教师在学生编写程序前，帮助学生梳理项目流程图，以便学生更好地编写和理解程序。在“智慧农业温室系统”项目中，“服务器端/智能终端”行空板的功能流程图如图2。

四、程序功能细化

学生在编写程序过程中，需要和教师一起讨论将项目功能进一步细化。本项目可分解为下面四个功能。

功能一：设计可视化界面

任务描述：在行空板上设计可视化界面，能够显示各个传感器数据，控制各个执行器。

功能二：温室设备远程控制

任务描述1：认识水泵模块，控制水泵启动或关闭。任务描述2：搭建水泵控制物联系统，在物联网平台发送数据，远程遥控水泵开启或关闭。任务描述3：在水泵控制物联系统原型的基础上，增加对舵机的远程控制。

功能三：温室环境数据监测

任务描述1：认识土壤湿度传感器、土壤温度传感器，利用传感器采集温室环境数据。任务描述2：在物联网平台接收土壤湿度传感器、防水温度传感器的数据，并远程读取数据。

功能四：搭建智慧农业温室系统

任务描述：实现远程遥控开关功能、温室数据显示功能、远程控制功能，以及根据环境数据自动控制温室设备的反馈控制功能。

学生根据流程图和项目功能细化来编写程序，逐步实现上面功能。两块行空板运行的界面如图3所示，最后打开SIoT服务器，可以访问物联网数据。

五、外观结构设计和网络连接

为了美化智慧农业温室系统，教师准备了一些已经切割好的外观材料，学生可以根据示例结构图搭建，最终效果如图4所示。智慧农业温室整体结构模拟温室场景，右侧内装有多种农业环境传感器和行空板屏幕，左侧为“校园教室”，其中教室窗户通过舵机控制开合。

智慧农业温室系统在实施过程中，通过路由器构建局域网，在局域网中，使用第一块行空板构建服务器，同时作为智能终端，连接多种传感器与执行器。使用第二块行空板作为移动终端，也接入局域网中，实现服务器终端、智能终端与移动终端的数据交换。通过USB线将作为服务器终端的行空板连接到电脑上，可访问服务器数据库。

当然也可以使用行空板自带的热点功能，组建小型局域网（不需要额外使用路由器）。此时，有两种实现方法。第一种方法就是在第一块行空板上，开启热点，同时构建服务器，并作为智能终端连接多种传感器与执行器。第二块行空板作为移动终端，连接热点，接入局域网中，实现服务器终端、智能终端与移动终端的数据交换。通过USB线，电脑作为移动终端，访问服务器数据库。第二种方法是在第一块行空板上开启热点，同时构建服务器。第二块行空板作为智能终端，连接多种传感器与执行器，并连接热点，接入局域网中。

教学总结

本节课是经典的物联网教学项目，以“智慧农业温室系统”项目为例，通过将温室系统中的传感器和执行器接入物联网平台，带领学生感受万物互联，了解物联网的架构，最终设计并实现具有简单物联功能的数字系统。

教学拓展

本项目还可以利用物联网平台进行数据采集和分析。学生需要完成拓展任务：温室环境数据分析——探究最适合种子萌发的土壤湿度。

任务描述1：用传感器采集温室的环境数据，包括土壤湿度、土壤温度，上传到物联网平台，再从物联网平台上导出数据表格。班级分组，每组学生设置不同湿度环境的种子萌发温室，跟踪记录土壤湿度值和种子发芽率，得出适宜种子萌发的湿度。

任务描述2：对数据进行预处理，如删除多余数据和错误数据，再通过可视化图表分析数据，评估出最适合种子萌发的土壤温度。