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信息科技 第3课 班级智能养花控制系统教学设计
课题 班级智能养花控制系统 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级下
教材分析 通过情景描述、实践探究、知识拓展和巩固练习等，将信息科技与新方法、新应用有机地结合在一起，帮助学生了解信息科技应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。学生通过对本教材的学习逐步掌握信息科技的相关知识，具备一定的科学精神和科技伦理，提高创新能力，夯实信息社会责任，发挥信息科技课程的独特育人价值，为数字强国培养优秀接班人和建设者。
教学目标 1、信息意识：了解自动控制的作用,具有自主动手解决问题、掌握核心技术的意识。2、计算思维：根据学习与生活需要,合理选用人工智能。3、数字化学习与创新：在学习过程中,选择恰当的数字设备支持学习,改变学习方式。4、信息社会责任：明确科技活动中应遵循的价值观念、道德责任和行为准则。
重点 1、了解智能养花控制系统的组成2、了解智能养花控制系统常见的执行器3、了解控制系统消息的订阅和控制
难点 1、掌握自动控制浇水程序控制系统的调试
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 智能大棚的作用是将智能化控制系统应用到大棚种植上，利用最先进的生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过微机进行数据分析，由微机对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。播放短片引出今天教学内容班级智能养花服控制系统。 观看视频思考：智能大棚中用到了哪些自动控制系统的功能。 激发学生对自动化系统和控制系统的学习兴趣并快速进入学习状态
讲授新课 一、控制系统的组成1、智能养花系统工作过程（1）感测系统监测盆栽的生长环境；（2）服务平台发出预警消息；（3）控制平台根据预警信号及时作出反馈。2、智能养花控制系统由智能开发板结合相关的执行器组成。（1）抽送液体的水泵。（2）提供照明的LED灯带。（3）促进空气流通的风扇。3、智能开发板与水泵的连接方式。4、智能开发板控制水泵开关的程序。5、水泵是输送液体或使液体增压的机械，主要用来输送水、油、液体金属等。水泵分为进水口和出水口。二、控制系统消息的订阅和控制1、自动控制系统是指用一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰(扰动) 的影响而偏离正常状态时,能够被自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。2、自动控制系统分类按控制原理的不同，自动控制系统分为：（1）开环控制系统；（2）闭环控制系统。按给定信号分类，自动控制系统可分为：（1）恒值控制系统；（2）随动控制系统；（3）程序控制系统。3、开环控制系统输出只受输入的控制，由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。4、闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。5、自动控制浇水程序。练一练思考——有的植物耐旱，有的植物喜湿，如何根据植物的特性实现自动集中浇水。三、控制系统的调试1、智能养花控制浇水量程序。2、智能养花控制系统运行状态。3、项目实施——班级智能养花系统之控制系统。练一练1、简述智能养花系统工作过程。2、智能养花系统中常用的执行器有哪些？3、简述水泵的主要作用和用途。4、简述自动控制系统分类。 通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务。通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务通过教师的讲解，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务学生小组间讨论，共同完成任务。 通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务培养学生自主学习能力
布置作业 1、描述一下，智能养花的控制系统工作方式。2、根据服务平台上实时的数据曲线图调整控制系统的参数。 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力
课堂小结 本次课首先介绍了智能养花控制系统的组成，智能养花控制系统常见的执行器、智能开发板与水泵的连接方式、智能开发板控制水泵开关的程序，然后讲解控制系统消息的订阅和控制，最后探讨了自动控制浇水程序控制系统的调试。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 一、控制系统的组成1、智能养花系统工作过程2、智能养花控制系统的组成3、智能养花控制系统常见的执行器4、智能开发板与水泵的连接方式5、智能开发板控制水泵开关的程序二、控制系统消息的订阅和控制1、自动控制系统的概念2、自动控制系统的分类3、开闭环控制系统4、土壤湿度检测程序5、自动控制浇水程序三、控制系统的调试1、智能养花控制浇水量程序2、智能养花控制系统运行状态3、项目实施——班级智能养花系统之控制系统 学习、记忆及勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
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1.3 班级智能养花控制系统
电子工业版八年级下册
新知导入
智慧大棚里面的环控系统
教学目标
1、了解智能养花控制系统的组成
2、了解智能养花控制系统常见的执行器
3、了解控制系统消息的订阅和控制
4、掌握自动控制浇水程序控制系统的调试
1.3.1 控制系统的组成
新知讲解
智能养花系统工作过程
（1）感测系统监测盆栽的生长环境；
（2）服务平台发出预警消息；
（3）控制平台根据预警信号及时作出反馈。
新知讲解
智能养花控制系统由智能开发板结合相关的执行器组成。
（1）抽送液体的水泵。
（2）提供照明的LED灯带。
（3）促进空气流通的风扇。
水泵 LED灯带 风扇
新知讲解
智能开发板与水泵的连接方式。
A键开启水泵
B键关闭水泵
新知讲解
智能开发板控制水泵开关的程序。
直流电机M2以速度50开始运行
按下A键
按下B键
关闭直流电机
新知讲解
水泵是输送液体或使液体增压的机械，主要用来输送水、油、液体金属等。水泵分为进水口和出水口。
进水口
出水口
智能开发板
水泵
1.3.2 控制系统消息的订阅和控制
新知讲解
自动控制系统是指用一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰(扰动) 的影响而偏离正常状态时,能够被自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。
新知讲解
按控制原理的不同，自动控制系统分为：
（1）开环控制系统；
（2）闭环控制系统。
按给定信号分类，自动控制系统可分为：
（1）恒值控制系统；
（2）随动控制系统；
（3）程序控制系统。
新知讲解
开环控制系统输出只受输入的控制，由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。
输入量
控制器
执行器
被控对象
输出量
开环控制系统方框图
新知讲解
闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。
闭环控制系统方框图
新知讲解
土壤湿度检测程序。
感测系统
控制系统（浇水）
收到所有盆栽的缺水信息时打开水泵
新知讲解
当土壤湿度小于30%时，发送预警信号，
“water”信息到主题“control”中
通过变量flag的真假值切换，保证预警信号只发送一次
土壤湿度检测程序。
新知讲解
自动控制浇水程序。
连接班级无线WiFi。
填入MQTT服务器IP地址和端口号。
从主题“control”中接收消息。
当接收到消息“water”，并且open变量大于2时，
水泵打开开始浇水，30秒后水泵关闭。
重置缺水的盆栽数为0。
练一练
思考——有的植物耐旱，有的植物喜湿，如何根据植物的特性实现自动集中浇水。
（1）设置多个变量，识别不同的植物，根据植物类别来制定不同的浇水方案。
（2）采用多通道供水技术，根据植物的具体需求来调整电机工作的时间或速度，实现不同的供水量。
1.3.3 控制系统的调试
新知讲解
智能养花控制浇水量程序。
增大电机速度，浇水量增多。
增加电机运行时间，浇水量增多。
新知讲解
智能养花控制系统运行状态。
根据曲线图变化来调整水泵的转动速度与运行时间。
新知讲解
项目实施——班级智能养花系统之控制系统。
遇到的问题 解决办法 待解决的问题
新知讲解
项目实施——班级智能养花系统之控制系统。
遇到的问题 解决办法 待解决的问题
1、浇水的时间多长合适。 2、浇水的瞬间水流大小。 3、电机可以支持最大功率。 4、部分盆栽缺水。 通过程序调整电机的工作速度和工作时间，调整浇水的水量大小，采用多通道浇水技术。 智能养花系统的阳光光照、土壤温度、病虫害等问题如何通过自动控制系统来解决。
课堂练习
1、简述智能养花系统工作过程。
2、智能养花系统中常用的执行器有哪些？
3、简述水泵的主要作用和用途。
4、简述自动控制系统分类。
课堂练习
1、简述智能养花系统工作过程。
答：
（1）感测系统监测盆栽的生长环境；
（2）服务平台发出预警消息；
（3）控制平台根据预警信号及时作出反馈。
课堂练习
2、智能养花系统中常用的执行器有哪些？
答：
（1）抽送液体的水泵。
（2）提供照明的LED灯带。
（3）促进空气流通的风扇。
课堂练习
3、简述水泵的主要作用和用途。
答：
（1）水泵是输送液体或使液体增压的机械。
（2）主要用来输送水、油、液体金属等。
（3）水泵分为进水口和出水口。
课堂练习
4、简述自动控制系统分类。
答：
按控制原理的不同，自动控制系统分为：
（1）开环控制系统；
（2）闭环控制系统。
按给定信号分类，自动控制系统可分为：
（1）恒值控制系统；
（2）随动控制系统；
（3）程序控制系统。
课堂总结
本次课首先介绍了智能养花控制系统的组成，智能养花控制系统常见的执行器、智能开发板与水泵的连接方式、智能开发板控制水泵开关的程序，然后讲解控制系统消息的订阅和控制，最后探讨了自动控制浇水程序控制系统的调试。
板书设计
班级智能养花控制系统
一、控制系统的组成
1、智能养花系统工作过程
2、智能养花控制系统的组成
3、智能养花控制系统常见的执行器
4、智能开发板与水泵的连接方式
5、智能开发板控制水泵开关的程序
二、控制系统消息的订阅和控制
1、自动控制系统的概念
2、自动控制系统的分类
3、开闭环控制系统
4、土壤湿度检测程序
5、自动控制浇水程序
三、控制系统的调试
1、智能养花控制浇水量程序
2、智能养花控制系统运行状态
3、项目实施——班级智能养花系统之控制系统
课后作业：
1、描述一下，智能养花的控制系统工作方式。
2、根据服务平台上实时的数据曲线图调整控制系统的参数。
课堂练习
1、描述一下，智能养花的控制系统工作方式是（ ）。
2、在智能养花的控制系统中，我们可以根据服务平台上实时的数据曲线图调整控制系统的参数，控制水泵运行的时间和速度，也可以在感测系统端做出判断，当盆栽中的土壤湿度数值达到湿润的触发值（例如80%RH），就向服务平台发送消息“over”到主题“control”中，控制系统接收到3盆花发来的“over”消息时，关闭水泵。
课堂练习
1、描述一下，智能养花的控制系统工作方式是（ 通过盆栽感测系统发送缺水消息，控制系统接收到一定的消息次数即自动打开水泵抽水 ）。
课堂练习
2、程序图形编码如下所示，源程序代码在文件夹。
智能浇花控制系统图形编码
智能浇花控制系统源代码
谢谢
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