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案例十三:智能温室大棚


简介

同时使用Jacdac温湿度传感器和土壤湿度传感器实时监测温室环境。只有当三个指标全部达标(温度<35、湿度<75、土壤湿度<50)时,micro:bit LED矩阵显示笑脸表示"作物生长环境良好";任一指标不达标则显示哭脸报警。按下按键A,360°积木舵机正转打开通风窗;按下按键B,舵机反转关闭通风窗;触摸Logo,舵机停止。


案例目的

  1. 认识温湿度传感器和土壤湿度传感器——温室环境监测的核心传感器。
  2. 理解多条件逻辑判断(AND)——所有条件同时满足才算达标。
  3. 学习多传感器融合——综合多个传感器的读数做出综合判断。
  4. 了解智能温室大棚在现代农业中的应用和意义。

所需材料

项目图片数量
micro:bit V21
Jacdac扩展板1
Jacdac 10cm连接线1
Jacdac 25cm连接线2
Jacdac 温湿度传感器1
Jacdac 土壤湿度传感器1
Jacdac舵机模块1
360°积木舵机1
USB数据线1

传感器原理说明

两大温室传感器

本案例同时使用了两种Jacdac传感器,构成完整的温室环境监测系统:

传感器检测内容本案例阈值在温室中的作用
温湿度传感器环境温度 、空气湿度<35(适宜)、<75(适宜)温度适中→环境舒适;过低→关窗保温、湿度适中→不闷不燥
土壤湿度传感器土壤含水量<50(适宜)土壤含水量适中→不需灌溉

搭建步骤


模型原理说明

智能温室——用传感器替代农民的眼睛

传统农业中,农民靠经验判断"今天该不该通风、该不该浇水"。智能温室用传感器替代了人的感官:

传统方式智能温室方式优势
用手摸土壤判断干湿土壤湿度传感器精确数值、24小时不间断
凭感觉判断冷热温度传感器精度到0.1°C
凭经验判断是否闷湿湿度传感器量化指标、自动记录

360°积木舵机在本案例中模拟温室的电动通风窗——正转开窗通风降温、反转关窗保温、Logo触摸停止。


连接示意图

如下图所示,将micro:bit主板插入Jacdac扩展板,用连接线将温湿度传感器、土壤湿度传感器和360°积木舵机模块连接在Jacdac扩展板金手指接口上。

连接示意图


编程软件

微软 MakeCode


MakeCode 编程

步骤1:如何添加 Jacdac 扩展

  1. 进入微软 MakeCode,点击 "新建项目"

    新建项目

  2. 在弹出窗口输入项目名称并点击 "创建"

    创建项目

  3. 点击代码抽屉中的 "扩展"

    扩展

  4. 在弹出界面输入 "Jacdac" 并点击搜索图标,选择 Jacdac 软件库,如图所示。

    搜索Jacdac


步骤2:连接硬件

  1. 用数据线将micro:bit主板连接到计算机。

    注意: 若micro:bit主板初次运行Jacdac程序,请先预装一个空白Jacdac程序至主板,否则跳过此步骤。

    连接micro:bit

  2. 连接传感器,MakeCode自动识别并仿真呈现,在仿真区内传感器实时反馈传感器状态。

    传感器仿真

  3. 点击 "ADD BLOCKS" 传感器扩展模块。

    注意: 连接新的传感器,重复执行一次"点击'ADD BLOCKS'传感器扩展模块"操作流程。

    ADD BLOCKS


如图所示编写程序

程序截图


参考程序链接

https://makecode.microbit.org/_ac7XFk7rE4Fa

你也可以通过以下网页直接下载程序,下载完成后即可开始运行程序。


结果

当温度<35、湿度<75、土壤湿度<50三个条件同时满足时,micro:bit LED矩阵显示笑脸,表示温室环境适宜作物生长。任一指标超标(温度≥35或湿度≥75或土壤湿度≥50),立即显示哭脸报警。按下按键A,360°积木舵机正转(100),模拟打开通风窗;按下按键B,舵机反转(-100),模拟关闭通风窗;触摸Logo,舵机停止。


思考

  1. 真实的温室需要同时监测温度、湿度、光照、CO₂浓度等多种参数——如果增加光照传感器,程序应该怎么修改?
  2. 本例中三个条件是"全部达标才开心",如果改为"任一超标就报警",逻辑应该怎么改?(提示:AND → OR)

程序逻辑说明

触发条件动作来源
温度<35 且 湿度<75 且 土壤湿度<50(环境适宜)LED矩阵显示笑脸Jacdac 温湿度+土壤湿度传感器
任一指标超标(温度≥35或湿度≥75或土壤湿度≥50)LED矩阵显示哭脸Jacdac 温湿度+土壤湿度传感器
按下按键A360°积木舵机正转(100),模拟打开通风窗micro:bit V2 按键A
按下按键B360°积木舵机反转(-100),模拟关闭通风窗micro:bit V2 按键B
触摸Logo360°积木舵机停止转动micro:bit V2 Logo触摸键

知识拓展:智能温室——当农业遇上物联网

一、什么是智能温室

智能温室(Smart Greenhouse)是集传感器监测、自动控制和数据分析于一体的现代农业生产系统。它通过部署多种传感器实时采集环境数据,由控制系统自动调节温度、湿度、光照、灌溉等,为作物创造最适宜的生长环境。

传统种植智能温室
靠天吃饭,受气候影响大环境可控,全年稳产
人工浇水施肥,凭经验传感器精确监测,自动灌溉施肥
病虫害发现晚,损失大提前预警,精准防治
水肥浪费严重节水节肥30%~50%
产量不稳定产量可显著提高

二、温室环境参数标准

环境参数适宜范围(大多数作物)传感器类型
温度20°C~30°C(白天)/ 15°C~20°C(夜间)温度传感器
空气湿度60%~80%湿度传感器
土壤湿度50%~70%田间持水量土壤湿度传感器
光照强度20,000~50,000 lux光敏传感器
CO₂浓度800~1,200 ppmCO₂传感器

据联合国粮农组织(FAO)统计,到2050年全球人口将达97亿,粮食需求将增加约60%。智能温室为代表的精准农业,是应对这一挑战的关键技术之一。


三、AND逻辑——从代码到生活

本案例的核心逻辑——多条件同时满足(AND)——不仅仅存在于代码中:

场景AND逻辑
考试合格语文及格 AND 数学及格 AND 英语及格
火箭发射天气OK AND 设备OK AND 轨道OK AND 通信OK
手机解锁人脸匹配 AND 注视屏幕(防照片解锁)
温室达标温度OK AND 湿度OK AND 土壤OK

你写的这个三条件AND判断程序,和SpaceX火箭发射前的"Go/No-Go"检查——数千个条件必须全部绿灯才能点火——遵循的是同一套逻辑。编程思维,无处不在。