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案例十四：天气检测机器人

简介​

利用Jacdac温湿度传感器组成一个便携式气象检测站。按下按键A，通过串口读取当前空气湿度并显示；按下按键B，读取当前温度并显示。程序持续自动监测环境：当湿度高于80时，LED矩阵显示「✕」并蜂鸣报警（湿度过高）；当温度高于33时，显示哭脸并蜂鸣报警（温度过高）。

案例目的​

  1. 认识温湿度传感器——气象观测的基础传感器。
  2. 理解阈值报警机制——当传感器读数超出设定范围时触发声光报警。
  3. 了解气象观测的基本要素及天气预报的数据来源。
  4. 学习多任务并发——按键查询 + 自动监测同时运行。

所需材料​

项目图片数量
micro:bit V21
Jacdac扩展板1
Jacdac 25cm连接线1
Jacdac 温湿度传感器1
USB数据线1

传感器原理说明​

温湿度传感器​

Jacdac温湿度传感器集成了温度检测和湿度检测功能，可同时输出环境温度和空气湿度两个数值。

检测内容本案例阈值说明
温度>33°C（报警）（注：33°C阈值可根据当地气候调整）温度过高→LED显示哭脸+蜂鸣报警
湿度>80%（报警）湿度过高→LED显示✕+蜂鸣报警

温度与湿度密切相关——温度升高，空气可以容纳的水汽量增大。高温高湿的天气会让人感到闷热难耐（"桑拿天"），这也是气象观测中最关注的两个核心参数。

搭建步骤​

模型原理说明​

气象站——从百叶箱到芯片​

传统气象站使用百叶箱（一种白色百叶窗式木箱）来放置温度计和湿度计——百叶结构保证通风但遮挡阳光直射，确保读数准确。而你手中的这套设备，用一枚指甲盖大小的芯片就完成了同样的工作：

对比传统百叶箱Jacdac传感器
体积约1立方米约2立方厘米
读数方式人工目测数字输出
记录方式手动记录可自动存储+传输
响应时间数分钟毫秒级
成本数千元数十元

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/_6io7diRHP9tW

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​

按下按键A，串口输出当前空气湿度值（停留5秒），方便查看数据；按下按键B，串口输出当前温度值（停留5秒）。程序持续在后台自动监测：当湿度高于80时，LED矩阵显示「✕」图标并蜂鸣器发出报警音——"湿度过高！"；当温度高于33（注：33°C阈值可根据当地气候调整）时，显示哭脸并蜂鸣——"温度太高！"。温湿度恢复正常后报警自动停止。

思考​

  1. 本案例的报警是"高于阈值"触发（温度太高、湿度太高→报警），生活中还有哪些场景用"低于阈值"触发报警？（提示：烟雾报警器、水位报警）
  2. 如果想把温湿度数据通过无线电发送到另一块micro:bit上远程显示，需要用到什么功能？

程序逻辑说明​

触发条件动作来源
按下按键A串口输出湿度传感器读数，等待5秒后返回micro:bit V2 按键A + Jacdac 温湿度传感器
按下按键B串口输出温度传感器读数，等待5秒后返回micro:bit V2 按键B + Jacdac 温湿度传感器
湿度 > 80（自动监测）LED显示✕ + 蜂鸣报警——湿度过高警告Jacdac 温湿度传感器
温度 > 33（注：33°C阈值可根据当地气候调整）（自动监测）LED显示哭脸 + 蜂鸣报警——温度过高警告Jacdac 温湿度传感器
温湿度均正常停止所有报警音Jacdac 温湿度传感器

知识拓展：天气预报——从肉眼观天到超级计算机​

一、气象观测简史​

人类对天气的观测和预报，经历了几千年的漫长进化：

时期观测方式典型工具预报能力
古代观天象、看云识天气肉眼几小时内
17世纪温度计、气压计发明水银温度计、水银气压计定性判断
19世纪电报组网、天气图电报+手绘天气图1~2天
20世纪中无线电探空、气象雷达探空气球、雷达3~5天
20世纪末气象卫星、超级计算机卫星云图、数值预报7~10天
21世纪AI预报、物联网传感器网智能手机传感器、AI模型15天+

二、温度与湿度——最亲密的两个气象参数​

温度 (°C)饱和水汽含量 (g/m³)体感
04.8干冷
109.4凉爽
2017.3舒适
3030.4闷热
3539.6酷热难耐

相对湿度 = 实际水汽含量 ÷ 该温度下饱和水汽含量 × 100%。温度升高，空气中的"蓄水能力"增大——这就是为什么夏天闷热（高温+高湿）、冬天干燥（低温+低湿）。

三、阈值报警——从气象到生活的通用模式​

"超出阈值就报警"这一逻辑在生活中有无数应用：

应用场景监测量阈值报警方式
烟雾报警器烟雾颗粒浓度超过安全值声光报警
汽车油量表剩余油量低于10%仪表盘警示灯
手机低电量电池电量低于20%弹窗+声音
洪水预警河流水位超过警戒线广播+短信
冰箱门报警开门时间超过60秒蜂鸣提醒