第三单元第15课 恒温箱实验（教学课件）信息科技浙教版五年级下册（新教材）

第3单元 控制系统中的计算 恒温箱实验 第15课 浙教版 学习目标 01 课堂导入 02 新知探究 03 知识总结 04 课后练习 05 目录 CONTENTS 2 学习目标 1 了解恒温箱的硬件构成 2 理解恒温控制的循环逻辑 3 学会调试和验证恒温箱的运行效果 PART 1 课堂导入 课堂导入 在科学实验、医学研究和生物养殖等领域中，常常需要确保一个恒定的温度环境。为了满足这种需求，可以设计和制作一个恒温箱。通过亲自体验恒温槽的运行，我们已经初步了解恒温控制系统的构成和控制过程。那么,如何发挥创造力，自己动手设计一个恒温箱呢? PART 2 新知探究 新知探究 建构 设计一个恒温箱，需要经历硬件结构设计、控制算法设计和验证调试等基本过程。 、、让演讲 活”起来 新知探究 建构 恒温箱是一个用来控制温度的箱子，就像家里用的电烤箱一样，但恒温箱能够更准确地控制温度。在科学实验中，恒温箱可以用来保持实验物品的温度不变。 ★认识恒温箱结构 恒温箱一般由控制模块、温度传感器模块、加热模块、散热模块等组成，系统的结构图如下: 设计恒温箱的硬件结构 新知探究 建构 ★搭建简易恒温箱 根据恒温箱的组成结构，选择合适的模块，搭建简易恒温箱系统。 设计恒温箱的硬件结构 新知探究 建构 新知探究 建构 根据恒温箱预期功能，选择合适的材料设计合理的结构，将各个模块有机组装起来。 设计恒温箱的硬件结构 新知探究 想一想 为了让恒温箱能够实现恒温的功能，箱体设计要注意什么? 新知探究 想一想 1.核心：保温隔热用保温棉、泡沫板等材料包裹箱体内壁，减少热量流失。 2.结构密封 箱门和接缝处加装密封条，防止冷热空气泄漏。 3.模块布局合理 ·温度传感器放在箱体中间，避免靠近加热/散热模块。 ·加热/散热模块均匀布置，预留空气对流空间。 ·控制模块安装在箱体外，避免高温影响。 4.空气流通 设计简单风道或预留空隙，让箱内温度更均匀。 5.材料稳定 选用耐高温、不变形、无异味的材料。 6.器材适配 为风扇和加热模块预留通风孔，并做隔热处理；显示屏接线处做好密封。 新知探究 建构 搭建好恒温箱的硬件结构，还需要为它设计控制算法。 ★恒温控制过程分析 恒温箱的功能需求是根据设定的预期温度，让恒温箱内形成一个恒定的温度环境。 设计恒温箱的控制算法 新知探究 想一想 如何让恒温箱形成一个恒定温度环境呢? 新知探究 建构 恒温箱维持恒定温度环境，其实是一个循环控制过程。以初始温度30℃，预期恒定温度 40℃为例，分析恒温箱工作过程如下: 设计恒温箱的控制算法 新知探究 建构 恒温箱启动后，当温度传感器模块检测到的实际温度低于预期温度时，控制模块控制加热模块工作，对箱体内进行加热;当传感器检测到实际温度达到 40℃时，控制模块控制加热模块和散热模块都进入停止状态;当传感器检测到实际温度高于预期温度时，控制模块控制加热模块停止，散热模块启动，将多余的热量散发到箱体外部实现降温。 设计恒温箱的控制算法 新知探究 建构 ★算法设计 通过对恒温过程的分析，可以为恒温箱设计以下算法: 设计恒温箱的控制算法 新知探究 建构 ★编写程序 用Python语言，将设计好的算法编写成计算机可以执行的代码。为减少加热、散热模块频繁启停，将t的值从40℃调整为温度区间37-42℃，具体代码如下: 设计恒温箱的控制算法 新知探究 建构 设计好恒温箱的控制算法，就可以进行联机调试运行，验证算法的可行性。 通过有线或者无线连接，将计算机和恒温箱控制模块建立联系，将程序下载到控制模块中。 点击启动按钮，运行恒温箱控制程序，观察恒温箱显示模块上的数据，每隔30秒记录一次显示模块上的读数，可以根据实时温度的值来判断恒温箱是否正常工作。 调试验证与改进优化 新知探究 想一想 如果恒温箱没有正常工作，可能是什么原因造成的? 新知探究 想一想 1.温度传感器故障/安装不当，检测数据失真或不准 2.加热/散热模块损坏，无法执行升温、降温指令 3.控制模块接线错误/故障，无法接收信号、发出控制指令 4.箱体保温、密封性差，热量流失/交换过快，无法稳温 5.供电不稳/线路故障，模块无动力无法正常工作 PART 3 知识总结 知识总结 同学们，这节课我们一起解锁了“恒温箱控制”的核心奥秘：我们明白了恒温箱不是一个简单的“加热盒子”，它是一个集硬件搭建、算法设计、调试验证于一体的闭环控制系统。硬件搭建就像给恒温箱“搭骨架”，我们需要把控制模块、温度传感器、加热模块和散热模块，合理地装在一个保温、密封的箱体里，让它具备感知和调节温度的条件。控制算法则是恒温箱的“大脑”，它依靠“检测温度→对比判断→调节执行”的循环逻辑来工作。我们还学会了用温度区间来减少模块频繁启停，让控温更稳定。最后，调试验证是给系统“体检”，通过记录温度数据、排查故障，我们能让恒温箱真正稳定地运行起来。 PART 4 课后练习 课后练习 在恒温箱基础上增加加湿模块和湿度传感器模块，可以实现恒温恒湿的功能。请为恒温恒湿箱设计一个可行的算法。 谢谢 下节课见！ Thanks！ 浙教版 Lavf57.83.100 $