《智能家居系统集成与应用(双色)》(郭海礁) 教案 第11课 湿度传感器安装与调试

课题第11课湿度传感器安装与调试课时2课时（90 min）教学目标知识目标：掌握湿度传感器的安装与调试技能目标：具备湿度传感器安装、调试、部署与运维的能力态度目标：在学习上学会类比，通过已掌握知识去类比新知识，提高学习效率教学重难点教学重点：在平台中添加湿度传感器节点并查看湿度传感器数据教学难点：湿度传感器中湿敏元件的原理教学方法问答法、讨论法、讲授法、练习法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：课前任务→考勤（2 min）→问题导入（3 min）→传授新知（25 min）→课堂讨论（15 min）第2节课：问题导入（5 min）→传授新知（20 min）→课堂实训（15 min）→课堂小结（3 min）→作业布置（2 min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】请学生查找相关资料，了解哪些情况、哪些领域、哪些设备对湿度有严格要求【学生】按照要求完成课前任务通过课前任务，让学生认识到湿度传感器的重要性考勤（2 min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（3 min）【教师】现在很多家庭会选择购买加湿器，让学生思考并回答以下问题：天气干燥的时候，我们需要根据室内湿度决定是否需要开启加湿器，那么我们怎么可以获得室内的湿度？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，导入本节课内容：湿度传感器通过提问，引入新课，激发学生对湿度测量的好奇传授新知（25 min）【教师】讲解新知，介绍湿度传感器一、湿度传感器简介湿度传感器是指能感受湿度并转换成可用输出信号的传感器。

人类的生存和社会活动与湿度密切相关。

随着现代化的发展，很难找出一个与湿度无关的领域来。

由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。

从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同，其性能和技术指标（如精度）有通过教师讲解、课堂问答等方式，让学生掌握湿度传感器的定义、湿敏元件的分类和原理，了解常见的湿度传感器及其特点很大差异，因而价格也相差甚远。

对使用者来说，选择湿度传感器时，首先要搞清楚需要什么样的传感器。

湿敏元件是最简单的湿度传感器。

湿敏元件主要有电阻式和电容式两大类。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。

当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

【课堂问答】【教师】随机邀请学生回答以下问题对比分析湿敏电阻和湿敏电容有什么区别？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答制作材料不同、实现原理不同。

二、常见的湿度传感器1．氯化锂湿度传感器氯化锂湿度传感器主要包括电阻式氯化锂湿度计和露点式氯化锂湿度计两种。

（1）电阻式氯化锂湿度计。

第一个基于电阻－湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件，是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。

这种元件具有较高的精度、结构简单、价廉、适用于常温常湿的测控等优点。

氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其他成分有关。

单个元件的有效感湿范围一般在20% RH以内。

例如，0.05%的浓度对应的感湿范围是（80～100）% RH，0.2%的浓度对应的感湿范围是（60～80）% RH等。

由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。

可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）% RH，国外有些产品声称其测量范围可达（2～100）% RH。

（2）露点式氯化锂湿度计。

露点式氯化锂湿度计是由美国的Forboro公司首先研制出来的，其后我国和其他一些国家都做了大量的研究工作。

这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。

简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随湿度变化而进行工作的。

2．碳湿敏元件碳湿敏元件是美国的E.K.Carver和C.W.Breasefield于1942年首先提出来的，与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比，碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点。

我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制，并取得了积极的成果，其测量不确定度不超过±5% RH，时间常数在正温时为2～3 s，滞差一般在7%左右，比阻稳定性亦较好。

3．氧化铝传感器氧化铝传感器的突出优点是，体积可以非常小（例如用于探空仪的湿敏元件仅90 μm厚、12 mg重）、灵敏度高（测量下限达-110℃露点）、响应速度快（一般在0.3 s到3 s之间），测量信号直接以电参量的形式输出，大大简化了数据处理程序，等等。

另外，它还适用于测量液体中的水分。

……（详见教材）4．陶瓷湿度传感器考虑到传感器的使用条件，人们很自然地把探索方向着眼于既具有吸水性又能耐高温的某些无机物上。

实践已经证明，陶瓷元件不仅具有湿敏特性，而且还可以作为感温元件和气敏元件。

这些特性使它极有可能成为一种有发展前途的多功能传感器。

寺日、福岛、新田等人在这方面已经迈出了颇为成功的一步。

他们于1980年研制出称之为“湿瓷-Ⅱ型”和“湿瓷-Ⅲ型”的多功能传感器。

前者可测量湿度和湿度，主要用于空调，后者可用来测量湿度和诸如酒精等多种有机蒸气，主要用于食品加工方面。

……（详见教材）【课堂问答】【教师】随机邀请学生回答以下问题通过上网查找，根据不同原理研制的湿度传感器有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答【学生】聆听、思考、理解、记录课堂讨论（15 min）【教师】对学生进行分组，4～6人一组，每组选出一名组长，然后组织学生以小组为单位讨论以下问题自己想象一个测湿度场景，选择一种湿度传感器并说明理由。

【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表上台发表讨论结果【教师】总结学生的回答，并评价各组的表现通过课堂讨论，使学生真正认识并掌握湿度传感器的分类，根据其原理说明理由，加深对原理的理解第二节课问题导入（5 min）【教师】让学生思考并回答以下问题回顾上一任务温度传感器在平台中配置的步骤是什么？【学生】聆听、思考、回答温故知新，巩固之前所学知识，为学习本节知识打下基础传授新知（20 min）【教师】引入任务实施内容，讲解安装湿度传感器、添加湿度传感器节点、查看湿度传感器数据一、安装湿度传感器安装湿度传感器的操作步骤如下：【多媒体】演示安装湿度传感器的操作步骤步骤1 拧开湿度传感器的盖子，然后将传感器底座固定在试验台上，如图5-14所示（详见教材）。

步骤2 将湿度传感器连接好电源线，然后旋转扣合在底座上，如图5-15所示（详见教材）。

步骤3 将湿度传感器前盖旋转拧合，如图5-16所示（详见教材）。

至此，湿度传感器安装完毕。

二、湿度传感器节点的添加通过教师讲解、课堂问答和多媒体演示等方式，让学生掌握湿度传感器的安装、湿度传感器节点的添加、查看湿度数据的详细操作步骤；通过让学生演示操作，帮助学生真正掌握所学知识，同时让老师及时检验自己的授课效果【师生互动】【教师】由学生演示操作请多名同学，按照教材上的步骤，依次完成湿度传感器节点的添加。

【学生】实操演练【教师】在学生操作的过程中监督、指导、纠错在智能家居系统平台中添加湿度传感器节点的操作步骤如下：步骤1 节点地址申请。

首先打开物联网应用开发平台主界面，然后切换到“应用中心”选项卡，接着在左侧导航栏中单击展开“智能家居体验系统”，最后选择“E-home 管理中心”选项，打开智能家居控制平台主界面。

步骤2 在智能家居控制平台主界面中单击“节点管理”按钮，打开“节点信息管理”界面，如图5-17所示（详见教材）。

步骤3 按下湿度传感器的地址申请按钮，然后在智能家居系统平台中单击“节点地址初始化”选项卡，打开“节点地址初始化”界面，如图5-18所示（详见教材）。

步骤4 在“分配节点地址”编辑框中输入节点地址（如150），然后单击按钮下发分配的地址，再单击“节点地址初始化”选项卡，刷新该界面，如果该地址未被下发或发送不成功，则“下发状态”栏会显示未下发，如果发送成功，则显示已下发。

【课堂问答】【教师】随机邀请学生回答以下问题如何确认地址已下发成功，如果不成功该如何操作？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答“下发状态”栏中显示“已下发”，则表示地址发送成功；如果“下发状态”栏中显示“未下发”，则表示地址发送不成功，单击“操作”栏中的按钮，删除该条记录，然后参照前面的操作重新申请地址即可。

步骤5 单击“节点信息查询”选项卡，打开“节点信息管理”界面，根据添加的湿度传感器节点地址，在对应的“节点备注”编辑框中输入备注内容（如湿度传感器），然后单击按钮保存，如图5-19所示（详见教材）。

三、查看湿度传感器数据在智能家居系统平台中查看湿度传感器数据的操作步骤如下：【多媒体】演示查看湿度传感器数据操作步骤步骤1 在左侧导航栏中选择“E-home管理中心”选项，返回智能家居控制平台主界面，单击“远程平台控制”按钮，打开智能家居控制界面。

步骤2 在智能家居控制界面中出现“湿度传感器”图标，单击该图标，如图5-20所示（详见教材）。

步骤3 打开湿度传感器的“曲线图显示”界面，查看湿度传感器数据的曲线图，如图5-21所示（详见教材）。

步骤4 单击“表格显示”选项卡，打开湿度传感器的“表格显示”界面，以表格形式显示湿度传感器的具体数值，如图5-22所示（详见教材）。

【课堂问答】【教师】随机邀请学生回答以下问题曲线图显示和表格显示各自有什么优点？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答曲线图显示可以直观看到湿度的变化趋势，湿度的走向。

表格显示可以直观显示湿度的具体数字，可以看到量化后的信息，方便记录。

【学生】聆听、操作、观看、思考、理解、记录课堂实训（15 min）【教师】组织学生完成以下任务按照上节和本节中所讲内容，完成湿度传感器的安装、添加湿度传感器节点，最终能够查看湿度传感器采集到的数据，并根据实际湿度作对比，没有太大偏差，证明湿度传感器的全部操作顺利完成。

【学生】聆听、思考、操作、完成任务【教师】根据学生的课堂表现在考核评价表（详见教材）中进行评价通过课堂实训，检验学生课堂知识掌握情况，培养其动手操作的能力课堂小结（3 min）【教师】简要总结本节课的要点本节课让学生认识了湿度传感器，掌握了湿度传感器的定义、分类和基本原理，演示了安装湿度传感器、添加湿度传感器节点、查看湿度数据的详细步骤。