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一.项目背景
2022年4月，教育部正式发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》。新课标突出人工智能作为逻辑主线的地位。人工智能在义务教育阶段没有以单独的课程呈现，但在信息科技课程中，以提升数字素养和技能为目的，作为逻辑主线，在整个义务教育阶段从体验开始，逐步渗透。如图所示，在信息科技课程中，以人工智能为主线的内容设计分四个阶段，每个阶段分为内容模块和跨学科主题两个部分，而每个阶段的最后一项为跨学科主题实践教学内容安排。
人工智能离不开互联网和物联网，其从应用层促进并改变着信息社会的不断发展。“智能”的表现转移到数字设备的应用和数字设备（系统）的表达，这种表达代替人类的多种表达，如接人待物、对周围环境的实时反馈机制等。学习者在此阶段设计和搭建简单的物联系统原型，体验数据处理和应用的方法与过程，能通过软件与硬件相结合的项目活动采集、分析和呈现数据，通过案例分析理解人工智能。首先，选择恰当的数字设备支持学习、改变学习方式，并主动利用数字设备开展创新实践活动；其次，了解自主可控对国家安全，以及互联网和物联网未来发展的重要意义，并体验人工智能应用场景；最后，用智能设备或是开发的智能系统进行表达，如向世界介绍所在学校、无人机表演、在线数字气象站、人工智能预测出行等，通过这些系列的学习任务，实现用数字设备进一步表达对环境的了解。
为落实《义务教育课程方案》（2022年版）和《义务教育信息科技课程标准》（2022年版）要求，发展全体学生的数字素养与技能，教育部教材局组织编写了《义务教育信息科技教学指南》。在《义务教育信息科技教学指南》八年级全一册中第五单元提到了物联网的应用探索，其中第24课为《农业生产新模式》。
农业在我国国民经济和社会发展中占据举足轻重的地位，正迎来一场由物联网技术驱动的深刻变革。物联网技术不仅提升了农业生产效率，更使农业发展迈向智能化、精准化，助力我国农业实现可持续发展。
在传统的农业生产方式中，人们主要依靠经验和人力来进行种植和养殖，通常根据季节、天气和经验来判断何时播种、施肥和灌溉。这不仅效率不高，而且容易受到自然环境和气候的影响。然而，随着物联网技术的发展，农业生产方式正在经历一场革命。
以灌溉为例，过去人们主要依靠自己的感觉和经验决定何时浇水。现在通过物联灌既系统，可以实时监测土壤湿度和天气情况，自动调节水量，保正农作物得到适量的水。这不仅避免了水资源的浪费，而且保证了农作物的健康生长，提高了生产效率。
二、作品分析
本作品是设计制作一个物联网温室大棚智能系统。在本系统中，为了监控农作物的生长环境，智能终端获取温室大棚中温度、湿度、光照及土壤湿度数据，将数据同步上传到物联网服务器中。温室大棚中的自动控制系统，当温室大棚中的温度超标时，本地自动控制启动风机进行降温，当土壤湿度过低时，自动开启浇水泵灌溉土壤，提高土壤湿度。数据服务器端负责开启SIoT服务，存储数据。移动终端用于远程显示接收到的环境、土壤等信息数据。为了让管理员能够及时获取上述信息，除了以文字显示方式通知管理员外，还通过声音、亮警示灯等方式提醒管理员，及时关注温室大棚里的情况。移动终端也可以手动控制通风风机及浇水泵开关。
在本作品中，通过无线路由器构建网络，使用第一块行空板K10作为智能终端，连接多种传感器与执行器，使用第二块行空板M10作为SIoT数据服务器，使用第三块行空板K10和电脑上使用Mind+可视化平台作为移动终端，从而实现智能终端、数据服务器与移动终端的数据交换。
三、知识点
1.行空板K10及相关硬件。
2.物联网技术基础（MQTT协议及SIoT服务器）。
3.智能温室大棚系统构成。
4.数据采集与传输。
5.数据远程查看与终端控制。
6.数据可视化大屏。
四、硬件准备与连接
硬件清单：
行空板K10*2（用于智能终端和移动终端）
行空板M10*1（用于搭建SIoT服务器）
土壤湿度传感器*1 （用于读取土壤湿度）
扩展板*1 （用于扩展风扇及水泵电机）
小风扇*1 （用于温室大棚通风）
小水泵*1 （用于温室大棚浇水）
继电器*1 （用于带动12V蠕动水泵）
USB连接线
其他必要的连接线
硬件简介 ：
行空板K10是一款专为快速体验和学习人工智能而设计的开发学习板，100%采用国产芯片，知识产权自主可控，符合信息科技课程中编程学习、物联网及人工智能等教学需求。该板集成LCD彩屏、WiFi蓝牙、摄像头、麦克风、扬声器、RGB指示灯、多种传感器及丰富的扩展接口。凭借高度集成的板载资源，教学过程中无需额外连接其他设备，便可轻松实现传感器控制、物联网应用以及人脸识别、语音识别、语音合成等人工智能项目。
接口&器件说明
这款扩展板与K10兼容。行空板K10屏幕插入micro:bit方向。它提供了10路数字/模拟3Pin口和三路IIC口，能轻松扩展和控制各种设备。它还内置了两路电机驱动，无需占用额外的引脚。本作品中风扇接和M1接口，水泵接入M2接口。
硬件连接：
使用USB线将行空板K10的Type-C口接到电脑USB口。
注意： 请确保USB线直接插到电脑的USB口，不要使用延长线或者拓展坞等中间组件，确保USB线具有数据传输功能。
- 在第一块行空板K10的P1引脚处外接土壤湿度传感器。扩展板上M1接风扇，M2接水泵。
五、软件准备与编程环境搭建
下载行空板K10公测版Mind+压缩包：
- 百度网盘下载（20250103版）: https://pan.baidu.com/s/15ORx5VbobeZjiQvOxar21g?pwd=d2aa 提取码: d2aa
- 夸克网盘下载（20250103版）: https://pan.quark.cn/s/db00cf6ae510
将压缩包解压，注意解压过程中关闭杀毒软件，解压后文件夹路径不含中文，解压后文件夹路径不易过长
若编译任何代码都报错，请查看：公测版解压问题
打开解压后的文件夹，找到Mind+.exe，双击打开
打开Mind+，切换到上传模式
开始Mind+图形化编程
- 点击”扩展“，在扩展页面中，点击”主控板“，选择”行空板K10“，点击”返回“，完成加载
- 使用USB线将行空板K10的Type-C口接到电脑USB口，在mind+中点击“连接设备”，找到对应的K10设备并点击，完成设备连接
六、程序编写与调试
任务一、制作智能终端和移动终端显示背景
为了简化程序编写难度，同时显示直观与美观，把要显示的一部分内容做成背景。首先把图片进行虚化处理，然后设计好显示文字内容，排好版面，保存成240*320比例备用。
任务二、读取温室数据：
利用智能终端行空板K10内置的温湿度传感器、环境光传感器读取温室大棚的温度、湿度、光线强度，使用外接的土壤湿度传感器读取土壤湿度。将读取到的数据存储到相应的变量中。
任务三、数据显示与传输：
- 在智能终端行空板K10上显示温室的相关数据，配置行空板K10的网络及MQTT服务器，确保其与计算机和行空板M10在同一网络中。使用MQTT通讯协议，将温室数据传输到SIoT平台上。
任务四、远程查看与控制：
登陆行空板M10的管理界面，在SIoT平台上新建“大棚温度”、“大棚湿度”、“大棚光照”、“土壤湿度”、“通风风机”、“浇水泵”等主题，用于存储和查看温室数据。
- 使用第二块行空板K10作为移动终端，远程查看SIoT平台上的温室数据。
- 在移动终端行空板K10上编写程序，订阅这些主题。
当大棚温度高于30度或者土壤湿度低于30%，程序会自动语音及灯光报警，然后发送启动风机或者水泵指令到服务器中。同时程序也设计了可以按键A和B进行手动控制。
智能终端接受到命令后做出反馈，打开通风风机进行通风降温，打开水泵浇水。从而实现温室大棚的智能远程控制。
任务五、数据可视化大屏设计：
- 设计数据可视化大屏，将SIoT平台的数据实时更新在可视化大屏上。同时也设计了两个开关，可以远程手动控制通风风机与浇水泵。
七、系统测试与优化
系统测试：
在程序调试过程中，坚持系统最小化原则进行测试，慢慢完善程序中不合理的地方。同时观察并记录系统的运行情况，确保数据的准确性和控制的及时性。通过几天的测试发现，有时网络会影响数据的传输，造成数据显示不一致的情况。另外行空板在运行过程中，有时会卡死，需要断电重启。经过反复调试，基本上能实现设计的各项功能。
系统优化：
根据测试结果，对程序进行优化和改进，调整传感器的灵敏度和电机的转动速度等参数，以提高系统的性能和稳定性。
通过以上步骤，做出了一个基于行空板K10制作的物联网温室大棚智能系统。该系统能够实时采集温室数据、远程查看与控制温室设备，并具备数据可视化功能，为现代农业的智能化管理提供了有力支持。同时希望看到的朋友能继续帮忙优化程序，提出好的建议和意见。能有机会跟大家交流学习，谢谢大家！
他的勋章
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