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1.项目背景
随着科技的发展，人工智能走进我们的生活，与我们息息相关。特别是在2024年第教育部办公厅公布的《教育部办公厅关于加强中小学人工智能教育的通知》里强调了要在2030年前要全面普及人工智能教育，文件还分项解释了具体实施步骤。
《京师宣实小型在线数字气象站》是义务教育信息科技科技标准（2022年版）里跨学科主题第四学段“在线数字气象站”。
2.器材介绍
2.1 行空板K10
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。
3.需求分析
在创作前期与地理学科老师有过沟通，希望能够有采集设备实时读取当前环境的信息（含温/湿度、光照、气压等），无人值守完成读取并储存一天的气象数据值，探究当日在四季中气象数据的变化。设备放在校园开阔、平坦的路面，且采集设备无遮挡。
3.1采集设备
行空板K10板载较多传感器，因此本作品使用K10用作采集设备。
3.2服务端
使用MQTT协议进行数据通信，采用SIOT V2，此前已经测试过两种方式，一是使用行空板M10用作服务端（注：行空板M10默认SIOT V1，需要手动升级）；二是使用Windows批处理开启SIOT V2服务端。
本作品使用第二种。
3.3.可视化大屏
使用Mind+图形化（类Scratch）用作编程工具，在软件内内置可视化大屏入口，更有丰富的组件供用户选择。
4.硬件清单/说明
板载传感器
4.1温度传感器 * 1 （板载）
读取的数值实时发送到MQTT服务器。受行空板发热影响，经测试，读取温度比实际温度高10-15度，因此在处理数据时做适当降低。
4.2湿度传感器 * 1 （板载）
读取的数值实时发送到MQTT服务器。
4.3光照传感器 * 1 （板载）
读取的光照值用作反应当天的光线强度，因此还需要创建函数进行光线分析，不仅要将读取的数值实时发送到MQTT服务器，还要将分析的结果值发送给MQTT。例如：较弱、强烈、一般等等。
4.4气压传感器 * 1 （扩展）
读取的数值为ka，但数据较大，需要将数据除以1000并取2为小数。然后将处理的数据实时发送到MQTT服务器。
4.5水分传感器 * 1 （扩展）
水分传感器反应的是当前环境下雨的概率情况，所以不仅要将数据进行传输，而且还需要创建函数，分析降水概率，并将降水概率百分比数值发送到MQTT。
4.6海拔高度 * 1 （附加）
海拔高度的获取依附MEB280传感器获取，作为扩展项，数值向下或向上取整，并传输到MQTT。
5.设计过程
行空板K10板载温/湿度传感器、环境光传感器，将MEB280传感器插入K10的4pin IIC口、水分传感器插入3pin的P0/1口。此时行空板还多出一个P口，可以预留。
5.1传感器数据获取
串口打印获取的传感器数据，调试无误后输出在屏幕。此处注意，由于温度传感器板载，受发热影响，温度需要减10-15，此处推荐先减10做调试。
5.2 MQTT协议
我们可以先看一下百科对于MQTT协议的支持
因此我们可以利用MQTT协议完成的事情很多，你可以用硬件来局域网内的其他智能硬件，也可以用局域网后台来控制连接订阅MQTT协议的其他设备，可玩性非常高，可以完成的创客作品也丰富多样。蘑菇云为我们推荐了一些经典案例，如“智能家居”、“物联网农业”等等，也非常推荐大家去阅览。
6.具体实施
我想利用行空板K10实现监测校园的温度、湿度、光感强度等信息，实时显示在屏幕上，同时将数据传输到后台可视化看板，在线监测。
6.1行空板K10布局
先从最简单的页面布局开始：标题|模块
页面内容属于静态模块化，在这里也非常推荐进行封装，定义成函数。
有很多同学提出，为什么在屏幕上写完字后有灰色的背景块？
关闭“自动清除”即可。
6.2连接局域网和MQTT
在设计此功能时，最初想法是创建变量，默认是“未获取到”/“未连接”，等到获取到了，再更新变量，变成IP和“MQTT连接成功”。但是在实际操作时，不知道为什么所有的文字堆到一个屏幕后，怎么文字不显示，非常让人恼火，不过后来想到咱们可以转变思路，改成用板载LED灯显示状态不就行了吗？
默认3颗亮红灯，WIFI连接成功，第2颗LED亮绿灯，MQTT也完成了连接，3颗灯全亮绿灯。这是一个非常不错的方法，也非常大家使用。
6.3数据获取
将获取到的传感器数据值显示在行空板上，针对每一组数据，封装一个函数，方便调用。
温度做调整，减去板载温度的误差。
注意：环境光不仅要获取数值，还要进行判断处于什么范围，表达的是什么内容，以下判断根据实际得出的结论。
6.4行空板画面预览
6.5 MQTT创建与订阅
在前面说过，使用SIOT V2有两种方式，本实验使用Windows开启MQTT，用作服务端。
查看服务器IP地址，现在是将电脑当作服务器，因此将本机的IP在网页中，添加端口号查看8080。
根据命令窗口提示，在浏览器中打开：
192.168.31.185:8080
账号：siot
密码：dfrobot
在这里遇到一些问题，为什么MQTT无法进入，我总结了一些方法供各位参考
(1).本机防火墙是否关闭
(2).防火墙是否放行了MQTT的BAT批处理文件
(3).是否安装虚拟机软件，如Vmware、vbox等，使用前请先禁用他们的网卡
创建主题。
创建后，需要在程序内订阅与数据储存。
MQTT参数里的Topic最多可以设置5个，0-4，那如果不够用怎么办？需要再手动订阅。
6.6可视化面板
创建气象站项目
选择好MQTT服务器的信息
7.完整积木
8.可视化数据看板
此前可视化大屏获取不到数据，需要查看是否保存到数据库这个选项，需要选择！
9.行空板数据
10.设备部署
部署前需要考虑外接电源情况，可以使用Type-C连接充电宝，也可以使用2pin口连接行空板K10电源接口。本实验使用外接电源。
11.采集设备全貌
他的勋章
丽华2025.04.16
老师在吗，可以联系下我吗，我需要您的帮助，有偿老师