【行空板M10】农业生产新模式——京师宣实物联网智慧农业培养器皿 简单

1.项目背景

1.1. 对应《普通高中信息科技课程标准（2022年版）》中“物联网实践与创新”模块，结合“现代农业发展”跨学科主题，体现“数据、算法、信息系统、信息社会”核心概念。

1.2.响应新课标“农业生产新模式”要求，探讨信息技术在精准农业、智能温室中的应用。

1.3.传统农业大棚依赖人工监测，效率低且易出错。

1.4.物联网技术（如MQTT协议）可实现环境数据实时采集与远程控制，助力农业现代化转型。

2.教学目标

2.1.知识与技能

(1).理解MQTT协议在物联网中的工作原理。

(2).掌握传感器数据采集（温湿度、光照、土壤湿度）与云端传输方法。

(3).能搭建简易智慧大棚系统，实现数据可视化与自动控制（如自动灌溉）。

2.2.核心素养

(1).计算思维：设计物联网系统架构，分析数据流与控制逻辑。

(2).数字化学习与创新：利用开源硬件行空板M10和Mind+可视化大屏完成创客项目。

(3).信息社会责任：讨论智慧农业对可持续发展的重要意义。

2.3.情感与价值观

(1). 感受科技对传统产业的改造力量，树立“科技兴农”意识。

3.教学重难点

(1).MQTT协议的订阅/发布机制及其在物联网中的应用。

(2).多传感器数据融合与云端交互，局域网SIOT或EasyIOT两种选择机制。

(3).物联网远程控制与自动化执行方式。

4.创作准备

4.1.硬件

(1).行空板M10

行空板M10是一款专为Python学习和使用设计的新一代国产开源硬件，采用单板计算机架构，集成LCD彩屏、WiFi蓝牙、多种常用传感器和丰富的拓展接口。同时，其自带Linux操作系统和Python环境，还预装了常用的Python库。

(2).M10扩展板

专为行空板M10开发适配的电池扩展板。带有800mAh锂电池，充放电功能。可以满足供电、手持、便携、紧凑功能的项目制作。含IO扩展板及金手指扩展板（需组合使用）。该板兼容背夹电池实独立供电，且有乐高孔距固定乐高件。紧凑式设计使功能扩展仅在11mm厚度内实现。该扩展板集成了两路直流电机驱动，同时板载了RGB灯、红外发射、红外接收功能，以及扩展3路3Pin口、2路I2C口、2路舵机接口。

(3).温湿度传感器（DHT11）

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

(4).土壤湿度传感器

简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。使用这个传感器制作一款自动浇花装置，让您的花园里的植物不用人去管理。

0 ~300 : 干燥土壤。

300~700 : 湿润土壤。

700~950 : 放到水中。

(5).模拟环境光线传感器

基于PT550环保型光敏二极管的光线传感器，可以用来对环境光线的强度进行检测。通常用来制作随光线强度变化产生特殊效果的互动作品。

(6).潜水泵与6V继电器

对控制继电器的高低电平，开启关闭水泵。

(7).加湿器套件

5V无开关可DIY式单喷雾化加湿模块。

4.2.软件

Mind+1.8.1 RC.3

4.3.案例素材

物联网智慧农业大棚应用视频

5.运行逻辑

5.1.自动控制

根据器皿内农作物/植物的特性设置一套恒温管理系统，到达某个临界值时自动执行。例如，当土壤湿度传感器检测到干燥时自动灌溉、器皿内部吸收光线较弱时自动打开光照灯、器皿内部监测二氧化碳浓度打开换气，等等。

5.2.远程控制

基于MQTT协议远程控制开灯、光照类型（暖色、白炽）、水泵、加湿器、换气。远程实时监测器皿内外光照强度、环境湿度、土壤湿度等等。

5.3.流程图

6.创作过程

6.1.器皿搭建

由6面亚克力板组成，将侧面制作成可开关式辅助门，方便器皿内部的调整。使用亚克力胶、502胶水和胶枪综合粘贴。

6.2.硬件组装

将所有传感器、模块、水泵等按照设计设计位置进行粘贴安装。

4条灯带组成照明灯

土壤湿度传感器监测土壤

2块15cm*15cm的5v风扇组成换气通道

自己DIY加湿器模块，控制器皿内部湿度

6.3.农场搭建

土壤5斤、苔藓12块、石子1包、绿植微观10颗。

6.4.将“农场”放入器皿中，并且把所有传感器和模块放入对应的位置。

7.程序编写

7.1.引脚设计

P0 环境光强度传感器

P1 土壤湿度传感器

P4 温湿度传感器

P9 继电器、水泵

P21 彩色灯带

P22 P23 双风扇换气扇

P24 继电器、加湿器

7.2所有线连接

7.3.初始化灯带

7.4.配置MQTT

此处选择SIOT方式，

为了能更好的处理数据，将所有传感器值赋值给全局变量，需要时直接拿来用。

创建MQTT主题

7.5.可视化大屏