物聯網技術的運用與創作

黃慧娟

摘要：作者以智能家居為原型，制作了一款微型“智能溫馨小屋”教具，讓學生在課堂中真實體驗手機/平板遠程控制和現場語音控制家居實物，以期在加深學生對物聯網的理解的同時，提高學生學習物聯網知識的積極性，激發學生對物聯網技術應用的聯想與創新。

關鍵詞：物聯網;自制教具;智能溫馨小屋

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）13-0079-03

● 創作緣由

物聯網是什么？簡單來說就是萬物相連（Internet of things），讓實物通過互聯網相連接，讓原本了無生機的物體通過聯網獲得生命，具有學習能力，可以感知用戶的行為并做出相應的調整，進而人與物、物與物相連相生。目前，物聯網在家居、醫療健康、教育、金融與服務業、旅游業等領域都有應用，但物聯網具體是怎樣工作的，很多學生的理解還是模糊的。如果僅介紹概念及展示應用領域的圖片，會讓學生覺得物聯網是一項離日常生活很遙遠的高科技，并對其學習產生畏懼。要想激發學生探究欲望，讓學生能更好地理解物聯網，感受物聯網的便捷，最直接的一種方式就是帶領學生現場參觀和進行操作體驗。因此，筆者想到如果以智能家居為例，利用DIY小屋材料制作出小屋的模型，再在小屋基礎上進行電路設備改造，加入Wi-Fi智能控制模塊，制造出一款能由手機/平板遠程控制和現場語音控制的微型智能家居小屋教具，并將此款家居小屋帶進課堂，則能很好地彌補物聯網無法真實現場操作和演示的遺憾。課堂中的智能家居，能讓學生在“課堂現場”真實操作和體驗，在積極的氛圍中分享交流，激發學生關于物聯網技術應用的探究和創新熱情。

● “智能溫馨小屋”的設計原理

在物聯網技術應用中，智能家居與學生生活最為貼近。運用物聯網技術，將家中的各種云系列設備和實物連接到一起，構造一個實物互聯的系統。PC端網頁平臺、IOS/安卓APP軟件等可通過網絡監測各云系列設備和實物的狀態，實現實時控制（如圖1）。

筆者制作的“智能溫馨小屋”中加入了遠程Wi-Fi智能控制模塊。將該智能控制模塊接入互聯網，手機/平板可通過云智能平臺發送指令給智能控制模塊，而后，智能控制模塊根據指令控制繼電器，從而實現控制燈的作用（如下頁圖2）。

“智能溫馨小屋”中遠程Wi-Fi智能控制模塊由電源模塊、Wi-Fi模塊和繼電器驅動電路三個部分組成。下頁圖3為遠程Wi-Fi智能控制模塊的實物圖和重要部分的原理圖。

1.電源模塊

不同的模塊、芯片需要有不同的工作電壓。智能溫馨小屋的電源輸入是12V，而繼電器線圈需要5V，Wi-Fi模塊的供電是3.3V，由于電路改造，智能溫馨小屋中的燈也需要供電，其工作電壓是3V。不同電源模塊的作用就是實現不同電壓轉換的，將12V轉化成各種需要的電壓。以5V為例，將電壓12V接入DCDC模塊的VIN口，DCDC模塊的VOUT的電壓輸出為5V。

2.Wi-Fi模塊

Wi-Fi模塊的主要芯片是ESP8285。這款芯片可實現無線通信與互聯網連接，接收手機/平板APP的控制信號，然后控制I/O口輸出相應的高低電平，給繼電器驅動線路提供信號。

3.繼電器驅動

繼電器驅動電路接收ESP8285芯片I/O口的高低電平，電平信號經過光耦隔離后驅動三極管控制繼電器線圈的吸合和釋放。原理圖中繼電器驅動部分共有6個，圖3中繼電器驅動部分的原理圖以GPIO5口線輸出信號為例，畫出了一路繼電器驅動電路。當GPIO5口線輸出信號為高電平時，繼電器閉合，對應這一路的LED小燈接通電源。

● “智能溫馨小屋”的材料及裝配

1.小屋材料及制作過程

目前網絡上有很多DIY小屋模型售賣，筆者選擇用來制作“智能溫馨小屋”的模型是一款家居具有現代風的小屋模型。選擇購買DIY小屋進行模型建造，一是因為小屋各房間原本就有燈的設計，方便改造;二是只加入功能模塊即可實現手機/平板遠程控制和語音控制，會讓學生覺得物聯網離我們的生活并不遙遠，從而產生探索的意愿，提高學習積極性;三是因為網絡上購買的小屋模型更加精致美觀，帶進課堂能對學生起到很好的美育作用，提升學生對美的判斷與追求。

按照說明，利用材料包，搭建智能小屋，下頁圖4為小屋部分內景。

2.線路連接以及云智能平臺的調試

帶有遠程Wi-Fi的智能控制模塊是實現“智能溫馨小屋”的必要組成部分。在智能控制模塊上有六個繼電器，需要與小屋內部的六個燈進行連接，其外部連線如下頁圖5所示。在線路連通的基礎上，登錄云智能平臺，在平臺中添加該款遠程Wi-Fi智能控制模塊，并進行聯網設置，可將智能控制模塊顯示名稱更改為“智能溫馨小屋”，完成添加后的云智能平臺就可以實現實時控制燈的開關狀態了。可以將云智能平臺中的六個燈也更名為對應房間的燈名，如“客廳燈”“廚房燈”“臥室燈”等。

3.智能音箱（天貓精靈）及（天貓精靈）APP的配置與調試

為了實現小屋內部語音控制，小屋還需要與智能音箱連接。以天貓精靈為例，先將天貓精靈接入網絡，然后打開天貓精靈APP，在APP中添加前面所述的云智能平臺。當添加完畢之后，天貓精靈APP中會出現“智能溫馨小屋”中的六盞燈名。接下來，只需喚醒天貓精靈，通過“開廚房燈”或者“關客廳燈”等語句就可以實現對燈的控制。如果要實現較復雜的設置，如定時、特殊語句回應等，可以在天貓精靈APP中的場景中添加。

● “智能溫馨小屋”的效果展示及物聯網應用設想

1.效果展示

開燈方式1：手機/平板遠程控制。

在課堂上，利用一部手機做熱點，將“智能溫馨小屋”中的遠程Wi-Fi智能控制模塊接入該熱點中。讓學生用另一部手機/平板登錄云智能平臺，對“智能溫馨小屋”中的六盞燈進行開關控制，體驗手機/平板操控開關的過程。同時，教師提問“如果主人出差去上海了，能不能實現關燈操作呢”？并通過視頻與在上海市的老師進行通話，讓學生觀看在上海市的老師操作開燈關燈的過程，學生現場查看燈的亮滅情況。

通過在課堂現場操作與讓另外城市的老師進行操作，讓學生直觀地認識到，在傳統家居基礎上，應用物聯網技術，可以實現設備和實物的遠程網絡控制，方便人們的日常生活。

開燈方式2：“天貓精靈”語音控制。

在進入課堂之前，確保在天貓精靈APP中已添加云智能平臺。將天貓精靈接入網絡，讓學生體驗呼喚天貓精靈。在喚醒之后可以讓天貓精靈執行開燈、關燈的任務（如圖6）。學生在現場可以進行添加場景，如添加定時開啟某些燈，每當語音指令“天貓精靈，我要上樓了”，就執行關閉一樓燈、打開樓梯燈及臥室燈的效果（如圖7）。讓學生進行場景預設，能調動學生的邏輯思維，使其在思考的過程中感受操作的樂趣，并激發學生的創新思維。

2.物聯網應用設想

在現有模型基礎上，引導學生暢想小屋中可以聯網的設備和實物，如窗簾、可視門鈴、電動沙發、掃地機器人、寵物喂食機、智能跳繩、智能鞋柜等，并與同學分享交流。

● 總結

“智能溫馨小屋”利用物聯網技術，實現了由手機/平板遠程控制和現場語音控制的功能，初體驗者在體驗的過程中會不自覺地驚嘆現代科技的神奇。將“智能溫馨小屋”帶進課堂，能避免在課堂上單純的概念講述，充分調動學生的學習熱情，同時讓學生在操作體驗中學習，在積極的氛圍中分享交流，近距離接觸物聯網，可以激發學生對物聯網的想象，培養創新思維。

參考文獻：

[1]劉陳，景興紅，董鋼.淺談物聯網的技術特點及其廣泛應用[J].科學咨詢，2011（09）：86.

[2]韻力宇.物聯網及應用探討[J].信息與電腦，2017（03）：184-186.