会随昼夜变化的 3D 智能客厅：五路真实传感器驱动的数字孪生课堂
前言：
首先向云天老师致敬！本项目思路受到社区文章《STEM 教育 · 行空板 K10：低成本搭建物联网智能家居演示》启发，但硬件平台、系统架构、阈值算法、显示与交互均为本项目重新设计与实现，具体差异见第一节。
简介
这是一套面向中小学课堂的物联网教学装置：一块行空板 M10 负责采集真实的温度、湿度、光线、声音与按键输入，电脑浏览器里那间可以转动视角的 3D 客厅负责表现。学生遮一下光、拍一下手、对着探头哈一口气，屏幕里的窗帘、窗户、空调就会跟着动。[会随昼夜变化的 3D 智能客厅_哔哩哔哩_bilibili](https://)
与原方案相比，本项目做了三点较大的改动：把「K10＋ 电脑桥接服务」的三层结构压缩成 M10 单机两层；把写死的阈值换成开机 3 秒自适应标定，换一间教室不用改参数；把显示从三处扩到四处，并让统一的时钟参与画面，窗外天色会随时间从白天走到亮起星星与住户灯火的夜晚。全部依赖本地化，断网也能运行，工程源码随文附上。
一、为什么做这个项目
在乡村学校的信息科技课堂里讲「智能家居」，常遇到三个现实问题。
一是器材成本与准备时间。要把灯、电视、窗帘、空调、窗户五种设备都做成实物，需要继电器、灯具、电机、模型和大量接线，一节课的准备时间比讲课时间还长，还涉及用电安全。二是演示不稳定。真实窗帘会卡住，几十个学生轮流操作后设备容易出故障，出问题往往只能停课排查。三是概念太抽象。「感知、传输、判断、执行、反馈」这五个词写在黑板上，学生很难把它们和自己的动作对应起来。
社区里已有的 K10 方案给了一个很好的思路：把传感器留在真实世界，把执行器搬进浏览器。我手上没有 K10，只有一块行空板 M10，于是先做了一次完整的适配评估，再按乡村课堂的实际条件重新设计。这套系统与那篇文章的主要差异如下。
| 维度 | K10 原方案 | 本项目 M10 方案 |
|---|---|---|
| 硬件平台 | 行空板 K10，MicroPython | 行空板 M10，Debian 完整 Python 3.12 |
| 系统架构 | K10 经 UDP 4210 发到电脑桥接服务，再由 HTTP 8000 供浏览器 | M10 单进程完成采集、状态机、HTTP 与静态页面，电脑只当浏览器 |
| 声音输入 | 外接 DFR0034 模拟声音传感器 | 直接读板载麦克风 Audio().sound_level()，省掉一个外接模块 |
| 温湿度输入 | 板载 AHT20 | M10 无板载温湿度，P21 外接 DHT11 |
| 阈值 | 固定数值（80/200 lx、70%RH 等） | 开机 3 秒采基线中位数，按相对偏移自动标定 |
| 同源显示 | 板子屏幕、墙面电子屏、网页数据栏，共三处 | 增加右上角 1:1 同步读数板，共四处 |
| 时间 | 未涉及 | 服务端统一下发年月日、星期、时分秒与校时状态，窗外天色按小时连续变化 |
| 交互 | 拖动视角、点击 3D 物体 | 增加指针穿透、拖拽让位、大字模式、断线自检、双击文件中文提示 |
| 课堂组织 | 演示与分层任务 | 增加学生实验台、三种组织形态、40 分钟流程与可印发任务卡 |
需要说明的是，架构从三层变两层不是简单的删减。M10 跑的是完整 Debian，能直接承载 HTTP 服务与 Python 状态机，因此不必再写 UDP 桥接、不必配置 PC_IP、不受 Windows 防火墙影响，也不用额外准备 UDP 模拟器；课堂布置从「一块板 ＋ 一台跑服务的电脑 ＋ 一台展示电脑」变成「一块板 ＋ 任意一台能开浏览器的电脑」。代价是 M10 没有视频输出口，3D 画面仍须由浏览器呈现。
二、项目效果
学生能亲手触发的五组联动如下。
| 学生动作 | 真实输入 | 判断规则 | 虚拟设备的反应 |
|---|---|---|---|
| 按板载 A 键，或按键盘 A，或点落地灯 | 按键边沿 | 翻转灯光，进入 20 秒手动优先 | 灯罩自发光、地面暖色光池渐亮 |
| 按板载 B 键，或按键盘 B，或点电视 | 按键边沿 | 翻转电视，进入 20 秒手动优先 | 电视播放动态画面，电视墙泛蓝光 |
| 用手遮住板子上方光线传感器 | 光照降到关帘线以下 | 关窗帘 | 两侧窗帘约 1.2 秒缓缓合拢 |
| 松开手 | 光照回到开帘线以上 | 开窗帘 | 窗帘收拢打开 |
| 拍手或大声说话 | 噪声超过关窗线 | 立即关窗，安静计时清零 | 两扇窗扇横向滑动关上 |
| 保持安静 | 噪声低于开窗线且持续满 8 秒 | 开窗户 | 窗扇重新打开 |
| 对着 P21 的 DHT11 哈气 | 湿度超过触发线 | 开空调 | 出风口叶片摆动、气流粒子出现 |
| 等环境恢复 | 温度与湿度双双回落到关闭线以下 | 关空调 | 空调停止 |
除联动外，还有三处适合在课堂上指出来的现象：四块屏上的数值与设备状态始终一致；落在两条阈值之间的死区时设备保持现状，不会来回抖动；手动操作后按钮出现 MANUAL 20s，倒计时结束自动规则才重新接管。
三、硬件与软件清单
硬件：
- 行空板 M10 ×1（官方介绍与购买入口），用作主控、采集与 HTTP 服务器
- DHT11 温湿度模块 ×1，数据脚接 P21，需 3V3、GND、DATA 三根线
- USB-C 电源线与电源适配器 ×1，给 M10 独立供电
- 电脑或教室大屏 ×1，只需一个支持 WebGL 的浏览器，与 M10 处于同一局域网
- 同一局域网的 WiFi 环境 ×1；校园网若有网页认证或 AP 隔离，建议自备一个手机热点作为兜底
- 可选：HDMI 线与转接头，用于把教师笔记本投到大屏
M10 板载已被用上的资源：A / B 按键、光线传感器、麦克风、240 × 320 触摸彩屏。整个项目不接继电器、不接 220 V 灯具、不接电机，课堂用电安全。
软件与依赖：
- M10 端：Debian 系统自带 Python 3.12.7、pinpong 0.6.2、unihiker 库，systemd 用于开机自启
- 电脑端：Chrome 或 Edge 等支持 WebGL 的浏览器；仅在不接硬件的演示模式与批量部署脚本中需要 Python 3.8 及以上和
paramiko - 前端：Three.js r160 与 OrbitControls，全部放在本地
vendor/目录，不使用任何 CDN、在线字体或外部脚本 - 服务端：仅 Python 标准库
http.server.ThreadingHTTPServer，无数据库、无云平台、无消息队列 - 随工程提供：
m10/deploy.py（一键上传、支持多板批量）、m10/capture_screen.py（读取帧缓冲生成板载屏截图）、start-big-screen.bat（Windows 一键启动演示服务）
参考文档：
四、技术原理与系统架构
整套系统只有一份状态、一个决策者。
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 行空板 M10（单进程 main.py） │
│ · 采集：light.read / button_a / button_b │
│ Audio().sound_level / P21 DHT11 │
│ · 决策：复用 server/bridge.py 的 Home 状态机 │
│ · 服务：HTTP :8000 /api/state + 静态页面 │
└──────────────────────┬──────────────────────┘
│ HTTP / JSON（同源，无 UDP 中转）
┌───────────────┼───────────────┬────────────────┐
▼ ▼ ▼ ▼
浏览器 3D 客厅 网页 HUD 3D 墙面电子屏 M10 板载小屏
（虚拟执行器） （四路读数） （CanvasTexture） （240×320 面板）
│
└── 右上角 1:1 同步读数板（复制墙面屏同一张离屏画布）
浏览器每 380 毫秒拉取一次 /api/state，只负责显示，不自行推演设备状态；点击设备或按下按键时向 /api/command 下发指令。状态机是唯一真相来源，因此不会出现「板子显示开、网页显示关」。
/api/state 的关键字段：source 区分真机与演示；sensors 含 temp、humi、lux、noise；devices 含 lamp、tv、curtain、ac、window 五个布尔值；threshold 与 threshold_default 分别是当前阈值与开机标定值；clock 含日期、星期、时分秒、UTC+0800 与 synced 校时标记；url 是板子算出的访问地址；has_dht 与 simulated 用来诚实标明哪些输入是真、哪些是模拟。
自动化规则有三条，都带死区：光照驱动窗帘、噪声驱动窗户、温湿度驱动空调。噪声规则额外要求持续安静 8 秒才开窗；任意手动操作会设置 20 秒优先期，期间自动规则不接管该设备。这三条不是为了让演示更花哨，而是控制论里「回差防抖」「确认时间」「手动覆盖自动」的最小可讲解实例。
时间也只从服务端下发一次。clock_snapshot() 生成快照，显示端按 ts 与本地计时按秒推算，避免电脑与板子的时区名称不一致；M10 没有硬件 RTC，未同步 NTP 时页面会显示「时间未校准」。3D 场景读的是同一份 clock，所以屏上是上午十点，窗外就不会满天星。
五、制作过程与关键代码注释
下面按实际搭建顺序记录，每一步都有可以当场核对的验证动作。完整源码见文末附件。
第 1 步：先让网页在没有硬件时跑起来
在电脑上执行 python server/bridge.py --demo --port 8000，浏览器打开 http://127.0.0.1:8000。此时应看到完整 3D 客厅与自动波动的四组数值，可以点五个设备按钮、拖动视角、滚轮缩放。
验证：页面右下角数据源显示「电脑模拟演示」，simulated 非空。这一步的目的是把「网页能不能跑」和「硬件有没有接对」分开排查，避免两层问题搅在一起。
注意页面必须通过 HTTP 打开。ES module 与 importmap 在 file:// 下会被浏览器拦截，双击 index.html 会黑屏；本项目为此加了一屏中文提示，告诉现场的人该用哪个入口。
第 2 步：接上 M10 与 P21 的 DHT11
M10 在板载 Home 菜单或 nmcli 里连好 WiFi，然后把工程上传到 /root/3d-smart-home/。DHT11 按 VCC 接 3V3、GND 接 GND、DATA 接 P21 接线，运行 python3 main.py。
接线与调用的对应关系：
| 输入 | 调用 | 返回量纲 | 实测范围 |
|---|---|---|---|
| 光线 | light.read() |
0–4095 原始 ADC，不是勒克斯 | 室内约 1665–3922 |
| A / B 按键 | button_a.is_pressed() |
布尔值 | 配合边沿检测，避免长按重复触发 |
| 声音 | Audio().sound_level() |
0–100 映射值，不是分贝 | 安静 0–20，教室底噪 20–35 |
| 温湿度 | DHT11(Pin(Pin.P21)).temp_c() / humidity() |
摄氏度、相对湿度 | 首次实测 25.4°C / 29% |
验证：/api/state 返回 source = M10 真机、has_dht = true、simulated = []；板载小屏亮起并显示四路读数。
这里有两个必须实测才知道的坑。Board().begin() 大约需要 2.1 秒，开机立刻判定失败会误报；DHT11 单次读取约 2 秒，如果塞进 200 毫秒的采集循环，按键会被吞掉。因此把温湿度放进独立线程缓存，至少 1 秒读一次，主循环只读缓存。
第 3 步：把写死的阈值换成开机自适应标定
这是本项目最关键的一处改动。原方案的 80/200 lx 阈值在 M10 上完全失效：light.read() 返回的是 0–4095 的原始 ADC，教室里正常光照就有三千多；北方教室冬天湿度常常只有 30% 左右，70% 的空调触发线哈气根本够不到。
解决办法是让板子在开机头 3 秒安静地采一组基线，取中位数 L0、N0、T0、H0，再按相对偏移算出八条阈值，写入 config.json：
# m10/main.py —— 启动 3 秒基线标定，阈值全部相对基线计算
L0 = statistics.median(luxs) # 光照基线（0-4095 原始 ADC）
N0 = statistics.median(noises) # 噪声基线（0-100 映射值）
T0 = statistics.median(temps) # 温度基线（摄氏度）
H0 = statistics.median(humis) # 湿度基线（%RH）
th = {
"lux_close": max(30, int(L0 * 0.45)), # 遮光到不足一半 → 关帘
"lux_open": max(60, int(L0 * 0.80)), # 恢复到八成 → 开帘
"noise_close": max(30.0, round(N0 + 20, 1)), # 拍手 → 立即关窗
"noise_open": max(8.0, round(N0 + 8, 1)), # 安静 8s → 开窗
"ac_on_temp": round(T0 + 3.0, 1),
"ac_off_temp": round(T0 + 2.0, 1),
"ac_on_humi": round(H0 + 16, 1), # 哈气主要抬湿度，以湿度为主力
"ac_off_humi": round(H0 + 11, 1), # 关闭余量必须大于 DHT11 精度
}
某次真实标定结果：lux_close = 1740、lux_open = 3094、noise_close ≈ 54.3、ac_on_humi ≈ 44.9。换教室、换季节、换传感器只需 python3 main.py --recalibrate；课堂上也可以直接在地址栏调 /api/threshold。
验证：遮光时先记下页面上的光照数字，再对照小屏阈值页，确认它确实越过了关帘线，而不是凭感觉猜。阈值页可由板载小屏上的小热区切换。
第 4 步：让四块屏读同一份数据
网页 HUD 好办，直接读 /api/state。3D 墙面那块电子屏是一张 512 × 320 的离屏画布，用 CanvasTexture 贴到墙上，每次纹理重画后版本号加一；M10 板载小屏是一个独立进程，通过 HTTP 读同一份状态，用 tkinter 画成 240 × 320 全屏置顶面板。
难点在于「看不清」。最初把 OFF 状态画成暗灰，在教室投影上对比度只有 2.12:1，后排基本读不出。按 WCAG 对比度重新校准后统一提亮：OFF 用 #93a9b8，次级文字用 #9fc9de，分隔线用 #2e566b，单位小字同步提亮，OFF 状态提升到 7.68:1。
另一个难点是拖拽。早期 HUD 的四个撑满宽度的块都拦截指针，鼠标一落到传感器卡片上就转不动视角，卡片又正好压在墙面电子屏上。现在 HUD 整层默认 pointer-events: none，只有设备按钮与少量功能按钮恢复可点；按下并移动超过 5 像素才判定为拖拽，拖拽中 HUD 淡出到约 0.07 且全层禁指针，松手后保留约 1 秒无遮挡观察窗口，之后平滑恢复。同时新增右上角 1:1 同步读数板：它把墙面电子屏用的那张离屏画布原样画出来，正对、无透视、不随视角变化，本身从不拦截指针。
/* css/style.css —— HUD 默认穿透，只有真正可点的控件恢复指针事件 */
.hud, .hud * { pointer-events: none; }
.hud .dev, .hud .blow, .hud .mirror-close { pointer-events: auto; }
/* 拖拽中连设备按钮也临时禁指针，避免手势被按钮截断 */
html.dragging .hud { opacity: 0.07; }
html.dragging .hud * { pointer-events: none; }
验证：在任意一张传感器卡片上按住并拖动，视角应连续旋转不中断；松手后墙面电子屏与右上角读数板的数值完全一致；按 V 可收起或展开读数板，按 F 可切换大字模式。
第 5 步：让时间参与画面
窗外原本只是一块永远淡蓝色的纯色平面。改成 512 × 512 的 CanvasTexture 天空后，按小时画渐变天色、6 点左升 18 点右落的太阳、弯月、确定性生成的星星（不会每帧闪）、白天薄云、远山剪影和三家住户；入夜后住户窗户亮起暖黄灯。8 个时间关键帧之间用 smoothstep 插值，黄昏是慢慢暗下去而不是整点切图。
两条边界很要紧。第一，时间仍只有一份：顶栏时段、墙面电子屏、窗外天色算的都是 clock.live，服务端一行没改。第二，昼夜只改 ambient / hemi / sun 的颜色与强度、玻璃色调与背景雾色，不碰灯光与电视的发光材质，也不改任何设备状态——天黑不会偷偷把灯打开，否则四块屏会当场打架。夜间保留最低照度，屋子明显变暗但家具和电子屏仍读得清。
还有一个只在真实浏览器里暴露的问题：最初用渲染帧的 dt 推进昼夜，在低帧率的教学一体机上只有 5–10 fps，切到「夜晚」等了近 5 秒画面还停在傍晚。改成按 performance.now() 的真实差值推进后，与帧率解耦。
// js/scene.js —— 按真实经过时间推进，掉帧时昼夜不会越走越慢
const nowMs = performance.now();
const realDt = Math.min(1.0, (nowMs - lastSkyTick) / 1000);
lastSkyTick = nowMs;
let dh = wantHour - displayHour;
while (dh > 12) dh -= 24; // 23:59 → 00:00 走最短路径，不倒着绕一整圈
while (dh < -12) dh += 24;
displayHour = (displayHour + dh * (1 - Math.exp(-1.6 * realDt)) + 24) % 24;
课堂演示时按 N 可循环「自动、黎明、白天、黄昏、夜晚」，或给地址加 ?time=night，顶栏会明确标注「演示」二字，不会让人误以为板子时间错了。
第 6 步：开机自启、批量部署与现场适配
板子上配置两个 systemd 服务：smart-home.service 跑主程序，smart-home-screen.service 跑板载小屏，均设为 active + enabled，上课插电即用。屏服务需要设置 DISPLAY=:0 与 XAUTHORITY=/var/run/lightdm/root/:0。系统自带的 Home 菜单服务是 Restart=always，不去硬停它，而是用全屏置顶窗口盖住；停掉自建服务即可恢复菜单。
多块板子用 python m10/deploy.py --hosts 192.168.1.91,192.168.1.92,192.168.1.93 一次推完，单块失败不中断其余板子。上传清单不包含本地 config.json，每块板会按自己教室的光线重新标定。
现场还做了几项保护：大字模式把 HUD 放大约 1.6 倍并把 WebGL 像素比锁到 1，避免 4K 一体机在 200% 缩放下渲染到近 7680 × 4320 而卡顿；接口连续失败 3 次会弹出中文排查横幅，列出当前地址与三条可能原因；静态资源一律带 Cache-Control: no-store。
验证：拔电重启，不做任何操作，两分钟后从另一台电脑打开 http://板子IP:8000，页面与板载小屏都应正常；板载小屏标题下方那行暖黄色文字会直接给出该输的地址，学生不用老师逐台查 IP。
六、课堂怎么用
这套系统的定位是「学生自己动手」，不是教师单机演示。M10 是服务器，学生电脑只是一个浏览器，不用装 Python、不用装软件、不用接线，输自己那块板的地址就行。
三种组织形态按板子数量选：每组一块 M10 完全隔离，最理想；板子不够时学生电脑跑本地演示模式，用模拟数据完成「改触发线看规则」的进阶任务；只有一块板时全班共用，此时状态机只有一份，多人同时点按钮会互相覆盖，应改为轮流派代表操作，其余同学做「预测—观察—记录」。
网页里的「学生实验台」（按 L 打开）把三条触发线做成滑块，每组显示当前传感器读数与一句结果预测，让学生先猜、再改、再验证。调参加 persist=0，只影响本次运行、不写标定文件；「恢复初始」用服务端下发的开机标定值，学生刷新页面也不会把改后的值误当成初始值，下课点一下即可还原。
[DF创客社区.zip
](https://)
40 分钟的课堂流程：前 3 分钟教师只做一个遮光动作让学生猜原因；3–12 分钟讲清链路并让每组打开自己的页面，此时各组数值不同，正好说明「真实环境」；12–25 分钟做基础与进阶任务卡，填记录表；25–33 分钟各组汇报，把不同触发线的结果并排比较；33–38 分钟抛回差、8 秒确认、手动 20 秒三道挑战题；最后 2 分钟带全班点「恢复初始」并收板。可印发的分层任务卡与记录表放在附件文档里。
演示视频
本文配有一段操作演示视频，依次展示遮光关帘、拍手关窗、哈气开空调、按 A / B 键、切换昼夜时段与学生实验台调参。视频建议控制在一分半到两分钟，画面与解说要点见附件《投稿发布说明》，其中给出逐句口播稿。若单个动作只有十几秒，也可按社区建议截成几个小 GIF 放在对应文字旁边。
（发布时在此处插入演示视频）
七、注意事项与踩过的坑
| 现象 | 原因 | 处理 |
|---|---|---|
| 照抄原文的 80/200 光照阈值完全不动作 | light.read() 是 0–4095 原始 ADC，不是勒克斯 |
使用开机基线标定，不要按绝对光照值硬套 |
| 声音数值与分贝对不上 | sound_level() 是映射到 0–100 的整数 |
界面只标「噪声」不标 dB，阈值按基线加偏移 |
| 空调开了关不掉 | 关闭阈值离基线太近，温湿度双双回落的条件永远不成立 | 关闭余量必须大于 DHT11 精度（约 ±2°C / ±5%RH），本项目取 +2.0°C / +11%RH |
| 按键偶尔没反应 | DHT11 单次读取约 2 秒，被塞进 200 ms 主循环 | 温湿度放独立线程缓存，采样间隔不小于 1 秒 |
| 板载屏自动跳到阈值页 | 触摸屏幽灵触摸 | 只保留两处小热区，加 1.5 秒冷却与 60 秒自动回主页 |
| 网页显示 502 | 电脑设了代理且未排除本机地址，或本地会话级服务已退出 | 用板子的局域网地址；排查本机时用 --noproxy 绕过代理 |
| 到学校后地址打不开 | M10 记住的是家里 WiFi，且路由器重新分配 IP | 看板载小屏上的「电脑访问」地址；最省事是把手机热点名称密码改成与家里一致 |
| 双击 HTML 一片黑 | ES module 与 importmap 在 file:// 下被拦截 |
用一键启动脚本或 HTTP 地址，页面已内置中文提示 |
| 改了代码页面没变化 | 浏览器缓存了旧的 CSS / JS | 按一次 Ctrl + F5 强刷 |
| 4K 大屏卡顿 | 高系统缩放下渲染分辨率过高 | 大字模式已把像素比锁到 1，必要时把 Windows 缩放设为 100% |
| 时间显示「时间未校准」 | M10 无硬件 RTC，断电后未同步 NTP | 联网等待校时；页面会诚实提示，不显示假时间 |
| 夜晚看不到窗外夜景 | 夜间光照低于关帘线，状态机正确地把窗帘合拢了 | 这是真实传感器驱动的正确结果；点一下「窗帘」按钮或给传感器照点光 |
| 全班共一块板时页面乱跳 | 状态机只有一份，多人操作互相覆盖 | 改为轮流派代表，或让其他组用本地演示模式 |
还有两条属于工程习惯：M10 的系统菜单服务是 Restart=always，重启自建服务时曾遇到主进程不响应 SIGTERM 卡在 deactivating，处理方式是按精确服务单元定向结束再拉起，不要用通配 pkill；所有数值与结论都应来自现场实测，文档里的理论值不能照抄。
八、实测与验证
真机环境（2026 年 11 月 6 日实测）：行空板 M10，Debian 内核 4.4.143-rockchip，Python 3.12.7，pinpong 0.6.2，P21 外接 DHT11，页面地址 http://192.168.1.92:8000，两个 systemd 服务均 active 且 enabled，/api/state 返回 source = M10 真机、has_dht = true、simulated = []、NTP 已校准。
浏览器端用调试协议做了真实交互实测：在传感器卡片上按下并拖动，拖拽前 HUD 各层均为 pointer-events: none、设备按钮为 auto；拖拽中状态标记为真、读数板保持可见；松手后观察窗口内保持无遮挡，之后平滑恢复；全程无运行时异常。昼夜三态实测：白天 12:00 环境光 0.62、日光 1.45、亮蓝天空无星；黄昏 18:24 为 0.50 / 0.84、橙紫天空微星；夜晚 22:18 为 0.47 / 0.22、深蓝天空星 0.85；三次设备按钮文本均为「灯光关」，证明昼夜未篡改状态。
五个动作的验证口径都写进了附件《原理拆解与落地指导》：按 A / B 看按钮与 MANUAL 倒计时，遮光与松手看光照是否越过两条线，拍手看噪声峰值与 8 秒计时，哈气看湿度峰值与双回落条件。拍手与哈气的峰值受人和距离影响，建议现场看着页面数字微调阈值。
九、可扩展方向
这套装置刻意把「真实」与「虚拟」划得清楚：真实的是输入与判断，虚拟的是执行与画面。这一点留给课堂的扩展空间很大。
- 把虚拟执行器逐个换成真实继电器、舵机、灯带，让学生比较「虚拟先跑通」与「实物接入」的成本差别
- 把 HTTP 轮询换成 MQTT 或 WebSocket，接入 Home Assistant 等平台
- 记录一节课的温湿度与光照，画出曲线，讨论采样率与滤波
- 增加「回家模式」等组合规则，或用多块 M10 控制多个房间
- 把 3D 场景换成温室、校园或鱼菜共生系统，迁移到科学、劳动与跨学科课程
对器材条件有限的学校来说，先用虚拟的屋子把道理讲明白，再逐步接真实硬件，是一条成本低、风险小、迭代快的路径。这也是我最想和社区同行讨论的一点：在乡村课堂里，一个「坏了刷新就能重来」的数字孪生装置，究竟能替掉多少演示风险、又能保住多少动手的真实感。
十、结语
从一块 M10、一个外接温湿度模块，到一间能转着看、会随昼夜变化的客厅，中间真正花时间的不是把 3D 画得漂亮，而是把每一条规则放到真实教室里反复试：字太浅就按对比度重新调，几块屏不同步就统一成一份状态，空调关不掉就把回差余量加大，换教室就让它自己重新标定，拖拽被卡片挡住就让 HUD 让位。
最后留在课堂上的是很朴素的一件事：学生遮一下光，窗帘自己合上了；他改了一个数，屋子的脾气就变了。「感知、传输、判断、执行、反馈」不再需要背，因为它刚刚在眼前发生过一次。
相关附件与来源声明
随文附件：
3d-smart-home_投稿附件.zip：完整工程源码（含本地 Three.js）、两份 systemd 服务配置示例、一键启动脚本与部署脚本- 《行空板 K10 × Three.js 3D 智能家居：原理拆解与落地指导》：含 M10 适配分析与真机部署实录
- 《学校大屏部署手册》：三套现场方案、出发前清单与翻车速查表
- 《智慧小屋 · 课堂学生动手实施方案》：三种组织形态、40 分钟流程与可印发任务卡
- 《3D 智能客厅》项目汇编：全部文档、留档截图与迭代排障实录
- 投稿配图 8 张（统一 1600 × 900 横版），演示视频 1 段
来源与原创声明：
- 本文为原创项目文章，首发于 DF 创客社区。项目思路受到社区文章 《STEM 教育 · 行空板 K10：低成本搭建物联网智能家居演示》（作者：云天）启发，本文在其「传感器真实、执行器虚拟」思路基础上，针对行空板 M10 平台与乡村课堂场景重新设计实现，架构、算法、界面、代码与文档均为本项目独立完成。
- 参考文档：行空板 M10 官方文档、unihiker 库、pinpong 库、DF 创客社区精华帖发布指南。
- 文中全部图片均为本项目真机屏幕截图或浏览器实拍截图，未使用外站图片；竖版板载屏截图为统一排版做了居中留白，未裁切、未修改画面内容。
