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[M10项目] 信息科技实验（苏教版）——模拟远程控制单盏路灯系统

本帖最后由 hnyzcj 于 2024-12-8 08:56 编辑

教材再现：

信息科技教材八下（苏教版）第四单元物联网数据处理探索1“物联系统原型的搭建”安排了实验“模拟远程控制单盏路灯系统”。该实验旨在通过模拟远程控制单盏路灯系统，帮助大家理解物联系统中的智能控制。在智能开发板和实验平台（SIOT）之间需要实现数据的双向传输，并对路灯进行远程控制。

实验设计：

实验1：模拟远程控制单盏路灯系统，利用实验套盒测量环境光线值，将其发送到SIOT平台上；通过可通过SIOT平台反向控制本地端实验套盒上的红色LED开关。

实验2：在实验1的基础上，增加“模式控制开关”（虚拟按钮方式）及“阈值调整”（AB按键）。当模式为“自动模式”时本地实现智能开关灯；当模式为“手动模式”时远程实现网络开关灯。

实验效果：

教学建议：

根据对教材的理解和分析本课教学内容分两个层次任务具体如下所示

实验1：必做内容，需理解本地智能终端与物联网平台SIOT之间的双向数据传输的关系，通过这种双向数据传输分别实现对环境光数据的查看及LED灯的控制。

实验2：选做内容，增加模式识别功能：自动和手动两种模式。其中自动模式为本地自主控制，提供阈值调整及环境光数据上传SIOT平台功能；手动模式为远程控制，提供环境光数据上传SIOT平台及SIOT平台发送控制信号开关智能终端的LED。

上述两个实验教师可根据教学实际情况进行安排，实验1必做，实验2选做。若感觉实验2难度较大教师可下发程序学生自主体验或教师展示学生观看，体验到两种工作模式的差异即可。

知识储备：

（1）MQTT：为了实现万物互联我们需要一个公共的通用的协议来实现，就像不同国家说着不同语言的人为了沟通得选取一种大家公认的语言来进行交流。物联网系统的道理与之相同，这里的语言对应物联网系统中的协议，搭建物联网系统可通过很多协议来实现，常用的物联网应用层协议包括MQTT、HTTP、XMPP、CoAP等。这里我们采用的是MQTT，通过该协议，我们可以在物联网上传输消息。

MQTT是一个基于客户端—服务器的消息发布/订阅传输协议，服务器就是我们要搭建的物联网平台的载体。客户端可以是信息发布者或订阅者。每个客户端都可以连接到服务器。举个例子，邮局大家都不陌生，我们可以到邮局寄信和收信。当我们寄信时，对于邮局而言我们就是信息发布者，当收信时我们就成了订阅者。同时，无论是寄信者还是收信者，我们都是客户。而邮局这个收寄信的平台就是所谓的服务器，为我们提供收信和寄信的服务。

当发布者具有要分发的新数据时，它会将包含数据的控制消息发送到服务器。然后，服务器将信息分发给已订阅该主题的任何客户端。发布者不需要有关于订阅者数量或位置的任何数据，而订阅者又不必配置有关发布者的任何数据。

另外，MQTT传输的消息可分为：Topic和payload两部分（1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅后，就会收到该主题的消息内容（Payload）；（2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要接收的内容。

（2）SIoT：一个为教育定制的跨平台的开源MQTT服务器程序，SIoT支持Win10、Win7、Mac、Linux等操作系统，一键启动，无需用户注册或者系统设置即可使用。SIoT也是为了帮助中小学生理解物联网原理，并且能够基于物联网技术开发各种创意应用。因为其重点关注物联网数据的收集和导出，是采集科学数据的最好选择之一。

这里，于行空板而言，SIoT应用程序已经被内置在了板子上，因此在使用时，我们可直接在应用开关内通过点击它来开启服务。同时，为了便于它的使用，我们开发了名为“SIoT”的Python库，旨在通过编写Python程序来连接MQTT服务器以及实现消息的传输。在实际使用时，开启SIoT服务的行空板我们就可以当作一台服务器，连接传感器以检测数据的行空板（设备）我们可以当作客户端。

注：本次实验中，我们在同一块板子上既开启SIoT服务，又连接传感器来检测数据，那么它既是客户端又是服务器。