基于行空板K10的人工智能、物联网综合项目——智能课桌

项目主题：基于行空板K10的智能课桌实践项目

项目情境：

        十五六岁的青春，生活的中心都囿于一方课桌之前，目之所及即为心之所向。这个年纪的你们总是发着光，和同桌在课桌上撑着头聊着未来，聊着琐碎的小事拼凑起自己的整个青春岁月。青春余晖下课桌，似乎一直陪伴你们，刻撰着梦想，承载着秘密。科技的发展，信息空间的注入，请将你的课桌智能化，承载你更多的悲欢离合。那么一个智能课桌是怎么设计出来的？需要考虑哪些信息技术要素呢？

        在本项目中，我们将以智能课桌的设计方案为实例，通过项目化学习活动的方式，完成信息技术实践应用的探索。基于智能课桌的设计过程，感受人工智能技术的发展，体验物联网的关键技术的魅力，拓展探索信息技术的实践应用，领悟信息社会背景下，AI技术的强大技术支撑意义。

图1：智能课桌

项目准备：

【选定主题】

        人工智能风靡全球的今天，生活中我们随处可见各种“智能”的存在。课桌设计与发展也发生了翻天覆地的变化。智能化的屏幕设计为电子书籍阅览提供技术支持；万物互联提供适切的学习支持服务；自适应学习分析为其路径规划最优学习路径；人工智能技术为其深度学习提供智能学伴服务；虚拟现实技术的应用更是为情境学习和迁移应用提供可能，在智能课桌中随处都体现出了信息技术中关键技术的使用。了解了智能课桌的发展现状，本项目决定制作一个“智能课桌”，为智能教学楼发展贡献一份小小的智慧。

【项目视频】

        
        想一想：如何设计一款为学习者学习支持服务的智能课桌呢？

项目目标：

【项目综合目标】

        1.信息意识：利用K10行空板、Mind+掌控板基础套盒实践探索智能课桌项目设计过程，让学生对信息技术中的关键技术的原理有深刻的体验，增强学生对关键技术的敏感度和对信息判断的准确性。

        2.计算思维：利用Mind+设计程序的过程，对学生的逻辑抽象、问题求解、系统设计等一系列思维活动都有较强的锻炼。

        3.数字化学习与创新：通过编程与搭建实操，利用工具解决学习理论问题，完成新任务，形成创新作品的能力。

【项目学习目标】

        1.学习红外线传感器、超声波传感器、视觉识别、语音合成的作用原理与使用方式；

        2.利用变量，函数的相关知识，设计实现智能课桌的屏幕展示信息功能、智能坐姿检测功能、智能光线感应功能、智能书籍推荐功能等；

        3.能清晰完整地表述项目作品的设计意图、个人收获和反思。

项目设计：

【确定方案】

项目名称	智能课桌
需要解决的问题	1.如何利用K10行空板语音合成功能，实现智能课桌的语音播报功能？ 2.如何让掌控板显示播放内容信息？ 3.......
项目内容
需求分析与功能描述	（尝试从使用者的角度思考需要一个什么样的智能课桌，例如智能推荐的功能需求......）
草图绘制	（绘制作品的大致外观设计）
问题解决记录	（描述在实现功能的过程中遇到的问题以及解决的方法）
	（描述还未解决的问题以及哪些功能设想）

项目需求分析：

图2：项目流程

需求分析支架：

图3：目标需求分析支架

方案设计支架：

图4：方案设计

【制定计划】

图5：制定计划

项目实施：

        智能课桌的设计包括智能课桌屏幕显示功能、智能光线感应功能、智能坐姿检测功能和智能书籍推荐功能。课桌屏幕显示屏：它的界面设计通过K10行空板屏幕显示模块进行设计。界面涉及开启和关闭功能，按下A键开始，需要人脸识别验证是否是课桌的主人，验证成功方可进行课桌的使用。按下B键，关闭课桌。智能光线感应功能实现课桌自动感应外界环境光强度实现课桌灯光的切换。智能坐姿检测功能：是通过超声波传感器检测学习者的身体是否离课桌过近，过近时，课桌向物联网平台发送“坐姿出现问题”，K10行空板内嵌夫人语音合成就会提示学生要调整坐姿结合物联网平台。智能书籍推荐功能：利用红外线遥控对智能课桌进行操控，使用语音合成模块对红外遥控输入的需求进行相应的内容播报，最后利用红外感测系统的数据，对数据进行汇总，找出点击量最多的内容进行智能推送。

【硬件准备】

图6：硬件资源

【知识准备】

        一、变量

        在编程中，变量是一个非常重要的编程元素，可以把它想象成一个数据盒子，用来存放程序中使用的各种数据。在计算机中，我们可以通俗的将变量描述为容器。

        如何理解呢？我们假定有A、B、C三个盒子，他们的大小型号不同，我们规定大盒子只能衣服，中号盒子只能装书籍，小盒子只能装零食。

图7：变量

        盒子A => 变量A （类型：衣服）；

        盒子B => 变量B （类型：书籍）；

        盒子C => 变量C（类型：零食）；

        变量（容器）的类型 => 能装什么类型的东西

        变量（容器）的大小 => 能装多

        二、函数

        

        函数也被叫做方法，函数是一段能完成特定功能的独立代码;它可以被多个使用方调用;将一组具有相关联的处理逻辑进行包裹封装，并将这个包裹命名一个名称，这样在需要编写相同处理逻辑的地方我们只需调用那个包裹名，这样可以大大的减少重复的代码，并且修改的时候也只需修改包裹里的内容，非常方便维护和更新。 比如，如果你想输出一段文字，而且这样的动作会在程序中出现上百次之多，写这段输出代码100次时不明智的，这时就可以将它定义为一段函数，需要时调用就可以了，而且若要改动输出内容只需要修改函数就可以了。

活动一：智能课桌屏幕显示功能

图8：屏幕显示功能

        智能课桌的显示屏的界面设计流程图如下所示:

图9：屏幕显示流程图

        注意：图13流程图是图9流程图的补充（答案见图13）

        第一步，连接硬件，将K10行空板、拓展板连接起来。

        第二步，在mind+软件中找到行空板，利用屏幕显示文字、图片模块进行编程。（注意必须要将缓存内容显示积木块放在程序中）

        示例程序如下所示：

图10：程序-显示屏的界面设计

图11：显示屏的界面设计效果图

        【注意】在该程序的编写过程中要注意坐标的设置，特别是按钮的制作过程中宽与高的数值设置，按钮A和按钮B的坐标关系应该有清晰的定位。

        第三步：设置智能开启与关机功能

图12：人脸识别解锁开启功能

        1. 开机功能初始化设置语音合成模块的功能程序。语音播报：你好，请注视摄像头，人脸识别正在解锁，人脸识别解锁实现开启。

        2. 解锁成功后，屏幕显示智能课桌上线啦，同时播放一段服务对白（智能课桌上线啦！小主人，让小智陪你一起开启今天的学习之旅吧！）

        3. 关机功能初始化一个关机灯光效果设置，屏幕显示智能课桌下线中，同时播放一段服务对白（智能课桌下线啦！小主人，已接收到指令，智能课桌正在下线中！）

        4. 播报完成后，屏幕背景设置显示全黑，达到智能关机的效果。

        

        流程图示例如下所示：

图13：开启关闭流程图

        注意：图13流程图是图9流程图的补充（答案）

        程序示例如下所示：

图14：程序-开启和关闭课桌功能

        功能效果图示例如下所示：

图15：开启和关闭课桌功能效果图

        【注意】在该程序的编写过程中注意按钮A和按钮B的程序放置在主程序中，调用了开启功能和关闭功能的子函数。