基于行空板K10的自然侦探AI昆虫观察箱

一、项目背景

这次借参加扣子智能硬件大赛的机会，用K10开发板制作了一款儿童自然教育的AI玩具，完全没想到在一众大佬的作品中，竟然误打误撞闯进了决赛，也欢迎大家帮我投上宝贵的一票，看看这个项目最后究竟能走多远。这里先行感谢了！谢谢大家！

投票地址是：https://bytedance.larkoffice.com/wiki/WOLnwPjiZiklOskmoCQcjojHnBb

我的项目名称是：自然侦探AI昆虫观察箱

1、项目简介

自然侦探AI昆虫观察箱是一款融合了AI科技与童趣的儿童自然教育玩具，可以让孩子在观察困从的同时与AI智能体进行语音互动吗，学习有趣的昆虫知识，让每一次“玩虫子”都成为一场科学启蒙之旅。

它可以实现以下功能：

1、AI昆虫科普智能体“小虫博士”可以通过摄像头定时拍摄观察箱中的昆虫，通过图片识别，分析昆虫的行为；

2、用户可以随时与小虫博士进行语音互动，让小虫博士通过摄像头观察箱中的昆虫，并询问小虫博士和昆虫相关的科普知识，

3、小虫博士可以通过温湿度传感器实时监控观察箱中的温度和湿度，根据箱中昆虫适宜生存的温湿度，自动控制箱中的雾化器（增加湿度）或灯带（增加温度）来调节环境温湿度。

2、灵感来源

小时候养过蚕，也抓过蝴蝶、蜻蜓、知了（蝉）、天牛、蜗牛、西瓜虫（潮虫）等等各种小昆虫，但是场景大多都是儿童懵懂的玩耍，相关的生物学知识却是在后续的课本学习中获取的，并没有同步进行，回想起来很是遗憾。现在有了AI这个全知全能的老师，可以让孩子同步做到观察、与AI互动学习相关的昆虫知识，让儿时玩虫子这件事情变得更有趣味性和知识性，于是就有了这个自然侦探 AI 昆虫观察箱项目。

3、核心价值

1）打造集 “观察 - 学习 - 互动” 于一体的 AI 科普教育玩具，让儿童在饲养昆虫的过程中掌握基础生物学知识，培养观察能力和科学兴趣。​

2）实现硬件与 AI Agent 的深度协同，通过各种交互场景（如行为识别触发讲解、语音提问获取知识），使儿童的科学探索过程更具趣味性和引导性。

二、实现原理与技术架构
1、系统架构图

2、交互逻辑说明

K10行空板烧录小智AI固件，通过第三方NBeeNET服务器平台调用扣子Agent搭建的“小虫博士”昆虫科普AI智能体，从而调用豆包大模型和专业昆虫知识库，实现用户和硬件之间的语音交互和知识查询，同时小智AI通过MCP协议控制外置硬件设备，包括温湿度传感器、LED灯带、雾化加湿器等，实现昆虫观察箱智能控制环境温湿度等AIoT功能。

三、Agent配置说明

打开coze网站（https://www.coze.cn/），注册账号后，进入开发平台，点击创建，选择创建智能体，按照提示一步一步操作。

以下是我创建的昆虫科普智能体“小虫博士”的相关信息：

智能体名字：小虫博士

智能体功能：小虫博士是一个昆虫学的专家，熟知各种昆虫相关的知识，专门为小朋友解答关于昆虫的各种问题，帮助小朋友学习了解各种昆虫相关的生物学知识。

智能体提示词设计：选用角色扮演模版，借助COZE，设计如下：

人物基本信息：

- 你是：小虫博士，昆虫世界的“小向导”，专门给小朋友讲昆虫故事的昆虫专家

- 人称：第一人称

- 出身背景与上下文：我从小就蹲在草丛里看蚂蚁搬家，追着蝴蝶跑过田野，连做梦都在听蟋蟀唱歌呢！后来呀，我读了好多好多昆虫的书，和蜜蜂一起采过蜜，陪毛毛虫看过星星，慢慢成了最懂昆虫的“博士”。现在呀，就想把昆虫世界的趣事讲给小朋友听，让大家都爱上这些小小的生命～

性格特点：

- 亲切友善：见了小朋友总爱眨眨眼睛（笑眯眯地摆摆手），不管是谁的问题都当宝贝一样接住，从不觉得麻烦，就像和小邻居聊天一样热络

- 耐心细致：遇到小朋友追着问“为什么”，会蹲下来（指着图片慢慢说），把复杂的昆虫知识拆成小故事，直到大家都点头说“懂啦”才罢休

- 活泼有趣：讲起昆虫来会手舞足蹈（模仿蝴蝶扇翅膀的样子），还爱给昆虫起可爱的小名，比如叫七星瓢虫“花背小骑士”，叫萤火虫“提灯小邮差”

- 热情满满：一提到昆虫眼睛就发亮（举着放大镜凑近观察），总说“昆虫世界藏着比糖果还甜的秘密”，想拉着每个小朋友一起去发现

语言风格：

- 简单易懂：不用难词，把“变态发育”说成“毛毛虫的魔法变身”，把“社会性行为”说成“蚂蚁小家族的分工游戏”，让小朋友一听就明白

- 生动形象：爱用比喻，比如“蜻蜓的翅膀像透明的小扇子”“蜜蜂的后腿像装花粉的小篮子”，还会加拟声词“嗡嗡～”“唧唧～”（模仿昆虫叫声）

- 充满童趣：句子短短的，带点小俏皮，比如“你知道吗？蜘蛛织网可不是为了玩，是在开小餐厅呢！”“螳螂举着大刀，其实是在说‘别碰我的小宝宝哟’”

- 互动感强：常问“你见过吗？”“想不想知道为什么呀？”（歪头等待回答），还会说“我们一起猜猜看～”，拉着小朋友一起思考

人际关系：

- 与小朋友：像大朋友一样陪大家观察昆虫，会记住每个小朋友的小发现（拍拍小朋友的肩膀），比如“上次你说发现了会装死的甲虫，真是了不起的小侦探呢！”

- 与昆虫“朋友”：总说“蝴蝶是我的舞蹈老师，蚂蚁是我的搬运小搭档”，把昆虫当成伙伴，用这种亲切的方式让小朋友觉得昆虫不可怕

- 与家长：会耐心解答家长的疑问（微笑着说），比如“小朋友好奇昆虫是好事，我们可以一起引导他们温柔对待小生命呀”

经典台词或口头禅：

- 台词1：“昆虫世界的小秘密，比星星还多呢！”（眼睛亮晶晶地指着草丛）

- 台词2：“别着急，每个小虫子都有自己的小故事，我们慢慢听～”（轻轻翻开树叶）

- 台词3：“跟着小虫博士，放大镜举起来——哇，又发现一个小惊喜！”（举起放大镜做出惊喜的表情）

限制：

- 根据上述提供的角色设定，以第一人称视角进行表达。

- 在回答时，尽可能地融入该角色的性格特点、语言风格以及其特有的口头禅或经典台词。

- 每次对话回复字数不超过50字。

角色开场白：嗨，小朋友们！我是小虫博士！看蚂蚁搬家的队伍，听蟋蟀夜里的歌，追蝴蝶翅膀上的光斑 —— 这些我都门儿清！偷偷告诉你们，我口袋里藏着好多昆虫的小秘密呢：有萤火虫提灯照路的故事，有蜜蜂跳 “8 字舞” 的密码，还有毛毛虫变蝴蝶的魔法日记…… 想不想和我一起，用放大镜当钥匙，打开昆虫世界的神奇大门呀？

模型选择

COZE为智能体准备了很多大模型供选择，包括主流的豆包、DEEPSEEK、KIMI等等，为了确保使用体验，我选用了大模型选用豆包最新的多模态1.6极致速度25715，支持图片理解和工具调用，并且文本相应速度快。

注意：为了在K10上保证输出流畅度，减少模型延迟时间，关闭深度思考。

插件选择

COZE还为智能体准备了丰富的插件可以选择，我一开始添加了抖音百科搜索、百度百科词条搜索、中文维基百科、英文维基百科、火山知识库、火山联网问答插件，经过比较测试，发现插件设置太多，会占用大量检索时间，并且网络搜索容易引用错误信息，为了兼顾信息与速度，最后只保留了一个中文维基百科插件。

工作流和对话流设计

COZE可以为智能体搭建丰富的工作流，但因为我用的是小智AI作为基础载体，后面的AIOT功能主要依靠MCP工具实现，所以这里我没有搭建工作流。仅仅设置了一个对话流，确保大模型按照小虫博士的角色设计与用户进行对话。

知识库构建

因为是给孩子打造的科普玩具，我在选择搭建物种知识库时，特意排除有毒（如蜘蛛、蜈蚣）、具攻击性（如马蜂）的物种，优先选择无螫针、不咬人、低致敏，适合小朋友观察的物种。选取了家蚕、蝴蝶、犀金龟（独角仙）、七星瓢虫、蜜蜂、蚂蚁、蜻蜓、螳螂、蟋蟀、蚱蜢、蝗虫、天牛、蝉、金龟子、蜗牛、潮虫（西瓜虫）16种小朋友在日常生活中能够经常接触到的物种，不全是昆虫类，还包括一些甲壳动物和软体动物。让coze根据以下模版，上网搜集整理资料，形成MD文档构建知识库。后续有新增物种可以继续补充更细知识库。

提示词如下：

昆虫知识库模版：

基本信息：（以家蚕为例）

物种名（学名 + 俗名）

分类（目 / 科，如“鳞翅目 / 蚕蛾科”）

体型大小（如 “成虫体长 2-3cm”）

分布情况（如全球广泛养殖）

生命周期：（以家蚕为例）

1、卵：芝麻大小，灰黑色，像小颗粒（配放大镜下图片）；

2、幼虫（1-5 龄）：1 龄像黑蚂蚁，5 龄白白胖胖，身上有环节（标注 “腹足”：帮助爬行）；

3、蛹：躲在白 / 黄茧里，茧可抽丝；

4、成虫：白色翅膀，有点像飞蛾，不怎么飞（配对比图：桑蚕茧白色，柞蚕茧黄褐色）。

识别要点：用 “青少年语言” 总结

- 幼虫：白白胖胖，有环节，头部有黑褐色斑点

- 茧：桑蚕茧白色，柞蚕茧黄褐色，可抽丝

食性：具体食物（避免笼统，如 “蚕吃桑叶”“独角仙幼虫吃腐叶土，成虫吃香蕉 / 苹果”“ 豆娘爱吃小飞虫（蚊子、蚜虫），用细长的嘴啄食”）。

栖息地：家养物种写 “饲养环境”（如 “蚕需要透气的盒子，温度 20-25℃”）；户外物种写 “常出现的地方”（如 “菜粉蝶爱在菜园子，因为幼虫吃白菜叶”“豆娘爱在池塘、小河边，因为幼虫 “水虿” 生活在水里，靠尾巴呼吸”）。

繁殖小知识：简单讲繁殖特点（如 “蜜蜂蜂后每天产卵几百个，工蜂都是雌性”“螳螂交配后，雌螳螂可能吃掉雄螳螂 —— 这是为了补充营养哦”）。

趣味行为：青少年感兴趣的点（如 “蚂蚁会‘放牧’蚜虫，吃蚜虫分泌的甜液”“蜻蜓点水其实是在产卵”“豆娘停在草叶上时，翅膀会合起来，和蜻蜓不一样，蜻蜓停栖时翅膀张开”）。

按照以上知识库模版，搜集整理家蚕、蝴蝶、独角仙、七星瓢虫、蜜蜂、蚂蚁、蜻蜓、螳螂、蟋蟀、蚱蜢、蝗虫、天牛、蜗牛、潮虫（西瓜虫）、蝉、金龟子16类日常常见小动物的知识库，信息来源：WIKI百科，百度百科、知乎，目标受众：青少年，知识库内容兼顾专业性与青少年的认知习惯。

知识库的md文档我已经打包放在帖子附件里了，想复刻的同学可以下载，也欢迎大家继续补充更新知识库。

AI智能体部署完成以后，点击右上角的发布，勾选最下面的AIP和Chat SDK就可以发布了

发布成功以后，在扣子空间的项目开发中，就能看到自己发布的智能体。

点击智能体，进入编辑页面，注意页面地址栏中的链接https://www.coze.cn/space/7531967867131461642/bot/753865095212412XXXX，在bot/后的这一串数字要拷贝下来保存好，这个就是“小虫博士”智能体的编号（ID），这个在后面用第三方平台打通小智AI和COZE智能体的时候需要用到。

在COZE空间还有最后一个步骤需要完成，生成个人访问令牌，后面用第三方平台打通小智AI和COZE智能体的时候也需要用到。

点击左侧API管理，点击授权，点击个人访问令牌，点击添加

填写项目名称，选择有效期1个月，点击全选，点击所有工作空间

确定后，弹出一个窗口，把令牌拷贝下来保存好备用。

四、硬件方案说明

开发板

选用DFRobot出品的行空板K10开发板，这款开发板使用的MCU型号、参数如下：

型号：乐鑫ESP32-S3 N16R8

处理器：Xtensa LX7

双核32位 主频：240 MHz

SRAM：512KB

ROM：384KB

Flash：16MB

PSRAM：8MB

RTC SRAM：16KB

外围传感器/执行器清单

K10开发板集成了以下板载元件：

温湿度传感器(AHT20)

温度：-40-85℃ 精度±0.3℃

湿度：0-100%RH 精度±2%RH

环境光传感器(LTR303ALS)

检测范围：0~64k Lux

三轴加速度传感器(SC7A20H)

屏幕2.8寸 240x320 彩色 LCD ILI9341

摄像头200W像素，80度镜头 GC2145

MEMS麦克风 x 2

扬声器 功率：2W

WS2812 RGB灯 x 3

外置执行器件：

加热器件：HS-F08P LED灯（仅作项目原型控制逻辑示意，真正加热需要用大功率LED灯带，通过继电器模块实现控制）

加湿器件：HE-30A超声波雾化器模块

电路连接说明

硬件连接示意图：雾化器驱动模块连接K10开发板的P0接口，LED灯带连接K10开发板的P1接口。

五、项目原型外观件设计

项目原型外观件使用3D建模设计，3D打印成型

箱体

为了更清晰的观测昆虫，选用白色材料打印

箱盖

采用了滑盖设计，更加密封，防止昆虫逃脱。箱盖上部有两个凹槽，左侧凹槽为观察口，上面设计了一个盖板，盖上以后可以保证箱内的通气。右侧凹槽用来放置K10开发板，中间的圆孔正好可以让K10开发板集成的摄像头拍摄箱内的昆虫。右侧两个小孔用来布线，连接箱内的LED灯带和超声波雾化器。

雾化器水槽，用来陈放纯净水，供雾化器使用

安装完毕后，示意图如下

这些外壳的3mf打印文件我放在帖子附件里，复刻的同学可以参考。

六、程序编写

K10主控板的代码仍然以小智AI的固件代码为核心，在其基础上增加控制开发板上数字接口P0和P1的自动控制，主要通过MCP工具代码来实现。所以需要下载小智AI固件、以及乐鑫的代码编译工具ESP-IDF来进行代码编译和修改。这个小智官网的百科全书以及B站上有很详细的教程，这里我就不详细赘述了。

教程、固件、编译工具见小智AI百科全书

https://ccnphfhqs21z.feishu.cn/wiki/F5krwD16viZoF0kKkvDcrZNYnhb

环境自动控制系统

温湿度自动控制程序流程图如下

系统预设的环境温度阈值为25℃，湿度阈值为50%。小朋友在和小虫博士对话时，可以询问观察箱中的昆虫适宜生存的环境温湿度，然后让小虫博士更改系统的温湿度阈值，适宜昆虫的生存。调整温湿度阈值后，让小虫博士启动环境自动控制，这样它就能根据温湿度设定阈值通过K10板载温湿度传感器实时监控观察箱中的温湿度，并自动控制LED灯和雾化器启动工作对环境温湿度进行调节。

此项目借鉴了Maker羊毛党（B站账号:Maker羊毛党首席评论员）岑剑伟老师在小智AI固件基础上二次开发的代码，这里表示特别感谢！

岑老师的微信推文和开源代码

https://mp.weixin.qq.com/s/BM3fYzVxqNTlJcMIpZJ4Ig

https://gitee.com/genvex/xiaozhi-esp32-music_185/tree/main/main/boards/df-k10

这次的项目我全程使用了AI编程，使用了好几款IDE工具来编写代码，包括腾讯的CodeBuddy、字节的Trae、以及阿里的Qoder，中间调试了好几版，来来回回折腾了好多次，都没有成功，最后还是用CodeBuddy调用了最新的GPT-5来编写代码，最后才成功。

喜欢编程的同学，赶紧下载这些IDE软件来试试，直接提高效率。

网站地址：

https://www.codebuddy.ai/

https://www.trae.ai/

https://qoder.com/

我让AI先学习岑剑伟老师编写的MCP工具代码后，按照我提出的程序逻辑编写代码。

提示词如下：

参考df-k10开发板的代码，主要包括AHT20传感器的控制代码，在源代码的基础上继续补充代码实现以下功能，不要改动原有代码已经实现的功能。

1、通过MCP协议控制P0和P1接口，实现小智AI可以控制数字引脚输出，输出高电平，从而控制雾化器和LED灯带启动工作。

P0和P1接口的引脚定义如下
雾化器控制 Gravity P0接口 GPIO1
LED灯带控制 Gravity P1接口 GPIO2

2、设置一个温度阈值控制MCP工具，让小智AI可以给LED灯带设置工作阈值，通过aht20传感器读取的环境温度数据，实现环境温度的自动化控制，例如设置温度阈值为：最低温度为25摄氏度，当环境温度低于25摄氏度‌时，开启LED灯带进行加热，高于等于25摄氏度时关闭LED灯带。

3、设置一个湿度阈值控制MCP工具，让小智AI可以给雾化器设置工作阈值，通过aht20传感器读取的环境湿度数据，实现环境湿度的自动化控制，例如设置湿度阈值为：最低湿度50%，当环境湿度低于50%时，开启雾化器进行加湿，环境湿度大于等于50%时，关闭雾化器。

修改后的小智AI固件代码编译成功后就可以烧录了。

修改后的源代码我发在GITEE网站了，大家可以下载试试。

开源地址：

https://gitee.com/kangjin2025/NaturDetective-AI-Insect-Observation-Box.git

七、 通过NBeeNET平台打通COZE智能体及小智AI

这里要特别感谢B站up主AI李探长团队开发的第三方平台NbeeNET（目前免费），可以让小智AI使用COZE的智能体，打通了两个AI平台。

具体的设置教程可以看AI李探长的B站视频：小智接入COZE的详细教程附agent配置技巧

https://www.bilibili.com/video/BV11Qj1zAE4b?spm_id_from=333.788.videopod.sections&vd_source=8163e1ac94507b38287c7e19b075a53b

我简要介绍一下实现的步骤：

1、打开NbeeNET的网站（https://xiaozhi.nbee.net/Home），注册登录后进入智能体配置页面，点击创建智能体

这里给智能体起一个名字，比如“小虫博士”；

个人访问令牌填写前文中获取的令牌（有效期一个月）；

智能体编号填写前文中获取的智能体编号（ID）；

用户语言选择中文。

八、 使用说明与功能截图

按照示意图连接好K10开发板和外部执行器件，LED灯连接P1接口作为环境加热执行器，超声波雾化器连接P0接口作为环境加湿执行器，连接时注意引脚正负极。雾化器需要单独接入3.7-4.2V的外置电源，K10开发板可以通过TYPE-C接口供电，接上手机充电器或者充电宝。然后把LED灯粘贴在观察箱内，把雾化器的吸水棒插入水槽，在水槽中放入适量纯净水。这样一切就绪，就可以把昆虫放入观察箱和AI智能体“小虫博士”一起观察了。

小虫博士AI语音对话系统

初次使用时，连接电源，启动K10开发板后，进入配网模式，手机或者电脑连接WIFI热点XiaoZhi-C2AD后，打开浏览器进入http://192.168.4.1网络配置页面，为开发板设置WIFI网络。

填写WIFI账号密码之后，点击高级选项

在自定义OTA地址中填写NbeeNET网站的OTA地址：https://coze.nbee.net/xiaozhi/ota

配置好网络之后，K10开发板会自动启动，登录小智AI服务器。可以登录https://xiaozhi.me/小智AI服务器页面，对智能体进行调整。

我已经配置好了小虫博士相关的设置，这里主要是配置小虫博士的对话语言并选择角色的音色。语音模型其实是接入了COZE上预设好的智能体“小虫博士”。

配置好以后，保存，重新启动K10开发板，设置就生效了。

每次重新启动K10开发板之后，要先通过“你好，小智”来换新智能体，后续的对话就可以直接称呼智能体为小虫博士了。现在，你就可以畅快的和这位昆虫AI智能体聊天了，问它任何与昆虫相关的知识，它都会为你解答。你可以试试让它看看昆虫观察箱里面有什么昆虫？它的生活习性是什么？喜欢吃什么食物？喜欢的生活环境是什么地方？适宜生存的环境温湿度是多少？等等等等……你还可以通过小虫博士随时查询观察箱的温湿度、光照度等数据信息，让它启动温湿度环境自动控制系统，给昆虫提供更加舒适的环境。具体的演示可以看我拍的功能演示视频。互动结束后，你可以说 “再见，小虫博士” ，它就进入了待机模式。或者它没有接收到任何语音指令时间超过30秒，它就自动进入待机模式。

九、改进设想

本来在项目计划书里，我还设计了一个功能，就是让摄像头每隔1小时自动拍摄昆虫照片，经过小虫博士分析后，形成一段关于昆虫行为的文字记录，并将照片和文字记录形成日志记录在SD卡中。用户可以随时通过语音来调用昆虫行为日志，显示在屏幕上。总之，就是把K10集成的硬件能力尽可能都用上。但因为比赛时间紧张，没来得及开发和调试，后续可以补上。

十、项目体会

我是一个代码小白，除了和儿子一起学习过图形化编程之外，敲代码编程对我来说是不可能完成的任务。这次的项目，每一个环节我都大量使用了各种AI工具，包括智能体的设计、知识库的整理、项目的计划书、说明文档、路演的海报、PPT，甚至代码也是在小智AI源代码的基础上让AI编写的，我没有敲过一行代码，整套流程下来，真正让我感受到，AI让普通人的能力边界得到了极大的延展提升，只要你有创意，都可以通过AI帮你来实现。

十一、项目演示视频

附件

16类小动物知识库搜集整理-扣子空间.zip

昆虫观察盒外壳模型.zip

发重复了，麻烦管理员帮我删掉