基于物联网的智能家居构建与实施

□ 主讲人：崔东伟 王俊华

项目背景

教育部颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》提出，信息科技课程要培养学生的核心素养，主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面。这四个方面相互支持、相互渗透，共同促进学生数字素养与技能的提升。

物联网的基本含义是“万物互联”，即在互联网的基础上，将人与人的互联延伸扩展到人与物、物与物的互联。智能家居作为物联网时代的代表，已深入我们衣食住行等各个领域。通过物联网可以把传感器网络和感知技术融为一体，将家中的各种设备连接到一起，实现对它们的控制。比如，我们可以通过向MQTT代理下发命令来远程控制掌控板。

教学目标

知识与技能 了解智能家居的概念；理解智能家居的原理。

过程与方法 学生小组讨论，感受智能家居给生活带来的便捷和舒适；体验物联网智能家居系统，了解物联网远程遥控技术，尝试进行简单的智能家居搭建与编程。

情感态度与价值观 激发学生研究学习物联网科技的兴趣，认识到科技发展对人类生活的巨大影响；培养学生计算思维和自主探究、小组合作能力，使学生乐于使用信息技术解决生活中的问题，从而提升信息素养。

教学重点与难点

教学重点 建立物联网技术下智能家居的概念，了解智能家居的应用范围和工作原理；通过体验物联网智能家居系统，了解物联网远程控制技术，尝试进行简单的智能家居搭建与编程；激发学生研究学习物联网科技的兴趣，认识科技发展对人类生活的巨大影响。

教学难点 尝试完成简单的智能家居搭建与编程。

教学准备

硬件清单 掌控板1个、扩展板1个、灯1个、风扇1个，手机若干

软件环境 mPython0.7.3、Easy IoT网站、Easy IoT微信小程序

教学过程

一、项目导入

师：同学们，你是否有出门在外，却突然怀疑自己有没有关闭了家里电灯的疑惑；是否在炎热的夏季，脑海中出现空调已经提前打开，回家就能瞬间凉爽的想法；等等，而现在这些都不是难题了，有了物联网技术，我们可以随时随地控制家里的设备。今天我们以灯和风扇为例，一起来制作一个智能家居模型，实现远程遥控灯和风扇。

师：我们一起来想一想，这个模型应该有哪些部分。首先，通过电脑和手机要发送控制信号。其次，程序编码控制信号要通过网络发送给掌控板。最后，灯和风扇执行掌控板的指令，完成相关动作。

二、项目任务

本节课的项目任务是使用掌控板、扩展板、灯、风扇完成智能家居搭建与编程。学生从项目中学会合作、学会思考，体验科技的魅力，激发学习科技的兴趣。

三、项目实践

学生以小组形式，初步探讨如何让智能家居连接网络？硬件应该如何搭建？搭建好后如何进行程序编写？怎样优化完善模型？学生讨论完成后提出问题，教师进行解答，并给出智能家居搭建与编程思路，學生观看PPT，小组合作按照要求完成项目任务。

项目任务1：连接网络，配置Easy IoT

1.学生打开浏览器后，输入网址http：//iot.dfrobot.com.cn/，看到如图1所示的Easy IoT网站首页的界面。

2.点击Easy IoT网站首页右上角注册，根据要求，填写相关内容，完成注册。

3.根据设置的手机号和密码登录系统，点击添加设备，系统能够创建一个主题，平台通过这个主题控制远端设备，如图2所示。

项目任务2：连接硬件，构建模型

教师向学生演示将掌控板插入扩展板插槽中的过程，并提醒学生注意插入的方向。

学生按步骤操作，将灯和风扇模块连接线一头插入扩展板的P8、P9接口，注意插线方向。

教师在这里要提醒学生注意，具体接入什么接口要根据模块来定，灯和风扇都是输出设备，所以要接入能输出信号的接口。P2、P3、P4接口是输入信号接口，所以不能连接，其他接口均可连接。

项目任务3：编写程序，测试调试程序

掌控板自带Wi-Fi模块，通过无线网络与Easy IoT进行通信，首先要连接网络和Easy IoT的服务器平台。Wi-Fi模块分类下的模块可以实现掌控板接入无线网络，只需要填写正确的Wi-Fi名称和密码。

服务器连接模块实现了掌控板与Easy IoT平台服务器的通信，服务器182.254.130.180是默认服务器网址，不可修改，Client ID可任意填写。Iot_id、Iot_pwd是在此之前注册的账号和密码（如图2），设置好参数后，教师提醒学生连接MQTT。

通过上面的步骤已经建立了掌控板与Easy IoT的连接，这样两者之间就可以通信了。当掌控板接收到来自Easy IoT的消息后，根据消息内容的不同，执行不同的指令。完整参考程序如图3所示。这里注意程序的最后要添加命令，该命令是控制掌控板持续等待接收消息，如不添加，程序就不能正常执行。

当程序编写完成后，进行模型测试。打开Easy IoT，进入工作台，点击主题下的发送消息，尝试发送开灯、关灯、开风扇、关风扇消息，测试模型是否正常工作。

其实，除了在电脑上控制设备，教师还可以继续扩展知识，让学生实现手机随时随地控制模型。Easy IoT提供了微信小程序。学生点击小程序，用注册的手机号登录后点击上面New Device可以发送消息给掌控板，控制灯和风扇工作。

四、项目展示

教师组织学生进行智能家居现场展示，并且提出问题，引导学生进一步完善优化小组作品。例如用纸板建造一个房间，将掌控板、灯和风扇固定到房间内合适的位置，让智能家居模型更完美。

五、项目评价

教师出示课堂评价表（如下表），组织学生完成评价表填写。学生根据本节课知识掌握情况给表格里的小星星涂色，每项评价内容为优秀、良好、合格。

六、项目总结

通过优化迭代，我们的智能家居已经初见雏形。教师提出问题：1.智能家居完成后，你希望它如何推广运用？2.在制作智能家居的过程中你有哪些收获？

学生思考回答，进行总结。

教学反思

本节课基于学生认知水平，教师给予了足够的引导和学习材料，大部分学生能够制作完成简单智能家居模型，部分学生还能够拓展延伸设计出智能门锁、智能窗帘等新设备。学生体验物联网的原理，感受利用信息科技手段解决真实问题的便捷性，体会信息科技的重要性，为未来能够继续学习和钻研信息科技打下基础。

信息科技课程不再聚焦于软件的应用和具体操作，而是转变为体验掌握解决问题的过程和方法，理解背后的原理。教师在教学设计时要注重提高学生解决复杂问题的能力。

崔东伟 北京市朝阳区骨干教师。曾获得全国创新教学奖、全国微课大赛一等奖，多次获得科技类优秀辅导教师奖，撰写多篇论文获得市区级奖项。

王俊华 中学一级教师。曾获得北京市朝阳区优秀青年教师、朝阳区骨干教师、北京市十佳科技辅导员，获得VEX机器人世界锦标赛全能奖。