#首届“掌控板”教学应用设计大赛#基于物联网制作的 IOT对讲机

【掌控未来制造营】

课程名称：IOT对讲机

教师姓名：陈厚节

年级：初三及以上的学生。

课时安排：2课时，每课时45分钟。

一、学生分析：

物联网是21世纪最具有前景，最火爆的研究领域之一，‘万物互联’是未来的趋势，因此很有必要让学生提前了解这个一热门领域，所以我们利用掌控板制作了一个可以利用IOT进行通信的对讲机。

二、教学目标：

 知识与技能

1. 了解MQTT、及其通信机制；

2. 了解常见物联网平台以及账号申请；

3. 了解计算机中断的概念；

4. 学习掌控中板中MQTT的使用及编程方式；

5. 学习掌控中板中语音识别的使用及编程方式；

6. 学习掌控板上连接wifi、按键和OLED的使用和编程方式；

7. 学习掌控版上触摸按键、蜂鸣器的使用和编程方式；

8. 学习编程语句一直重复执行与如果执行的区别和使用方式；

 过程与方法

1. 通过学生制作IOT对接机的过程，让学生体会、熟悉MQTT的通信机制；

2. 项目设计中实现多学科交叉融合。

 情感态度与价值观

1. 培养学生发现问题、解决问题的能力；

2. 培养学生自主探究学习能力、动手实践能力。

三、重难点：

 教学重点

1. MQTT 发布-订阅消息传递模式；

2. 掌控板中发布、订阅主题的使用方法；

3. 掌控版中语音识别模块的使用方法；

 教学难点

1. MQTT 发布-订阅消息传递模式；

2. 掌控板中订阅主题的使用方法；

四、课前准备：

 硬件

掌控板、数据线。

 软件

Mpython: ：https://steamaker.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/autoUpdate/mpython-pro/mPython%20Setup%200.3.10.exe

教学过程：

1. 时间管理

本课程共分为两个课时，每课时45分钟。第一节课：项目引入、物联网平台账号申请以及基本使用方法。第二节课：使用掌控板实现IOT对讲机项目。

2. 课程导入

(1) MQTT

MQTT是一种基于发布 - 订阅的“轻量级”消息传递协议，用于在TCP / IP协议之上使用，它适用于需要“小代码占用”或网络带宽有限的远程位置的连接。 能实现一对多通信（人们称之为发布或订阅型）的协议。它由3 种功能构成，分别是中介（broker）、发布者（publisher）和订阅者（subscriber）。

(2) MQTT的通信方式

中介承担着转发MQTT 通信的服务器的作用。相对而言，发布者和订阅者则起着客户端的作用。发布者是负责发送消息的客户端，而订阅 者是负责接收消息的客户端。MQTT 交换的消息都附带“主题”地址，各个客户端把这个“主题”视为收信地址，对其执行传输消息的操作。 形象地比喻一下，跟现实生活中的房地产中介是一样的。业主（发送者）将房屋上架高新区二手房板块（主题），然后二手房app（中介）会自动将信息推送给关注了高新区二手方的买家（订阅者）。这就是 MQTT 的发布订阅模型。

(3) 物联网平台介绍

OneNet 中国移动物联网平台：https://open.iot.10086.cn/

优点：支持多种通讯协议,如MQTT,HTTP等；可编辑应用功能,可制作数据显示和开关控件的页面UI。

缺点：平台操作较为复杂、与官方的MQTT稍有不同,对入门者比较不好理解。

DFRobot Easy IoT 物联网平台：https://iot.dfrobot.com.cn/index.html

优点：操作简单,适合入门者学习。

缺点：不能自定义topic；缺少应用端的UI界面编辑,无法呈现数据。

Adafruit IO 物联网平台：https://io.adafruit.com/

优点：操作简单,适合MQTT教学；有丰富的dashboard编辑功能,可以很好的呈现数据；支持IFTTT,可关联很多的互联网服务,玩法多样。

缺点：国外服务器,连接不稳定,经常连接不上

(4) DFRobot Easy IoT 申请与配置

①注册账号

输入手机号，获取验证码，输入验证码，初始密码即可。

②添加新主题

点击添加新设备即可生成新的主题；可以通过点击发送消息，直接给主题发送消息；查看该主题消息记录可以通过查看详情来实现。

③ IOT关键信息

   可以通过点击这个按钮，显示Iot的两个关键信息-用户名和密码。

(5) MQTT的简单应用-MQTT对接机

图中为传统的对讲机，这种对讲机依靠无线电来传输信号，实现短距离传输。不能进行超远距离传输，前面我们一起学习了一些物联网的基础知识，加上人工智能领域的语音识别-能够自动将语音转换为文字的技术，来完成一个能够实现超远传输的IOT对讲机。

3. 获取新知识

(1) 如果执行与一直重复执行

如果执行是选择结构，用于判断给定的条件，根据判断的结果来控制程序的流程。常见的有单分支选择结构、双分支选择结构、多分支选择结构以及嵌套的分支结构，形式比较灵活多变。

一直重复执行代码块内部的程序

(2) 文本拼接;

功能：将两个文本进行拼接在一起。

(3) 变量的声明和使用;

功能：声明一个变量，用来存储数据。

(4) 触摸按键;

功能：当触摸按键被触摸/释放时，执行何种操作。触摸按键可以触发中断，中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行 。

(5) OLED显示使用;

功能：控制OLED屏幕显示相应内容

(6) 播放音调使用;

功能：控制掌控板输出某种音调的音乐，P6引脚就是掌控板上面蜂鸣器正极接的管脚。

(7) 语音识别;

功能：语音识别，生成文字。

(8) 连接wifi；

功能：输入wifi名称，密码。

功能：可以判断是否连接WiFi

(9) 设置连接MQTT；

功能:Easy IoT的基本配置

(10) MQTT发送信息至某主题；

功能:向指定主题发送消息。

(11) MQTT订阅某主题接收消息；

    功能：等待主题消息，当接受到消息，执行某种操作

4. 程序实现（Mixly）

项目目标：制作能够发送、接受消息的IOT对讲机。

(1) 连接wifi、MQTT服务器，连接成功后给予操作提示；

(2) 设置订阅主题，接收到消息后，鸣笛并且显示内容；

(3) 当P键被触摸后，开始语音识别，并且显示转换结果；

(4) 当N键被触摸后，发送语音识别结果，并且显示发送状态；

完整流程图、程序：

注意事项：上程序是对讲机A的程序；对讲机B的程序只需要将MQTT配置的client ID 做一个修改，将订阅主题 与 发送信息的主题对换。这样就不会出现，对讲机接收到自己消息的情况了。

五、演示视频：