摘  要 ：本作品基于人工智能与物联网，为促进创客教室的安全性和舒适性，加强环境与教学管理，为学生提供一个安全、舒适、健康、具有创客思想的空间。本作品具有四种功能：大屏显示、环境监测、语音识别、远程控制；可作为创客学习展示教学样板。

关键词：人工智能、物联网、大屏显示、环境监测、语音识别、远程控制

一、研究背景

学校的创客教室一直以来都是我们的日常主要活动场所之一，经常有很多学生在创客教室学习、设计、创作。我们发现在创客教室中存在着一些问题。

首当其冲的就是一些会影响到我们健康的环境问题，3D打印机、激光切割机运行时产生的噪音、空气污染；教室照明较弱，对学生视力造成一定影响，时间久了会有损伤；再者，上课人数统计管理费时费力；创客区的物料较多，需要经常清理；再者，平时在学生物联网、人工智能相关技术时，没有很具体的操作体验，在学习时往往不知所以。

经过调查研究，我们设计了一个智能的创客教室可视化系统，它基于人工智能与物联网，为促进创客教室的安全性和舒适性，加强环境与教学管理，为学生提供一个安全、舒适、健康、具有创客思想的空间。本作品的四种功能：大屏显示，环境监测、语音识别，远程控制，很好解决以上不足；可作为创客学习展示教学样板。

二、研究过程

1、设计思路

2、合作分工

3、作品结构

本作品以教室模型为主体，在教室模型内安装各类传感器，设备主要分为智能创客教室的SIOT与数据采集部分与设备控制设备部分。

SIOT与数据采集部分包括：行空板、SCI采集模块、数字温湿度传感器、噪音计、环境光传感器、空气质量传感器、普通摄像头；

行空板接收各类传感器传输的数据，显示并通过行空板自带的物联网SIOT发送数据给掌控板与电脑，并在大屏幕上显示所有信息；普通摄像头模拟远程监控。

设备控制设备部分包括：掌控板、语音识别、huskylens人工智能摄像头、Fan module风扇模块（模拟通风排气系统）、130 直流电机风扇（模拟空调系统）LED灯条（模拟照明系统）

掌控板：接收行空板传输的数据分析后进行预警，并控制被连接的电器；语音识别模块：识别语音，并控制被连接的电器；huskylens人工智能摄像头：人脸识别，统计创客社团到位学生数。

4、 功能实现与结构要求

 4.1实现功能要求：

• 能进行空气温度，湿度，环境光，声音强度等数值的检测并显示于行空板与数字化大屏上；
• 当各项数值超标时进行警报并调节相关电器；
• 获取物联网上的天气并进行对比与显示；
• 能通过语音控制相关电器开关；
• 能实时监控教室内状况；
• 人脸识别统计创客社团到位学生数进行点名；

4.2工程结构要求：

（1）结构稳固：在使用过程不易损坏;

（2）实时更新：可以定时获取最新的数据;

（3）实时警报：可以实时处理数据，并做出相应判断和对应的报警提示;

本装置适用于任何地区的创客教室，可以有效提高学生学习效率和学习环境水平；在繁忙的学习任务中，我们与老师讨论了多种设计方案，最后决定采用行空板、AI摄像头、可视化大屏、物联网等技术实现本设计；希望能对广大学生有所帮助，对学生学习效率和学习环境有所改进。

5、结构设计与模型制作 

5.1结构设计效果图 

5.2初稿激光切图

6、硬件选用与连接

硬件清单

SIOT与数据采集部分硬件连接

设备控制设备部分硬件连接

7、电脑编程

8、制作组装

  (1).初步构思：组员之间讨论，对其他学生进行调研，对创客智能教室进行构想

(2)模型制造：运用激光切割制作创客教室模型，按比例还原创客教室

(3)程序编程：将组员可实现的想法通过程序体现在硬件上

(4)成品组装：将硬件加入进创客教室模型中，并进行一些调整

9、作品展示

三、研究结论

四、创新点

1、实时监测：能进行空气温度，湿度，环境光，声音强度等数值的检测并显示于行空板与数字化大屏上；自动警报；

2、大屏显示：智能的创客教室所有监测数据可视化；

3、自动控制：当项数值超标时进行警报，系统启动自动控制，保持环境舒适；

4、人脸识别：人脸识别统计到位学生数；

5、语音识别：可以通过语音控制创客教室内的一些设备；

6、远程控制：智能大屏上可以远程控制创客教室内的一些设备，如灯，空调，排气扇等；

五、作品设计体会

创造是一个从无到有的过程，当中充满了天马行空的想象与一丝不苟的严谨。

这一作品方案也经过多次修改与调整，从调研到方案的设计，结合了许多人对智能创客教室的想法，再总结这些想法然后经过我们组员的思考与讨论以及相互配合，才有了这一项目的完成；由于创客社符合国家标准，所以工具完备，在指导老师的指导下，模型制作过程也很顺利，但由于经验不足，论文的制作，代码的编辑等或多或少都出现了不少的小问题，但在指导老师的帮助下也都一一解决了。

六、有关技术参数

6.1 掌控板技术规格：

6.2 行空板技术规格

6.3 SCI采集模块

SCI采集模块是一款功能强大且高度集成的数据采集模块，该模块融合了屏幕显示、传感器自动识别、传感器校准、数据存储、RTC时钟以及数据优化等多种特性，让数据采集变得更加便捷和高效。此外，SCI采集模块还具有多种供电方案，并可通过I2C接口输出优化后的传感器数据，兼容Arduino、micro:bit、掌控板、行空板、树莓派等常用的开源硬件主控。SCI采集模块支持了20余种受欢迎的传感器，包括温湿度、大气压、空气质量、氧气浓度等等。

6.4 ENS160空气质量传感器

ENS160 空气质量传感器，搭载了ScioSense公司新推出ENS160空气质量传感器。该传感器专为室内空气质量检测而设计，能直接输出多种IAQ（TVOC、eCO2、AQI）数据。创新的TrueVOC技术结合金属氧化物(MOX)技术使得该传感器有优越准确性、快速响应、抗干扰等特性。 ENS160空气质量传感器内置算法，直接输出TVOC、eCO2、AQI数据，环境数据更丰富、容易理解。该传感器的预热时间小于3分钟，可以更快速的获得准确数据，内置基线自动校准算法，确保了传感器的长期稳定性。

产品特性

多种IAQ输出(TVOC、eCO2、AQI)，环境数据丰富

预热时间小于三分钟，更快获取数据

内置算法，输出数据更准确

自动校准基线，长期使用更稳定

应用场景：空气净化/家庭自动化、环境污染检测、暖通空调/通风系统、楼宇自动化/智能恒温器

6.5 数字温湿度传感器

本模块采用SHT31-DIS-F芯片，这个芯片是SHT2x系列温湿度传感器的新一代继承者，相比上一代芯片精度更高，在SHT3x系列中属于标准版,同时这款芯片上面还有一层保护膜。 芯片测量数据经过出厂校正、线性化和温度补偿，具有温湿度报警输出、软硬件复位功能。传感器的湿度测量范围是0-100%RH，温度测量范围是-40-125℃。I2C接口，可选I2C 地址，工作电压范围宽（2.15V至5.5 V）。 保护膜是IP67的PTFE膜，可防止传感器开孔接触灰尘，因此允许传感器在恶劣环境条件下使用，如密切接触灰尘可能对传感器的精准性具有影响的地方。由于最小封装和膜的高 水气渗透性，相对湿度和温度信号的响应时间与没加膜的传感器所实现的相同。虽然，保护膜可完美防止灰尘的进入，但在一般情况下它不能防止挥发性化学物质的污染。
温湿度偏差参考:

6.6 分贝计

声级计（又称分贝计、噪音计）是最基本的噪声测量仪器，能够模拟人耳对声波反应速度的时间特性，测量周围环境声音的大小。但目前还没有一款能兼容arduino、简单易用的声级计。 为此，我们新推出了一款arduino兼容的、即插即用的声级计模块，可精确测量周围环境声音的大小。该产品采用仪器级电路方案，低噪麦克风，精度高；支持3.3~5.0V宽电压输入，0.6~2.6V模拟量输出，兼容性好；分贝值与输出电压为线性关系，转换简单，无需复杂的算法；接口即插即用，无需焊接，可方便的应用到现成的系统中。 声级计在环境噪音检测中有着广泛的应用，如公路噪音监测站、居室噪音监测等。有了我们这款声级计模块，DIY一套环境声音检测设备不再有任何难度。

分贝计接口管脚定义

6.7 环境光传感器

本产品是数字式环境光传感器，测量不同环境下光的强度，在串口监视器中以数值显示，单位是lx。它的测量精度高，量程较广，探测范围从0lx到120klx，分辨率0.0036lx/ct。在设计方面，本传感器采用Filtron™技术，Filtron技术使传感器对环境光的光谱感光度接近人眼，同时它还采用了O-Trim™技术，使输出公差不到10%。在电路方面，此传感器模块支持I2C总线接口，并且采用了Gravity接口的设计形式，直接地简化了用户的接线难度。

光亮度数据参考：

晚上： 0.001-0.02 lx；

月夜： 0.02-0.3 lx；

多云室内： 5-50 lx；

多云室外： 50-500 lx；

晴天室内： 100-1000 lx；

夏天中午光照下： 大约10*6 lx；

阅读书籍时的照明度：50-60 lx；

注意：实际使用中可测得大于 120klx 的环境光，但精度不高

七、参考文献：

https://makelog.dfrobot.com.cn/article-313042.html

天马创客物联网智慧大屏

https://mc.dfrobot.com.cn/

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