中小学物联网创客培训教程

前言
近年来，以“云大物移智”（云计算、大数据、物联网、移动互联
网、智慧城市）为代表的新技术发展十分迅速。作为未来的生产者和
消费者，我们尤其是中小学生，都要顺应时代变化，了解相关的知识。
中小学生作为未来科技人才的储备，对普及性的物联网技术知识的需
求日益高涨。目前，中小学阶段的信息技术教育面临着巨大挑战，选
择什么技术，选择什么知识，讲到什么程度，成为中小学信息技术课
程教师的难题。由此，我们选择以物联网为切入点，在本书中介绍物
联网项目从设计、编写、实现到调试的相关知识和方法。将物联网技
术以触手可及的方式介绍给中小学这一年龄层次的读者，既突出物联
网的主题又照顾知识点的融合，是我们写这本书的目标。
物联网的作用是，通过各种硬件与软件，对需要监控、连接、互
动的物体或过程，实时采集各种信息，然后通过可能的网络接入，实
现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品或过程的智能化感知、识
别和管理。同时，“云大物移智”等新技术的分支正处于融合过程中，
因此本书的项目也涉及云计算、大数据、移动互联网、智慧城市等
内容。
作者长期致力于大学本科物联网课程教学及物联网科创社团的指
导工作，积累了丰富的案例和实际项目指导经验。同时，在参与指导
中小学科技创新活动及相关比赛的过程中发现，中小学物联网课程内
容几乎空白，在理论知识和技术实现上尚存鸿沟，市面上的教材并不
能满足中小学生对物联网学习的需求。鉴于此，作者将历年来讲授的
案例按知识点进行整理和汇总，经一年多的编写调试、校对补充，本书终于付梓。
为了方便读者理解项目设计逻辑，在制作项目时获得更好的代入
感，本书中选取的项目均来自日常应用，且应用场景丰富，力图消除
新技术带来的陌生感。在结构上，为了方便读者理解项目设计思路，
本书采用图文并茂的方式，所有操作步骤均有详细的操作指导，并配
有实物图；每章还设置了“课外小知识”环节，以补充额外的名词术
语、技术方法的解释，扩大读者的知识面。本书共 13 章，即 13 个项
目，包括：
 ? 你好，物联网
 ? 猜数字
 ? 灯的语言
 ? 变脸
 ? 自动闸门
 ? 智能倒车仪
 ? 掷骰子 
? 云上物联
 ? 大棚环境监控小助手
 ? 智能取餐器
 ? 小小气象站
 ? 智慧路灯
 ? 门禁控制系统
本书面向零基础读者，可作为中小学物联网创客项目指导用书，
也可作为对物联网技术感兴趣人员的参考用书。建议读者阅读本书时
首先按照案例进行模仿；然后，根据“本章小结”对学习效果进行自
检，深入理解项目的设计过程和调试方法，将书上的知识和技能转
化为自己的知识和技能；后，尝试解决课后习题，达到举一反三的
效果。
因作者水平有限，加之时间仍显仓促，错漏之处在所难免，欢迎
读者批评指正。

本书综合了物联网中的应用设计、硬件搭建、软件编写、项目调试等知识点，将日常生活中的常见场景作为项目应用场景，围绕 micro:bit 开发板、扩展板、传感器与执行器，基于 OneNET 云平台，讲述了多个物联网项目设计案例。本书共 13 章，第1 ～ 7 章主要介绍 micro:bit 开发板和扩展板外接电路，并结合常见的传感器和执行器制作“感知 - 反应”系统项目；第 8 ～ 13 章重点介绍在构建基础电路和“感知 - 反应”系统后，如何运用 OneNET 云平台收集和展现感知到的数据，并及时反馈重要信息，从而完成简单的物联网项目。本书面向零基础读者，可作为中小学物联网创客项目指导用书，也可作为对物联网技术感兴趣人员的参考用书。

本书综合了物联网中的应用设计、硬件搭建、软件编写、项目调试等知识点，将日常生活中的常见场景作为项目应用场景，围绕 micro:bit 开发板、扩展板、传感器与执行器，基于 OneNET 云平台，讲述了多个物联网项目设计案例。本书共 13 章，第1 ～ 7 章主要介绍 micro:bit 开发板和扩展板外接电路，并结合常见的传感器和执行器制作“感知 - 反应”系统项目；第 8 ～ 13 章重点介绍在构建基础电路和“感知 - 反应”系统后，如何运用 OneNET 云平台收集和展现感知到的数据，并及时反馈重要信息，从而完成简单的物联网项目。本书面向零基础读者，可作为中小学物联网创客项目指导用书，也可作为对物联网技术感兴趣人员的参考用书。

陈华宾，高级工程师，厦门大学信息学院教学实验中心副主任，长期从事智能电子系统设计、物联网开发实践教学工作。

第1章 你好，物联网 / 1 
1.1?所需工具?/ 1 
1.2?认识 micro:bit?/ 2 
??1.2.1?菜单栏?/ 4 
??1.2.2?中间功能区?/ 5 
??1.2.3?下方功能区?/ 6 
1.3?HelloIoT!?/ 6 
??1.3.1?程序的搭建?/ 6 
??1.3.2?程序的保存与运行?/ 7 
1.4?循环显示?/ 9 
1.5?本章小结?/ 10 
??1.5.1?易错点分析?/ 11 
??1.5.2?知识点巩固?/ 12 
和 
1.6?习题?/ 13 
第2章 猜数字 / 15 
2.1?所需工具?/ 16 
2.2?思路分析与电路连接?/ 16 
2.3?随机数与赋值?/ 18 
2.4?调节数字大小?/ 20 
2.5?数字比较?/ 21 
2.6?本章小结?/ 22 
??2.6.1?易错点分析?/ 22 
??2.6.2?知识点巩固?/ 23 
2.7?习题?/ 25 
第3章 灯的语言 / 27 
3.1?所需工具?/ 28 
3.2?思路分析与电路连接?/ 29 
3.3?灯的开与关?/ 30 
3.4?灯的亮度?/ 34 
3.5?本章小结?/ 36 
??3.5.1?易错点分析?/ 36 
??3.5.2?知识点巩固?/ 37 
3.6?习题?/ 39 
第4章 变 脸 / 41 
4.1?所需工具?/ 41 
4.2?思路分析与电路连接?/ 41 
4.3?采集环境光亮度?/ 43 
4.4?函数的设置?/ 43 
4.5?实现变脸?/ 47 
4.6?本章小结?/ 48 
??4.6.1?易错点分析?/ 48 
??4.6.2?知识点巩固?/ 50 
4.7?习题?/ 51 
第5章 自动闸门 / 55 
5.1?所需工具?/ 55 
5.2?思路分析与电路连接?/ 56 
5.3?模块库的导入?/ 57 
5.4?舵机的控制?/ 58 
5.5?实现自动闸门?/ 59 
5.6?本章小结?/ 62 
??5.6.1?易错点分析?/ 62 
??5.6.2?知识点巩固?/ 63 
5.7?习题?/ 64 
第6章 智能倒车仪 / 67 
6.1?所需工具?/ 67 
6.2?思路分析与电路连接?/ 68 
6.3?距离的测量?/ 69 
6.4?频率的响应?/ 71 
6.5?声音提醒?/ 73 
6.6?本章小结?/ 74 
??6.6.1?易错点分析?/ 75 
??6.6.2?知识点巩固?/ 75 
6.7?习题?/ 76 
第7章 掷骰子 / 78 
7.1?所需工具?/ 78 
7.2?思路分析与电路连接?/ 79 
7.3?设置关系变量?/ 79 
7.4?数据的生成与传输?/ 80 
7.5?数据比较及初始化?/ 83 
7.6?本章小结?/ 85 
??7.6.1?易错点分析?/ 86 
??7.6.2?知识点巩固?/ 87 
第8章 云上物联 / 90 
8.1?所需工具?/ 91 
8.2?思路分析与电路连接?/ 91 
8.3?物联网云平台?/ 92 
??8.3.1?注册与登录?/ 92 
??8.3.2?产品及设备的添加?/ 92 
8.4?设备的组网?/ 95 
8.5?数据的传输?/ 100 
8.6?本章小结?/ 104 
??8.6.1?易错点分析?/ 104 
??8.6.2?知识点巩固?/ 104 
8.7?习题?/ 105 
第9章 大棚环境监控小助手? / 107 
9.1?所需工具?/ 107 
9.2?思路分析与电路连接?/ 108 
9.3?大棚环境数据采集?/ 108 
9.4?远程数据开关?/ 111 
9.5?数据可视化?/ 113 
9.6?本章小结?/ 116 
??9.6.1?易错点分析?/ 117 
??9.6.2?知识点巩固?/ 118 
9.7?习题?/ 118 
第 10 章 智能取餐器 / 121 
10.1?所需工具?/ 121 
10.2?思路分析与电路连接?/ 122 
10.3?取餐器设计?/ 123 
10.4?多设备级联?/ 127 
10.5?本章小结?/ 130 
???10.5.1 ?易错点分析?/ 131 
???10.5.2 ?知识点巩固?/ 131 
10.6?习题?/ 131 
第 11 章 小小气象站 / 133 
11.1?所需工具?/ 133 
11.2?思路分析与电路连接?/ 134 
11.3?OLED 屏幕显示?/ 135 
11.4?下雨预警系统?/ 138 
11.5?本章小结?/ 140 
?11.5.1 ?易错点分析?/ 141 
???11.5.2 ?知识点巩固?/ 142 
11.6?习题?/ 142 
第 12 章 智慧路灯 / 144 
12.1?所需工具?/ 144 
12.2?思路分析与电路连接?/ 145 
12.3?自动模式及模式切换?/ 146 
12.4?检修提醒?/ 148 
12.5?本章小结?/ 151 
???12.5.1 ?易错点分析?/ 152 
???12.5.2 ?知识点巩固?/ 152 
12.6?习题?/ 152 
第 13 章 门禁控制系统 / 154 
13.1?所需工具?/ 154 
13.2?思路分析与电路连接?/ 155 
13.3?输入密码?/ 156 
13.4?密码对比?/ 159 
13.5?本章小结?/ 162 
???13.5.1 ?易错点分析?/ 163 
???13.5.2 ?知识点巩固?/ 163 
13.6?习题?/ 164

本书综合了物联网中的应用设计、硬件搭建、软件编写、项目调试等知识点，将日常生活中的常见场景作为项目应用场景，围绕 micro:bit 开发板、扩展板、传感器与执行器，基于 OneNET 云平台，讲述了多个物联网项目设计案例。本书共 13 章，第1 ～ 7 章主要介绍 micro:bit 开发板和扩展板外接电路，并结合常见的传感器和执行器制作“感知 - 反应”系统项目；第 8 ～ 13 章重点介绍在构建基础电路和“感知 - 反应”系统后，如何运用 OneNET 云平台收集和展现感知到的数据，并及时反馈重要信息，从而完成简单的物联网项目。本书面向零基础读者，可作为中小学物联网创客项目指导用书，也可作为对物联网技术感兴趣人员的参考用书。

陈华宾，高级工程师，厦门大学信息学院教学实验中心副主任，长期从事智能电子系统设计、物联网开发实践教学工作。