1.產(chǎn)品簡介

1.1 產(chǎn)品設(shè)計背景

農(nóng)業(yè)是我們國民經(jīng)濟的基石。農(nóng)業(yè)持續(xù)增長是整個國民經(jīng)濟長期穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展的決定性因素，它不僅直接關(guān)系到我國食品供給和社會和諧，而且關(guān)系到國家的繁榮和現(xiàn)代化的實現(xiàn)。隨著中國經(jīng)濟近30年來的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源緊缺和農(nóng)業(yè)對資源消耗過大的問題對農(nóng)業(yè)發(fā)展和國民經(jīng)濟發(fā)展的制約愈發(fā)明顯。為了改善靠天吃飯的不確定農(nóng)業(yè)發(fā)展條件，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將先進的傳感、通信和數(shù)據(jù)處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是解決農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后問題的有效方法。物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)大致分為3個層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的感知、作物的狀態(tài)感知和動植物的質(zhì)量檢測等；網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)感知層所獲得信息到應(yīng)用層的傳輸；應(yīng)用層首先通過數(shù)據(jù)清洗和融合、模式識別等手段形成最終數(shù)據(jù)，然后提供給生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、生長監(jiān)控系統(tǒng)、追溯系統(tǒng)使用。

普通高中信息技術(shù)課程是一門旨在全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)，幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識與技能、增強信息意識、發(fā)展計算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力、樹立正確的信息社會價值觀和責(zé)任感的基礎(chǔ)課程。課程圍繞高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，精煉學(xué)科大概念，吸納學(xué)科領(lǐng)域的前沿成果，構(gòu)建具有時代特征的學(xué)習(xí)內(nèi)容；課程兼重理論學(xué)習(xí)和實踐應(yīng)用，通過豐富多樣的任務(wù)情境，鼓勵學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中學(xué)習(xí)與實踐；課程倡導(dǎo)基于項目的學(xué)習(xí)方式，將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入到運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中；課程提供學(xué)習(xí)機會，讓學(xué)生參與到信息技術(shù)支持的溝通、共享、合作與協(xié)商中，體驗知識的社會性建構(gòu)，增強信息意識、理解信息技術(shù)對人類的影響，提高信息社會參與的責(zé)任感與行為能力，從而成為具備較高信息素養(yǎng)的中國公民。

廣州飛瑞敖電子科技有限公司設(shè)計了K12-P02-12型智能農(nóng)業(yè)開發(fā)平臺以智慧農(nóng)業(yè)為背景，輔以多個有趣的小實驗，滿足學(xué)校的教學(xué)與科研使用，讓學(xué)生通過簡單的學(xué)習(xí)就能體會到物聯(lián)網(wǎng)中控制的魅力。

1.2 產(chǎn)品創(chuàng)新點

● 設(shè)備控制安全可靠

系統(tǒng)強電柜上鎖保護，用戶可以接觸到的區(qū)域最高電壓為12V，安全可靠。

● 使用便捷

磁吸附節(jié)點可移動，靈活拆分，連線設(shè)計方便快捷，傳感器和控制系統(tǒng)操作便捷，學(xué)生學(xué)習(xí)，體驗，實驗方便快捷；

● 多種供電方式

節(jié)點可以選擇：

1）電源適配器供電；

2）Type-C接口供電；

3）背板供電接口供電

4）電池供電。

Type-C接口接入時可以給電池充電。

● 維護簡單

友好的用戶界面提示零障礙上手。

節(jié)點與網(wǎng)關(guān)的硬件配置通過屏幕即可完成。

● 同時支持Python、圖形化編程軟件FreeOwl開發(fā)。

圖1.1 編程語言支持

2.產(chǎn)品介紹

2.1 產(chǎn)品概述

K12-P02-12型人工智能開發(fā)沙盤-智能農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)部分由金屬底座和亞克力農(nóng)業(yè)實景模型兩部分組成。模型由溫室大棚區(qū)和農(nóng)產(chǎn)品深加工區(qū)兩部分組成。

溫室大棚區(qū)模擬了一個溫室大棚場景，可以進行普通作物培養(yǎng)和無土栽培試驗。該區(qū)域安裝有多個傳感器及控制器節(jié)點，各個節(jié)點通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)相連，把數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)關(guān)，用戶可以連接到網(wǎng)關(guān)對設(shè)備進行操作。通過這個經(jīng)典的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用可以采集作物生長的數(shù)據(jù)（如土壤溫濕度、光照等），也可以控制設(shè)備對作物進行補光、遮陽、滴灌、通風(fēng)等操作。系統(tǒng)管理軟件安裝和運行在PC端上，各設(shè)備數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)關(guān)中，用戶可以通過我司的API接口調(diào)用和控制設(shè)備。

圖2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)產(chǎn)品深加工區(qū)運用了人工智能相關(guān)技術(shù)，科普了農(nóng)作物的現(xiàn)代化加工與溯源過程。該區(qū)域深入淺出的介紹了圖像識別技術(shù)和機械臂控制在農(nóng)作物采摘過程中的運用、無人駕駛在產(chǎn)品運輸過程中的運用、RFID技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的運用等。該區(qū)域的設(shè)備均開放控制接口給用戶，用戶可通過調(diào)用我司的API接口調(diào)用和控制設(shè)備。

整個沙盤的模型如下圖2.2所示。

圖2.2 沙盤模型（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

2.2 產(chǎn)品實物圖

圖2.3 產(chǎn)品實物（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

2.3 產(chǎn)品功能

2.3.1 溫室大棚區(qū)

溫室大棚區(qū)域硬件主要分為網(wǎng)關(guān)、普通節(jié)點兩大塊。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點

網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要硬件資源如下圖所示。

圖2.4 網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要硬件資源拓?fù)?/span>

網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過板載WiFi模塊與上位機通訊；通過zigbee協(xié)調(diào)器與普通節(jié)點通訊；通過串口屏顯示設(shè)備信息。

普通節(jié)點

普通節(jié)點主要功能模塊如下圖所示。

圖2.5 普通節(jié)點主要功能模塊拓?fù)?/span>

普通節(jié)點通過磁吸模塊接口獲取傳感器數(shù)據(jù)/控制執(zhí)行器狀態(tài)；通過擴展模塊接口控制沙盤設(shè)備狀態(tài)；通過zigbee節(jié)點與網(wǎng)關(guān)通訊；通過顯示屏顯示節(jié)點信息。

2.3.2 農(nóng)產(chǎn)品深加工區(qū)

農(nóng)產(chǎn)品深加工區(qū)域設(shè)備均可通過wifi網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)送API指令進行無線控制。可控制的設(shè)備有：網(wǎng)絡(luò)攝像頭、機械臂、智能小車、RFID標(biāo)簽讀寫器、智能貨架、傳送帶。

本區(qū)域提供豐富有趣的案例供用戶使用，讓用戶從多角度體會到物聯(lián)網(wǎng)和人工智能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工中的應(yīng)用，以及帶給我們生活的便利。

2.3.3 育苗區(qū)

育苗區(qū)主要用于培育作物幼苗。區(qū)域配備有滴灌系統(tǒng)（補充水分）、補光系統(tǒng)（補充光照）、遮陽系統(tǒng)（降低光照）、通風(fēng)系統(tǒng)（平衡溫濕度和CO2濃度）。

用戶可以把作物種子放在育苗區(qū)，借助滴灌系統(tǒng)、補光系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)營造一個適合種子發(fā)育的環(huán)境。

2.3.4 無土栽培區(qū)

無土栽培區(qū)主要用于作物的培育。區(qū)域配備有灌溉系統(tǒng)（補充營養(yǎng)液）、補光系統(tǒng)（補充光照）、遮陽系統(tǒng)（降低光照）、通風(fēng)系統(tǒng)（平衡溫濕度和CO2濃度）。

用戶可以把在育苗區(qū)培育的作物幼苗放在管道中養(yǎng)殖。

2.3.4 編程語言支持

2.3.4.1 Python編程接口

Python簡介

Python 是一個高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動性和面向?qū)ο蟮哪_本語言。

Python 的設(shè)計具有很強的可讀性，相比其他語言經(jīng)常使用英文關(guān)鍵字，其他語言的一些標(biāo)點符號，它具有比其他語言更有特色語法結(jié)構(gòu)。

Python 是一種解釋型語言：這意味著開發(fā)過程中沒有了編譯這個環(huán)節(jié)。

Python 是交互式語言：這意味著，您可以在一個Python提示符，直接互動執(zhí)行你寫的程序。

Python 是面向?qū)ο笳Z言:這意味著Python支持面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格或代碼封裝在對象的編程技術(shù)。

Python 是初學(xué)者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應(yīng)用程序開發(fā)，從簡單的文字處理到 WWW 瀏覽器再到游戲。

Python 特點

（1）易于學(xué)習(xí)：Python有相對較少的關(guān)鍵字，結(jié)構(gòu)簡單，和一個明確定義的語法，學(xué)習(xí)起來更加簡單。

（2）易于閱讀：Python代碼定義的更清晰。

（3）易于維護：Python的成功在于它的源代碼是相當(dāng)容易維護的。

（4）一個廣泛的標(biāo)準(zhǔn)庫：Python的最大的優(yōu)勢之一是豐富的庫，跨平臺的，在UNIX，Windows和Macintosh兼容很好。

（5）互動模式：互動模式的支持，您可以從終端輸入執(zhí)行代碼并獲得結(jié)果的語言，互動的測試和調(diào)試代碼片斷。

（6）可移植：基于其開放源代碼的特性，Python已經(jīng)被移植（也就是使其工作）到許多平臺。

（7）可擴展：如果你需要一段運行很快的關(guān)鍵代碼，或者是想要編寫一些不愿開放的算法，你可以使用C或C++完成那部分程序，然后從你的Python程序中調(diào)用。

（8）數(shù)據(jù)庫：Python提供所有主要的商業(yè)數(shù)據(jù)庫的接口。

（9）GUI編程：Python支持GUI可以創(chuàng)建和移植到許多系統(tǒng)調(diào)用。

（10）可嵌入:你可以將Python嵌入到C/C++程序，讓你的程序的用戶獲得"腳本化"的能力。

本系列產(chǎn)品提供原始接口和python庫接口API。

用戶即可以通過socket連接發(fā)送原始接口指令控制，也可以通過安裝由我司開發(fā)的python庫，調(diào)用對應(yīng)的API控制設(shè)備。

Python庫集成socket通信并封裝交互協(xié)議及硬件模塊編碼，公開方法，提供外界調(diào)用。有完善的文檔說明，API接口非常接近英文語法，只需要幾節(jié)課的學(xué)習(xí)掌握基本的python語法就可以控制設(shè)備。

圖2.6 Python語言打開燈光代碼實例

2.3.4.2 圖形化編程軟件FreeOwl簡易圖形化編程工具介紹

圖形化編程軟件FreeOwl是麻省理工學(xué)院專門針對小朋友研發(fā)的圖形化編程語言，類似樂高積木，構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過積木形狀的模塊來實現(xiàn)。無需英文和代碼基礎(chǔ)，孩子通過拖曳代碼塊的方式建立程序，培養(yǎng)編程思維。圖形化編程軟件FreeOwl是完全面向?qū)ο缶幊谭绞剑绦蚰_本是關(guān)聯(lián)到每個角色，動作通過事件或消息觸發(fā)。

飛瑞敖公司系列產(chǎn)品全面支持圖形化編程軟件FreeOwl編程工具開發(fā)，易學(xué)易用易上手，趣味性強。

圖2.7  圖形化編程軟件FreeOwl開發(fā)工具編程實例

2.4 主要設(shè)備介紹

2.4.1 網(wǎng)關(guān)節(jié)點

網(wǎng)關(guān)節(jié)點如下所示。

圖2.9 網(wǎng)關(guān)節(jié)點（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

2.4.2 普通節(jié)點

普通節(jié)點如下所示。

圖2.10 普通節(jié)點（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

2.4.3 磁吸模塊

磁吸模塊可直接吸附在節(jié)點上使用。主要磁吸模塊類型如下所示。

圖2.11 手勢傳感器（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

圖2.12 紅外對射傳感器（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

圖2.13 RGB燈模塊（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

圖2.14 燃?xì)鈧鞲衅?/span>（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)） 

 還包括人體傳感器、光照傳感器、風(fēng)扇模塊、煙霧模塊、結(jié)露傳感器、蜂鳴器模塊、 溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌?/span>紅外反射傳感器等等。

2.4.4 機械臂

6自由度機械臂，可以通過wifi連接。可以編程控制機械臂做出復(fù)雜的動作組合抓取物品。

圖2.24 機械臂（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

2.4.5 智能小車

智能小車采用雙層PCB板+X設(shè)計模式。底層PCB板主要包括超聲波模塊、紅外模塊、電機控制模塊、RFID讀卡模塊等傳感器。上層PCB板主要包括主MCU、按鍵控制、WiFi設(shè)備服務(wù)器、顯示屏等。X為小車預(yù)留的擴展接口，可以搭載無線充電模塊、副MCU等擴展板，為小車的功能擴展提供了無限可能。

圖2.25 智能小車（圖片僅供參考，以實物為準(zhǔn)）

● 智能小車自動駕駛

 具有根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的路徑、尋線運行的能力，即能夠在沙盤平臺上按照道路規(guī)劃線，自動運行，自動避障，自動報警等功能。

● 遙控車

 網(wǎng)絡(luò)遙控：通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本地/遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)遙控小車在沙盤上運行。其控制方式可以采用直接控制智能小車，也可以采用通過實驗室的服務(wù)器控制小車。

 不同的控制方式，覆蓋不同的技術(shù)，可以展開多種技術(shù)的教學(xué)與實踐。

2.4.5 智能倉儲貨架

智能倉儲貨架可以儲存帶有RFID標(biāo)簽的農(nóng)產(chǎn)品。儲存的農(nóng)產(chǎn)品可以通過機械臂抓取到傳送帶上，傳送帶把貨物運送到指定區(qū)域。

課程及實驗清單

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