CN109903662A - 智慧生态物联网套件教具 - Google Patents

Abstract

一种智慧生态物联网套件教具，包括智慧生态罩体、种植槽、用于语音提醒的人工智能语音模块、感知模块、用于补光的灯光模块、用于调节氧气和二氧化碳浓度的通风模块、控制模块和用于接收处理数据及视频直播的教育APP终端，所述人工智能语音模块、感知模块、灯光模块、通风模块均设置在所述智慧生态罩体内；所述控制模块包括智能网关、云服务器和路由装置，所述智能网关通过路由装置与所述云服务器通信连接，所述云服务器与所述教育APP终端无线通信连接。本发明提供了一种智慧生态物联网套件教具，让学生可以在教室和家中就可以观察植物生长状态，加深对自然科学的认识，培养学生的动手能力、自主设计实验能力和观察研究问题的能力。

Description

智慧生态物联网套件教具

技术领域

本发明涉及一种智慧生态物联网套件教具。

背景技术

当代的中小学生对自然科学的认识不够，学校教育中缺乏对于植物科学的教育设备，缺乏专门针对生态教育的套件。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种智慧生态物联网套件教具，让学生可以在教室和家中就可以观察植物生长状态，加深对自然科学的认识，学生可以通过自主选择搭配传感器类型，设计和搭建实验环境，培养学生的动手能力、自主设计实验能力和观察研究问题的能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智慧生态物联网套件教具，包括智慧生态罩体、种植槽、用于语音提醒的人工智能语音模块、感知模块、用于补光的灯光模块、用于调节氧气和二氧化碳浓度的通风模块、控制模块和用于接收处理数据及视频直播的教育APP终端，所述人工智能语音模块、感知模块、灯光模块、通风模块均设置在所述智慧生态罩体内；

所述控制模块包括智能网关、云服务器和路由装置，所述智能网关通过路由装置与所述云服务器通信连接，所述云服务器与所述教育APP终端无线通信连接；

所述感知模块包括用于拍摄直播植物生长状态的微型高清摄像头和传感器套件，所述微型高清摄像头与路由装置通过信号线相连，所述传感器套件与所述人工智能语音模块均通过集线器与所述智能网关连接，所述灯光模块、通风模块分别通过信号线与所述智能网关连接；

所述传感器套件包括环境温度传感器、环境湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、PH值传感器、氧气传感器、土壤温湿度传感器中的其中一种或两种以上；

根据需要选择相应的传感器且将其安装在智慧生态罩体内，传感器的检测数据以及微型高清摄像头采集的视频流通过智能网关传输到云服务器，通过教育APP终端访问云服务器，进而直观的了解到微型高清摄像头直播的实时植物生长状态，打开人工智能语音模块也会提醒用户此时植物的环境状态，同时，教育APP终端通过控制模块控制灯光模块和通风模块。

进一步，所述智慧生态罩体内下部一周预留有用于固定传感器套件的固定槽。

再进一步，所述智慧生态罩体为平顶四棱锥型，采用透明的PMMA材质制成。

更进一步，所述灯光模块包括补光灯和照明灯，所述补光灯、人工智能语音模块、微型高清摄像头均安装在所述智慧生态罩体的顶部，所述照明灯安装在所述智慧生态罩体内的左侧壁上；所述通风模块包括风机，所述智慧生态罩体的右侧壁上设有通风孔，所述风机安装在所述通风孔处。

本发明的有益效果主要表现在：结合美国的“STEAM”教育理念激发学生对自然科学的兴趣和了解，培养学生观察现象，发现问题，自主思考，解决问题的探索能力；通过构建一个植物生长状态的小环境，学生可以通过改变小环境中植物生长环境的参数，进行自主设计实验的尝试；通过实验感知自然，学习自然，改造自然，探索发现环境中各种因素对于植物生长状态的影响，培养问题意识和创新意识；

通过传感器对植物生长的主要参数监测，并将参数在教育APP终端上显示，学生可以对植物生长时期的各项参数进行直观的观察，若参数异常可以进行对应的处理，取代了传统的只对植物浇水的种植理念，并且通过人工智能语音模块，提醒用户智慧生态罩体内植物环境状态；通过不同智慧生态罩体内植物生长状态产生的变化引导学生对问题进行自主思考；通过设立对照组的比较法，设置环境温度、湿度、光照强度的区别观察由此产生的不同生长状态，例如可以设计温度对于植物光合作用的实验，观察实验中温度、氧气浓度和二氧化碳浓度的关系，引发学生发现问题、思考问题、解决问题，通过引发思考达到培养学生探索学习能力、独立思考能力和设计实验能力的目的；本发明通用性好，成本不高，操作简单有效激发了学生的自主思考能力，激发了学生探索学习的兴趣。

附图说明

图1是本发明的智慧生态罩体的主视图。

图2是本发明的智慧生态罩体的右视图。

图3是本发明的智慧生态罩体的俯视图。

图4是本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种智慧生态物联网套件教具，包括智慧生态罩体、种植槽4、用于语音提醒的人工智能语音模块、感知模块、用于补光的灯光模块2、用于调节氧气和二氧化碳浓度的通风模块5、控制模块和用于接收处理数据及视频直播的教育APP终端，所述人工智能语音模块、感知模块、灯光模块2、通风模块5均设置在所述智慧生态罩体内；

所述控制模块包括智能网关、云服务器和路由装置，所述智能网关通过路由装置与所述云服务器通信连接，所述云服务器与所述教育APP终端无线通信连接；

所述感知模块包括用于拍摄直播植物生长状态的微型高清摄像头和传感器套件，所述微型高清摄像头与路由装置通过信号线相连，所述传感器套件与所述人工智能语音模块均通过集线器与所述智能网关连接，所述灯光模块2、通风模块5分别通过信号线与所述智能网关连接；

所述传感器套件包括环境温度传感器、环境湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、PH值传感器、氧气传感器、土壤温湿度传感器中的其中一种或两种以上；

根据需要选择相应的传感器且将其安装在智慧生态罩体内，传感器的检测数据以及微型高清摄像头采集的视频流通过智能网关传输到云服务器，通过教育APP终端访问云服务器，进而直观的了解到微型高清摄像头直播的实时植物生长状态，打开人工智能语音模块也会提醒用户此时植物的环境状态，同时，教育APP终端通过控制模块控制灯光模块2和通风模块5。

进一步，所述智慧生态罩体内下部一周预留有用于固定传感器套件的固定槽3。

再进一步，所述智慧生态罩体为平顶四棱锥型，采用透明的PMMA材质制成。采用PMMA材料，无色透明便于观察植物组织实验罩内的灯光模块分别安装在罩体左侧和顶部具有红蓝白三种波长的光源，满足植物对不同光的需求，对植物进行补光，侧部光源可以引导学生设计和进行进行植物的趋光性实验。

更进一步，所述灯光模块2包括补光灯和照明灯，所述补光灯、人工智能语音模块、微型高清摄像头均安装在所述智慧生态罩体的顶部，所述照明灯安装在所述智慧生态罩体内的左侧壁上；所述通风模块包括风机，所述智慧生态罩体的右侧壁上设有通风孔，所述风机安装在所述通风孔处。

本实施例中，所述灯光模块2由两块LED灯条组成，所述的控制装置通过信号线与灯光模块相连；人工智能语音模块由RS485语音控制板和扬声器组成，人工智能语音模块通过信号线与集线器相连。所述生态罩体顶部安装有所述语音模块、补光灯、感知模块的微型高清摄像头，侧面安装有照明灯、通风模块5和传感器套件的安装槽。

控制模块的核心控制器是智能网关，传感器套件通过集线器与智能网关相连，智能网关通过路由装置传输数据信号到云服务器而以图表、数据、视频窗口等形式在教育APP终端的软件界面上将植物周围环境状态展现给学生。

集线器是智能网关和传感器的通讯桥梁，实现多路传感器的同时接入。实现数据信号传输，传感器和智能网关供电等功能。

传感器套件包括环境温度传感器、环境湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、PH值传感器、氧气传感器、土壤温湿度传感器。学生可以自主设计实验选择需要的传感器并且安装在生态罩侧部，用以采集实时数据。学生可以通过选用功能不同的传感器安装在生态罩体内四周的固定槽上，并且通过简单的接口将传感器连接与集线器进行连接，自由搭配设计实验，达到培养动手能力，提高独立思考能力，达到自主设计实验的目的。微型高清摄像头采集视频流，通过互联网传输到云端，进而通过教育APP终端软件播放视频，让学生随时随地可以了解植物生长状态。

智慧生态罩体由透明的生态罩罩身和底部构成。智慧生态罩底部采用透明的PMMA材质，中间有正方体的种植槽，种植槽主要有两种功能，分别为固定功能和种植功能。种植槽可以固定花盆，也可以盛水和海绵用于进行种子发芽实验。

人工智能语音模块可以对罩内环境进行语音提醒，提高了实验的趣味性，更加帮助学生理解传感器信号的传输和功能。人工智能语音模块具有三种智能语音播报功能，分别是环境温度、光照强度、土壤湿度，系统内部已经设置了不同的数据阈值，人工智能语音模块通过检测智慧生态罩体内的数据，根据设定的阈值，当数据超过或者低于阈值时发出语音提醒。当环境温度低于阈值时发出“今天的温度有点低，好冷呀！”；当环境温度高于阈值时发出“今天的温度有点高，好热呀！”；当环境温度合适时发出“今天的温度好舒服呀！”当环境光照高于阈值时发出“今天阳光太大了，好晒呀！”；环境光照强度低于阈值时发出“今天没有阳光，不开心！”；环境光照强度处于合适状态时发出“今天阳光好舒服呀！”。当土壤湿度低于阈值时发出：“今天土壤湿度好低呀，有点干！”；土壤湿度高于阈值时发出：“今天土壤湿度好高呀，淹死了！”；土壤湿度处于合适状态时发出：“今天土壤湿度刚刚好，真舒服！”

本发明包含的教育APP终端主要面对中小学生，主要包括四大功能，采集生态罩内温度、湿度、二氧化碳、氧气传感器数据；控制智慧生态罩内的风扇启停、LED灯光的开启和关闭；对生态罩内植物生产状态的视频直播；通过传感器自动监测环境温度、土壤湿度、光照强度数据，智能判断三种环境参数对植物生长的适宜程度，自动进行语音播报。同时也可以选择智慧生态罩内的传感器检测到的数据显示到空白坐标轴上，并且最多可以同时查看三组数据，让学生可以自主设计试验对照组，有利于培养学生自主设计实验的创新意识。

如图1、2、3所示，智慧生态罩体，包括1是顶盖，顶盖底部是透明的便于补光灯的灯光透过顶盖的底部，为植物的生长调节灯光强度，顶盖内部用于放置人工智能语音模块用于进行语音提醒，提高实验的趣味性，帮助学生理解传感器在实验中的作用。微型高清摄像头用于直播生态罩内的植物生长状态。2是灯光模块，包括补光灯和照明灯，补光灯用于在光照强度不足时为植物补充红蓝光照，照明灯用于植物的趋光性实验。3是智慧生态罩预留的固定槽用来放置不同的传感器并且最多可以同时放置八个。4是智慧生态罩的种植槽，可以放置植物也可以放置海绵用以进行种子发芽实验。5.是智慧生态罩的通风模块，通过控制风机的开启和关闭达到改变智慧生态罩内氧气和二氧化碳浓度的目的。

如图4所示，植物放置在智慧生态罩体中的种植槽内，人工智能语音模块安装在生态罩的顶部，感知模块安装在生态罩侧部通过信号线将数据传输到集线器中，集线器将数据传输到控制模块的智能网关，智能网关将传感器数据传输到云服务器，教育APP终端可以通过控制模块控制智慧生态罩内灯光模块和通风模块。

本发明提供了一个简单易于操作的平台，学生可以DIY自主搭建智慧生态系统，并且可以自主选择组合传感器类型，自主设计实验，培养孩子的动手能力、实验设计能力和独立思考的能力。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种智慧生态物联网套件教具，其特征在于：包括智慧生态罩体、种植槽、用于语音提醒的人工智能语音模块、感知模块、用于补光的灯光模块、用于调节氧气和二氧化碳浓度的通风模块、控制模块和用于接收处理数据及视频直播的教育APP终端，所述人工智能语音模块、感知模块、灯光模块、通风模块均设置在所述智慧生态罩体内；

所述控制模块包括智能网关、云服务器和路由装置，所述智能网关通过路由装置与所述云服务器通信连接，所述云服务器与所述教育APP终端无线通信连接；

所述感知模块包括用于拍摄直播植物生长状态的微型高清摄像头和传感器套件，所述微型高清摄像头与路由装置通过信号线相连，所述传感器套件与所述人工智能语音模块均通过集线器与所述智能网关连接，所述灯光模块、通风模块分别通过信号线与所述智能网关连接；

所述传感器套件包括环境温度传感器、环境湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、PH值传感器、氧气传感器、土壤温湿度传感器中的其中一种或两种以上；

根据需要选择相应的传感器且将其安装在智慧生态罩体内，传感器的检测数据以及微型高清摄像头采集的视频流通过智能网关传输到云服务器，通过教育APP终端访问云服务器，进而直观的了解到微型高清摄像头直播的实时植物生长状态，打开人工智能语音模块也会提醒用户此时植物的环境状态，同时，教育APP终端通过控制模块控制灯光模块和通风模块。

2.如权利要求1所述的智慧生态物联网套件教具，其特征在于：所述智慧生态罩体内下部一周预留有用于固定传感器套件的固定槽。

3.如权利要求1或2所述的智慧生态物联网套件教具，其特征在于：所述智慧生态罩体为平顶四棱锥型，采用透明的PMMA材质制成。

4.如权利要求1或2所述的智慧生态物联网套件教具，其特征在于：所述灯光模块包括补光灯和照明灯，所述补光灯、人工智能语音模块、微型高清摄像头均安装在所述智慧生态罩体的顶部，所述照明灯安装在所述智慧生态罩体内的左侧壁上；所述通风模块包括风机，所述智慧生态罩体的右侧壁上设有通风孔，所述风机安装在所述通风孔处。