智能家居设计 (CyberPi)

智能家居设计 (CyberPi)

IT STEM Standard 10 10 hrs IoT Coding Block Coding

本课程透过 Makeblock 的 CyberPi 控制器及 mBuild 感测器模组，介绍智能家居科技，并在 mBlock 中以积木编程进行程式编写。学生首先认识 CyberPi 主板的各个部分，将其连接至电脑并点亮 LED 灯带，然后依次学习各个子系统：根据人体移动来启动和停止风扇的 PIR 感测器、作为智能门把及门锁的角度感测器及伺服马达，以及结合扬声器和灯光组成防盗警报器的测距感测器。每个模组涵盖感测器原理、组件的接线方式及控制它们所需的条件逻辑，最后以扩展基础程式的编程挑战作结。在最后一个模组中，学生将照明、风扇、门禁及警报子系统结合成一个自行设计的单一智能家居系统。

课程查询

学习目标

  • 连接 CyberPi 及 mBuild 模组，并在 mBlock 中以积木编程进行程式编写。
  • 运用感测器输入及条件逻辑来控制灯光、风扇、伺服门锁及警报器。
  • 将各个独立子系统结合成一个运作正常的智能家居系统。

课程大纲

基础编程与组装 (灯光控制) | 认识 CyberPi 主板及电源扩展板的各个部分，以及 mBlock 编辑器的各个区域 | 实作：i) 透过序列连接将 CyberPi 连接至 mBlock ii) 使用 4-pin 及 3-pin 连接线将 CyberPi 接驳至 LED 驱动器及 LED 灯带 iii) 新增 LED 驱动器延伸集，建立首个积木程式并将其上传至装置 iv) 更改颜色及点亮 LED 的数量，并使用事件积木透过按钮开启和关闭灯带
智能风扇系统 | 了解 PIR 人体移动感测，以及 IF 条件积木如何选择执行不同动作 | 实作：i) 接驳 PIR 感测器，并在侦测到移动时于 CyberPi 萤幕上显示讯息 ii) 接驳马达驱动器、风扇马达及风扇，并使用按钮 A 及 B 启动和停止风扇 iii) 结合两个程式，使风扇在侦测到移动时运转，并在不再侦测到移动时停止 iv) 扩展程式，使按钮能够调整风扇速度
门禁系统 (智能门把 / 智能门锁) | 了解角度感测器的模拟输出，以及伺服马达的固定角度定位 | 实作：i) 新增角度感测器延伸集，并在萤幕上显示旋转角度 ii) 使用 if...else 及比较运算子，在选定角度显示 "Door is unlocked!" 或 "Door is locked!" iii) 接驳伺服马达驱动器及伺服马达，将伺服马达转至 90 度以解锁，并转回零度位置以锁上 iv) 使用变数来要求输入一连串正确的角度，如同保险箱的操作
智能防盗警报系统 | 了解超声波及飞时测距的距离测量原理，以及使用距离阈值作为警报触发器 | 实作：i) 新增测距感测器延伸集，并在回圈中于萤幕上显示测量到的距离 ii) 使用 if...else，当物件进入设定的阈值 (例子中为 20 cm) 内时显示 "Alarm!" iii) 加入扬声器模组，并在跨越阈值时发出警报声 iv) 加入 LED 灯带，并使其跟随警报节奏闪烁红光
整合专题：构建智能家居系统 | 将照明、风扇、门禁及警报子系统结合成单一程式 | 实作：选择并运用课程中学到的积木构建一个或多个情境：i) 结合闪烁红光的 RGB LED 灯环及高音量扬声器警报的入侵侦测 ii) 具备多段风速并在使用者离开时自动关闭的距离触发散热系统 iii) 配备伺服解锁及渐亮夜间照明的角度感测器门把 iv) 其他情境，例如门口的迎宾照明、带有昏暗暖光及低速风扇的睡眠模式，或根据在房间内逗留时间触发的空气流通提醒

先修课程

  • 无

硬体需求

  • CyberPi x 1
  • CyberPi 电源扩展板 (具备 M1/M2 马达连接埠及 S1/S2 感测器连接埠的电池模组)
  • 4-pin mBuild 连接线 x 2
  • 3-pin 连接线 x 1
  • 2-pin 连接线 x 1
  • LED 驱动器 x 1 及 LED 灯带 x 1
  • RGB LED 灯环 x 1 (整合专题)
  • PIR 人体移动感测器 x 1
  • 直流马达驱动器 x 1
  • 风扇马达 x 1 及风扇叶片 x 1
  • 伺服马达驱动器 x 1 及伺服马达 x 1
  • 角度感测器 x 1
  • 测距感测器 x 1
  • 扬声器 x 1

软体需求

  • mBlock (ide.mblock.cc)
  • 最新版本的 Chrome 浏览器 (电脑)

其他要求