空氣凈化器智能大改造

教學(xué)背景

人工智能時(shí)代，智能技術(shù)越來(lái)越普及了，越來(lái)越多的人知道了AI設(shè)備的存在和使用方法，享受人工智能給生活帶來(lái)的便捷。但其實(shí)大多數(shù)學(xué)生不太了解人工智能設(shè)備的工作原理及工作流程。本項(xiàng)目帶領(lǐng)學(xué)生把一個(gè)普通的紅外空氣凈化器改造成智能空氣凈化器，利用小度音箱對(duì)接DuerOS開放平臺(tái)創(chuàng)建新技能，給新技能編寫Python程序，通過(guò)OBLOQ模塊與Arduino主板通信，然后由Arduino主板通過(guò)紅外發(fā)射模塊向空氣凈化器發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制空氣凈化器。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 了解數(shù)字紅外發(fā)射、接收模塊的工作原理，學(xué)會(huì)利用Mind+編程軟件編寫程序，控制Arduino主板通過(guò)OBLOQ模塊訪問(wèn)Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，學(xué)會(huì)利用DuerOS開放平臺(tái)創(chuàng)建新技能，與普通家電設(shè)備互通互聯(lián)。

過(guò)程與方法 以小組合作的方式，運(yùn)用學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)和技能，開展語(yǔ)音控制智能空氣凈化器項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、改造與探究。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)項(xiàng)目制作，感受AI給學(xué)習(xí)和生活帶來(lái)的巨大影響，了解開源硬件相關(guān)技術(shù)的深刻意義，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 利用Mind+編程軟件編寫程序，控制Arduino主板通過(guò)OBLOQ模塊訪問(wèn)Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

教學(xué)難點(diǎn) 利用DuerOS開放平臺(tái)創(chuàng)建新技能，編寫Python程序，通過(guò)Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與普通家電設(shè)備互通互聯(lián)。

教學(xué)準(zhǔn)備

1塊DFRduino UNO R3主控板，1塊Gravity： UART OBLOQ - IoT物聯(lián)網(wǎng)模塊，數(shù)字紅外信號(hào)發(fā)射、接收模塊各1個(gè)，小度音箱1個(gè)，具有紅外遙控功能的空氣凈化器1個(gè)。

教學(xué)過(guò)程

一、課程導(dǎo)入

師：人工智能現(xiàn)如今已延伸到人們生活的方方面面。“阿爾法狗”戰(zhàn)勝圍棋九段選手李世石，IBM宣布人工智能改善癌癥診斷療法，人工智能正在以前所未有的速度改變著我們的生活和未來(lái)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及和人工智能的發(fā)展，讓以前在電影中看到的智能家電變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。將語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與音箱相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)音箱識(shí)別語(yǔ)音，用戶通過(guò)語(yǔ)音就能操控家里的電視、空調(diào)等家電，讓家電變得智能化。作為小創(chuàng)客，本節(jié)課我們通過(guò)空氣凈化器智能大改造項(xiàng)目，使用“語(yǔ)音交互+紅外遙控”改造舊家電，深入了解人工智能，并在項(xiàng)目制作過(guò)程中鍛煉自身的研究性學(xué)習(xí)能力及科技創(chuàng)新能力，有效提高自身綜合素養(yǎng)。

學(xué)生分小組討論，分享自己生活中接觸過(guò)哪些智能家電設(shè)備，共同分析這些智能家電設(shè)備是如何工作的。

學(xué)生以小組為單位，對(duì)小組內(nèi)自帶的小型家電設(shè)備（如USB供電紅外遙控臺(tái)燈）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解分析，教師巡視指導(dǎo)。

師：其實(shí)，不同家電的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理是相通的，同學(xué)們可以再拆解分析一下空氣凈化器，想一想智能化的空氣凈化器該怎么改造，然后分解任務(wù)，確定每人的任務(wù)分工。

學(xué)生小組內(nèi)進(jìn)行分工：小組六人中，兩人負(fù)責(zé)組裝硬件;兩人負(fù)責(zé)獲取遙控器按鍵編碼，編寫Arduino主控程序;兩人負(fù)責(zé)DuerOS開放平臺(tái)創(chuàng)建新技能，并用Python為新技能編寫代碼。

二、組裝結(jié)構(gòu)

師：請(qǐng)大家找到空氣凈化器原紅外接收模塊位置，合理放置新的紅外發(fā)射模塊。

學(xué)生完成紅外裝置的替換，然后討論并完成其他硬件布局，如圖1，測(cè)試各硬件的功能。注意空氣凈化器內(nèi)部硬件布局要合理利用空間，且不影響原設(shè)備工作。若設(shè)備使用220V交流電供電，學(xué)生一定要在教師指導(dǎo)下進(jìn)行安裝。

其中，硬件連接如下：將紅外發(fā)射模塊接在Arduino主板D3引腳，OBLOQ物聯(lián)網(wǎng)模塊接在Arduino主板UART接口上。電源使用2節(jié)3.7V鋰電池串聯(lián)給Arduino主板供電。

三、獲取按鍵編碼

將紅外接收模塊連接Arduino主板上D2引腳，如圖2，這樣我們就可以通過(guò)Mind+編程軟件，獲取空氣凈化器遙控器各按鍵的編碼，然后再通過(guò)串口輸出，如圖3。

四、程序編寫

首先在Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)注冊(cè)賬號(hào)，獲取相關(guān)參數(shù)。然后利用Mind+軟件編寫程序，實(shí)現(xiàn)Arduino主板能通過(guò)OBLOQ物聯(lián)網(wǎng)模塊，監(jiān)聽Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)出的指令，并通過(guò)紅外發(fā)射模塊向空氣凈化器發(fā)射“按鍵編碼”指令，如圖4。

在DuerOS開放平臺(tái)注冊(cè)賬號(hào)，為空氣凈化器創(chuàng)建新技能，并配置技能意圖。注意：技能意圖名稱要與遙控器上按鍵的功能保持一致，如圖5。

學(xué)生根據(jù)開放平臺(tái)說(shuō)明文檔，編寫Python程序代碼，實(shí)現(xiàn)通過(guò)識(shí)別語(yǔ)音指令（意圖）向Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)送指令。詳細(xì)樣例代碼可掃碼獲取。

五、交流分享

教師邀請(qǐng)各小組學(xué)生代表上臺(tái)，演示本組改造的作品并介紹作品亮點(diǎn)，說(shuō)一說(shuō)作品亮點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)的，講一講在制作過(guò)程中遇到了哪些問(wèn)題及解決的方法。然后學(xué)生投票評(píng)選出優(yōu)秀作品。最后再由教師針對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目制作過(guò)程和項(xiàng)目的完成情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，給出一些指導(dǎo)性意見。

教學(xué)反思

空氣凈化器智能大改造項(xiàng)目的創(chuàng)意來(lái)源于生活，進(jìn)行普通家電智能化改造，能讓我們的生活更智能、更安全。本課通過(guò)項(xiàng)目制作讓學(xué)生學(xué)會(huì)一些新的知識(shí)和技術(shù)，特別是學(xué)會(huì)應(yīng)用Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、小度音箱對(duì)接DuerOS開放平臺(tái)給空氣凈化器添加新功能。同時(shí)，學(xué)生可以把在本節(jié)課所學(xué)到的智能化改造方法，應(yīng)用到家里的其他家用設(shè)備智能化改造中，這樣學(xué)生既學(xué)習(xí)到了人工智能相關(guān)知識(shí)，又鍛煉了自己的動(dòng)手能力，提升了綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）

宋秀雙 河北省張家口市涿鹿縣信息技術(shù)教師，曾榮獲張家口市信息技術(shù)教學(xué)新星、張家口市學(xué)科帶頭人等稱號(hào)。所做課程榮獲河北省優(yōu)秀示范課，輔導(dǎo)的學(xué)生曾獲“童創(chuàng)未來(lái)”全國(guó)青少年人工智能創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽金獎(jiǎng)、河北省第五屆中小學(xué)教育機(jī)器人暨創(chuàng)客競(jìng)賽創(chuàng)客項(xiàng)目高中組一等獎(jiǎng)。