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農業是我們國民經濟的基石。農業持續增長是整個國民經濟長期穩定、協調發展的決定性因素，它不僅直接關系到我國食品供給和社會和諧，而且關系到國家的繁榮和現代化的實現。隨著中國經濟近30年來的快速發展，農業生產資源緊缺和農業對資源消耗過大的問題對農業發展和國民經濟發展的制約愈發明顯。為了改善靠天吃飯的不確定農業發展條件，農業物聯網將先進的傳感、通信和數據處理等物聯網技術應用于農業領域，構建智慧農業系統，是解決農業發展滯后問題的有效方法。物聯網智慧農業大致分為3個層次，即感知層、網絡層和應用層。感知層主要實現農業生態環境的感知、作物的狀態感知和動植物的質量檢測等；網絡層主要實現感知層所獲得信息到應用層的傳輸；應用層首先通過數據清洗和融合、模式識別等手段形成最終數據，然后提供給生態環境監測系統、生長監控系統、追溯系統使用。
普通高中信息技術課程是一門旨在全面提升學生信息素養，幫助學生掌握信息技術基礎知識與技能、增強信息意識、發展計算思維、提高數字化學習與創新能力、樹立正確的信息社會價值觀和責任感的基礎課程。課程圍繞高中信息技術學科核心素養，精煉學科大概念，吸納學科領域的前沿成果，構建具有時代特征的學習內容；課程兼重理論學習和實踐應用，通過豐富多樣的任務情境，鼓勵學生在數字化環境中學習與實踐；課程倡導基于項目的學習方式，將知識建構、技能培養與思維發展融入到運用數字化工具解決問題和完成任務的過程中；課程提供學習機會，讓學生參與到信息技術支持的溝通、共享、合作與協商中，體驗知識的社會性建構，增強信息意識、理解信息技術對人類的影響，提高信息社會參與的責任感與行為能力，從而成為具備較高信息素養的中國公民。
廣州飛瑞敖電子科技有限公司設計了K12-P02-12型智能農業開發平臺以智慧農業為背景，輔以多個有趣的小實驗，滿足學校的教學與科研使用，讓學生通過簡單的學習就能體會到物聯網中控制的魅力。
● 設備控制安全可靠
系統強電柜上鎖保護，用戶可以接觸到的區域最高電壓為12V，安全可靠。
● 使用便捷
磁吸附節點可移動，靈活拆分，連線設計方便快捷，傳感器和控制系統操作便捷，學生學習，體驗，實驗方便快捷；
● 多種供電方式
節點可以選擇：
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。
節點與網關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。
圖1.1 編程語言支持
K12-P02-12型人工智能開發沙盤-智能農業結構部分由金屬底座和亞克力農業實景模型兩部分組成。模型由溫室大棚區和農產品深加工區兩部分組成。
溫室大棚區模擬了一個溫室大棚場景，可以進行普通作物培養和無土栽培試驗。該區域安裝有多個傳感器及控制器節點，各個節點通過Zigbee網絡相連，把數據匯集到網關，用戶可以連接到網關對設備進行操作。通過這個經典的物聯網技術運用可以采集作物生長的數據（如土壤溫濕度、光照等），也可以控制設備對作物進行補光、遮陽、滴灌、通風等操作。系統管理軟件安裝和運行在PC端上，各設備數據保存在網關中，用戶可以通過我司的API接口調用和控制設備。
圖2.1 系統架構
農產品深加工區運用了人工智能相關技術，科普了農作物的現代化加工與溯源過程。該區域深入淺出的介紹了圖像識別技術和機械臂控制在農作物采摘過程中的運用、無人駕駛在產品運輸過程中的運用、RFID技術在農產品溯源中的運用等。該區域的設備均開放控制接口給用戶，用戶可通過調用我司的API接口調用和控制設備。
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）
圖2.3 產品實物（圖片僅供參考，以實物為準）
溫室大棚區域硬件主要分為網關、普通節點兩大塊。
網關節點
網關節點主要硬件資源如下圖所示。
圖2.4 網關節點主要硬件資源拓撲
網關節點通過板載WiFi模塊與上位機通訊；通過zigbee協調器與普通節點通訊；通過串口屏顯示設備信息。
普通節點
普通節點主要功能模塊如下圖所示。
圖2.5 普通節點主要功能模塊拓撲
普通節點通過磁吸模塊接口獲取傳感器數據/控制執行器狀態；通過擴展模塊接口控制沙盤設備狀態；通過zigbee節點與網關通訊；通過顯示屏顯示節點信息。
農產品深加工區域設備均可通過wifi網絡連接，發送API指令進行無線控制。可控制的設備有：網絡攝像頭、機械臂、智能小車、RFID標簽讀寫器、智能貨架、傳送帶。
本區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網和人工智能在農業生產加工中的應用，以及帶給我們生活的便利。
育苗區主要用于培育作物幼苗。區域配備有滴灌系統（補充水分）、補光系統（補充光照）、遮陽系統（降低光照）、通風系統（平衡溫濕度和CO2濃度）。
用戶可以把作物種子放在育苗區，借助滴灌系統、補光系統、遮陽系統、通風系統營造一個適合種子發育的環境。
無土栽培區主要用于作物的培育。區域配備有灌溉系統（補充營養液）、補光系統（補充光照）、遮陽系統（降低光照）、通風系統（平衡溫濕度和CO2濃度）。
用戶可以把在育苗區培育的作物幼苗放在管道中養殖。
2.3.4.1 Python編程接口
Python簡介
Python 是一個高層次的結合了解釋性、編譯性、互動性和面向對象的腳本語言。
Python 的設計具有很強的可讀性，相比其他語言經常使用英文關鍵字，其他語言的一些標點符號，它具有比其他語言更有特色語法結構。
Python 是一種解釋型語言：這意味著開發過程中沒有了編譯這個環節。
Python 是交互式語言：這意味著，您可以在一個Python提示符，直接互動執行你寫的程序。
Python 是面向對象語言:這意味著Python支持面向對象的風格或代碼封裝在對象的編程技術。
Python 是初學者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應用程序開發，從簡單的文字處理到 WWW 瀏覽器再到游戲。
Python 特點
（1）易于學習：Python有相對較少的關鍵字，結構簡單，和一個明確定義的語法，學習起來更加簡單。
（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容易維護的。
（4）一個廣泛的標準庫：Python的最大的優勢之一是豐富的庫，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行代碼并獲得結果的語言，互動的測試和調試代碼片斷。
（6）可移植：基于其開放源代碼的特性，Python已經被移植（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程序中調用。
（8）數據庫：Python提供所有主要的商業數據庫的接口。
（9）GUI編程：Python支持GUI可以創建和移植到許多系統調用。
（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。
本系列產品提供原始接口和python庫接口API。
用戶即可以通過socket連接發送原始接口指令控制，也可以通過安裝由我司開發的python庫，調用對應的API控制設備。
Python庫集成socket通信并封裝交互協議及硬件模塊編碼，公開方法，提供外界調用。有完善的文檔說明，API接口非常接近英文語法，只需要幾節課的學習掌握基本的python語法就可以控制設備。
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是麻省理工學院專門針對小朋友研發的圖形化編程語言，類似樂高積木，構成程序的命令和參數通過積木形狀的模塊來實現。無需英文和代碼基礎，孩子通過拖曳代碼塊的方式建立程序，培養編程思維。圖形化編程軟件FreeOwl是完全面向對象編程方式，程序腳本是關聯到每個角色，動作通過事件或消息觸發。
飛瑞敖公司系列產品全面支持圖形化編程軟件FreeOwl編程工具開發，易學易用易上手，趣味性強。
圖2.7 圖形化編程軟件FreeOwl開發工具編程實例
網關節點如下所示。
圖2.9 網關節點（圖片僅供參考，以實物為準）
普通節點如下所示。
圖2.10 普通節點（圖片僅供參考，以實物為準）
磁吸模塊可直接吸附在節點上使用。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）
圖2.12 紅外對射傳感器（圖片僅供參考，以實物為準）
圖2.13 RGB燈模塊（圖片僅供參考，以實物為準）
圖2.14 燃氣傳感器（圖片僅供參考，以實物為準）
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）
智能小車采用雙層PCB板+X設計模式。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設備服務器、顯示屏等。X為小車預留的擴展接口，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）
● 智能小車自動駕駛
具有根據預先規劃的路徑、尋線運行的能力，即能夠在沙盤平臺上按照道路規劃線，自動運行，自動避障，自動報警等功能。
● 遙控車
網絡遙控：通過網絡設備本地/遠程網絡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器控制小車。
不同的控制方式，覆蓋不同的技術，可以展開多種技術的教學與實踐。
智能倉儲貨架可以儲存帶有RFID標簽的農產品。儲存的農產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域。
課程及實驗清單
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