基于APP Inventor的物联网教学装置和系统论文和设计-冯敬益

全文摘要

本实用新型涉及一种基于APPInventor的物联网教学装置和系统，其中装置包括：主控制器、显示屏、定位装置、生物特征信息采集装置、传感器组件和无线通信装置；主控制器分别与显示屏、定位装置、生物特征信息采集装置、传感器组件和无线通信装置连接；主控制器通过无线通信装置与外部设备进行数据传输。上述装置，集成了主流的物联网应用软件所需的多种硬件设施于一体，学员可通过该基于APPInventor的物联网教学装置验证应用开发的相关功能效果。该教学装置功能多样化，可适用于多种功能的物联网应用开发实验教学，适应性广且便于教学实训使用，大大提升了物联网应用开发实验训练教学的教学效果和效率。

主设计要求

1.一种基于APPInventor的物联网教学装置，其特征在于，包括：主控制器(110)、显示屏(120)、定位装置(130)、生物特征信息采集装置(140)、传感器组件(150)和无线通信装置(160)；所述主控制器(110)分别与显示屏(120)、定位装置(130)、生物特征信息采集装置(140)、传感器组件(150)和无线通信装置(160)连接；所述主控制器(110)通过所述无线通信装置(160)与外部终端设备(200)进行数据传输。

设计方案

1.一种基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，包括：主控制器(110)、显示屏(120)、定位装置(130)、生物特征信息采集装置(140)、传感器组件(150)和无线通信装置(160)；

所述主控制器(110)分别与显示屏(120)、定位装置(130)、生物特征信息采集装置(140)、传感器组件(150)和无线通信装置(160)连接；

所述主控制器(110)通过所述无线通信装置(160)与外部终端设备(200)进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，还包括板状壳体(170)；

所述显示屏(120)为触控显示屏，所述显示屏(120)、生物特征信息采集装置(140)以及所述传感器组件(150)均嵌设于所述板状壳体(170)一侧外表面；

所述主控制器(110)、定位装置(130)和无线通信装置(160)位于所述板状壳体(170)内部。

3.根据权利要求1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，还包括与主控制器(110)连接的数据传输接口(180)，所述数据传输接口(180)用于与外部终端设备(200)进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，还包括与所述主控制器(110)连接的LED灯(190)。

5.根据权利要求至1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，所述无线通信装置(160)包括：分别与所述主控制器(110)连接的GPRS模块(161)、蓝牙模块(162)和\/或WIFI模块(163)。

6.根据权利要求1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，所述定位装置(130)包括与所述主控制器(110)连接的GPS定位模块(131)。

7.根据权利要求1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，所述传感器组件(150)包括：分别与所述主控制器(110)连接的温湿度传感器(151)、红外传感器(152)、烟雾传感器(153)、PM2.5传感器(154)和\/或光照度传感器(155)。

8.根据权利要求1所述的基于APP Inventor的物联网教学装置，其特征在于，所述生物特征信息采集装置(140)包括：分别与所述主控制器(110)连接的指纹采集装置(141)、摄像头(142)、麦克风(143)和\/或音响(144)。

9.一种基于APP Inventor的物联网教学系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的基于APP Inventor的物联网教学装置(100)，以及与基于APP Inventor的物联网教学装置(100)建立通信连接的应用开发终端(210)。

10.根据权利要求9所述的基于APP Inventor的物联网教学系统，其特征在于，还包括用户终端(220)和服务器(230)，所述用户终端(220)与服务器(230)、用户终端(220)与基于APP Inventor的物联网教学装置(100)、服务器(230)与基于APP Inventor的物联网教学装置(100)分别通信连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及职业教学设备领域，特别是涉及一种基于APP Inventor的物联网教学装置和系统。

背景技术

物联网(Internet of things，IoT)是利用网络通信技术将人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，物联网的相关技术已经被广泛应用生活的方方面面。

APP Inventor是一个可视化的手机编程软件工具，通过拖拽式的组件开发，有效降低了手机编程的难度，是中职学校计算机专业学生学习移动应用开发的重要入门编程工具。为了增加App Inventor的使用趣味性，物联网技术被运用到与APP Inventor结合在一起。但目前市场上缺乏专门针对APP Inventor的物联网的完整实验套件，中职学校的老师不得不自己去网上或者找厂家采购，自己组装搭配，并设计教学资源，这样一方面不利于教学质量和标准的统一，另外一方面也增加了教学的难度。

在现有的物联网教学装置中，通常是一个大的设备开发箱，这种开发箱的硬件结构简单，可支持的教学实验内容不能满足当前最新的物联网技术应用，在进行物联网的实训时需要配备多套实验装置进行实验，实验过程需要反复组装调试对应的实验装置，在应用开发实训中使用不便，教学难度过大，不能满足基于APP Inventor的物联网应用开发实训需求。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种功能多样化且便于教学实训使用的基于APP Inventor的物联网教学装置和系统。

一种基于APP Inventor的物联网教学装置，包括：主控制器、显示屏、定位装置、生物特征信息采集装置、传感器组件和无线通信装置；主控制器分别与显示屏、定位装置、生物特征信息采集装置、传感器组件和无线通信装置连接；主控制器通过无线通信装置与外部设备进行数据传输。

上述基于APP Inventor的物联网教学装置，包括主控制器，以及与主控制器连接的显示屏、定位装置、生物特征信息采集装置、传感器组件和无线通信装置，集成了主流的物联网应用软件所需的多种硬件设施于一体，只要将该基于APP Inventor的物联网教学装置连接用于应用开发终端，学员即可将应用开发终端开发的应用软件布置到该基于APPInventor的物联网教学装置上，通过该基于APP Inventor的物联网教学装置验证应用开发的相关功能效果。该教学装置功能多样化，可适用于多种功能的物联网应用开发实验教学，适应性广且便于教学实训使用，大大提升了物联网应用开发实验训练教学的教学效果和效率。

在一个实施例中，基于APP Inventor的物联网教学装置还包括与主控制器连接的数据传输接口，数据传输接口用于与外部设备进行数据传输。通过该数据传输接口连接外部设备接收数据，数据传输便捷稳定，无需连接外部网络。此外，通过该数据传输接口，还可以方便地连接其他外部装置，以对基于APP Inventor的物联网教学装置的硬件进行拓展，提升本实用新型实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置的适用性。

在一个实施例中，基于APP Inventor的物联网教学装置还包括与主控制器连接的LED灯。用于支持需要对LED灯进行控制的应用程序的开发实验。

在一个实施例中，无线通信装置包括：分别与主控制器连接的GPRS模块、蓝牙模块和\/或WIFI模块。通过GPRS模块、蓝牙模块、WIFI模块等无线通信模块，可与终端设备200建立通信连接，同时还可以与用户终端例如手机等或者与服务器建立通信连接，用于方便地对物联网应用所需硬件进行扩展，提升基于APP Inventor的物联网教学装置的兼容性和可拓展性。

在一个实施例中，定位装置可以包括与主控制器连接的GPS定位模块，通过GPS定位模块可以方便地获知装置的位置信息，用于进行与GPS定位相关应用的实验验证。

在一个实施例中，传感器组件包括：分别与主控制器连接的温湿度传感器、红外传感器、烟雾传感器、PM2.5传感器和\/或光照度传感器。通过温湿度传感器、红外传感器、烟雾传感器、PM2.5传感器和\/或光照度传感器可以方便地获取实验环境的温度、湿度、烟尘浓度、光照度等等环境参数的信息，用于进行与环境参数相关应用的实验验证。

在一个实施例中，特征采集装置包括：分别与主控制器连接的指纹采集装置、摄像头、麦克风和\/或音响。其中，指纹采集装置可用于采集指纹信息，摄像头可用于采集生物图像信息例如人脸图像，麦克风用于采集语音信息，音响用于发出声音例如可以发出语音、提示音或者音乐等等。通过设置的指纹采集装置、摄像头、麦克风和\/或音响，可以为应用开发相关功能的验证提供硬件支持。

在一个实施例中，基于APP Inventor的物联网教学装置还包括板状壳体；其中，显示屏为触控显示屏；显示屏、生物特征信息采集装置以及传感器组件均嵌设于板状壳体一侧外表面；主控制器、定位装置和无线通信装置位于板状壳体内部。本实施例的基于APPInventor的物联网教学装置，显示屏为触控显示屏，通过将基于APP Inventor的物联网教学装置的显示屏、生物特征信息采集装置以及传感器组件嵌设于板状壳体一侧外表面，主控制器、定位装置和无线通信装置位于板状壳体内部，形成一体式平板设备，占用空间小，易于携带，提升使用便捷性。

一种应用开发实验教学系统，包括如上任意一个实施例的基于APP Inventor 的物联网教学装置，以及与基于APP Inventor的物联网教学装置建立通信连接的应用开发终端。

在一个实施例中，本实用新型实施例的基于APP Inventor的物联网教学系统还包括用户终端和服务器，用户终端与服务器、用户终端与基于APP Inventor 的物联网教学装置、服务器与基于APP Inventor的物联网教学装置分别通信连接。

上述基于APP Inventor的物联网教学系统，基于APP Inventor的物联网教学装置可接收应用开发设备的应用开发软件，并将应用开发软件布置到基于 APP Inventor的物联网教学装置中对该应用开发软件进行实验验证，其中基于 APP Inventor的物联网教学装置包括主控制器，以及与主控制器连接的显示屏、定位装置、生物特征信息采集装置、传感器组件和无线通信装置，集成了主流的物联网应用软件所需的多种硬件设施于一体，只要将该基于APP Inventor的物联网教学装置连接用于应用开发终端，学员即可将应用开发终端开发的应用软件布置到基于APP Inventor的物联网教学装置上，通过该基于APPInventor 的物联网教学装置验证应用开发的相关功能效果。该教学装置功能多样化，可适用于多种功能的物联网应用开发实验教学，适应性广且便于教学实训使用，大大提升了物联网应用开发实验训练教学的教学效果和效率。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置一侧外表面结构示意图；

图5为本实用新型再一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构侧视示意图；

图6为本实用新型一个实施例的基于APP Inventor的物联网教学系统结构示意图；

图7为本实用新型另一个实施例的基于APP Inventor的物联网教学系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，图1为本实用新型一个实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100结构示意图，包括：主控制器110、显示屏120、定位装置130、生物特征信息采集装置140、传感器组件150和无线通信装置160；主控制器110 分别与显示屏120、定位装置130、生物特征信息采集装置140、传感器组件150 和无线通信装置160连接；主控制器110通过无线通信装置160与外部的终端设备200进行数据传输。

其中，外部终端设备200可以包括应用开发设备、用户终端220或者服务器230等等。

其中，生物特征信息采集装置140用于采集用户的生物特征的信息，例如可以包括指纹信息、面部特征信息、声音信息等等，用于为用户身份识别等应用开发的实验提供硬件支持；传感器组件150可以包括一种或多种传感器，用于采集环境信息，例如可以包括温度、湿度、光照度等等的信息；定位装置130 可用于获取位置信息；主控制器110用于对连接的各个硬件装置的数据进行处理，显示屏120用于显示应用的相关信息，方便学员清晰地获知装置的各个硬件装置的状态信息，获知实验结果，提升教学实验使用的便捷性。

其中，主控制器110可以是布置有APP Inventor应用开发软件的主控制器。

上述基于APP Inventor的物联网教学装置100，包括主控制器110，以及与主控制器110连接的显示屏120、定位装置130、生物特征信息采集装置140、传感器组件150和无线通信装置160，集成了主流的物联网应用软件所需的多种硬件设施于一体，只要将该基于APP Inventor的物联网教学装置100连接用于应用开发终端210，学员即可将应用开发终端210开发的应用软件布置到基于 APP Inventor的物联网教学装置100上，通过该基于APPInventor的物联网教学装置100验证应用开发的相关功能效果。该教学装置功能多样化，可适用于多种功能的物联网应用开发实验教学，适应性广且便于教学实训使用，大大提升了物联网应用开发实验训练教学的教学效果和效率。

参见图2，图2为本实用新型另一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构示意图，本实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100，还包括与主控制器110连接的数据传输接口180，数据传输接口180用于与外部终端设备200进行数据传输。其中，数据传输接口180可以包括通用串行总线 Universal Serial Bus，USB接口和通用输入\/输出(General Purpose Input Output，GPIO)接口，其中GPIO接口可以具有40个引脚。通过该数据传输接口 180连接外部终端设备200接收数据，数据传输便捷稳定，无需连接外部网络。此外，通过该数据传输接口180，还可以方便地连接其他外部装置，例如在开发的应用需要使用某种本基于APP Inventor的物联网教学装置100不具有的硬件装置时，可以通过该数据传输接口180连接所需的硬件装置，以对基于APP Inventor的物联网教学装置100的硬件进行拓展，提升本实用新型实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100的适用性。

在一个实施例中，参见图2，基于APP Inventor的物联网教学装置100还包括与主控制器110连接的LED灯190；LED灯190用于在主控制器110控制下发光。用于支持需要对LED灯190进行控制的应用程序的开发实验。

参见图3，图3为本实用新型又一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构示意图，在本实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100中，无线通信装置160包括：分别与主控制器110连接的GPRS模块161、蓝牙模块 162和\/或WIFI模块163。通过GPRS模块161、蓝牙模块162、WIFI模块163等无线通信模块，可与应用开发终端210建立通信连接，同时还可以与用户终端 220例如手机等或者与服务器230建立通信连接，用于方便地对物联网应用所需硬件进行扩展，提升基于APP Inventor的物联网教学装置100的兼容性和可拓展性。

其中，定位装置130的类型可以根据实际应用需求设置，例如可以是GPS 定位装置130、惯性导航定位装置130或者组合定位装置130等等。在一个实施例中，参见图3，定位装置130可以包括与主控制器110连接的GPS定位模块 131，通过GPS定位模块131可以方便地获知装置的位置信息，用于进行与GPS 定位相关应用的实验验证。

在一个实施例中，参见图3，传感器组件150包括：分别与主控制器110连接的温湿度传感器151、红外传感器152、烟雾传感器153、PM2.5传感器154 和\/或光照度传感器155。通过温湿度传感器151、红外传感器152、烟雾传感器 153、PM2.5传感器154和\/或光照度传感器155可以方便地获取实验环境的温度、湿度、烟尘浓度、光照度等等环境参数的信息，用于进行与环境参数相关应用的实验验证。

在一个实施例中，参见图3，特征采集装置包括：分别与主控制器110连接的指纹采集装置141、摄像头142、麦克风143和\/或音响144。其中，指纹采集装置141可用于采集指纹信息，摄像头142可用于采集生物图像信息例如人脸图像，麦克风143用于采集语音信息，音响144用于发出声音例如可以发出语音、提示音或者音乐等等。通过设置的指纹采集装置141、摄像头142、麦克风 143和\/或音响144，可以为应用开发相关功能的验证提供硬件支持。

参见图4和图5，图4为本实用新型再一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置一侧外表面结构示意图，图5为本实用新型再一实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置结构侧视示意图，本实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100，还包括板状壳体170；其中，显示屏120为触控显示屏；显示屏120、生物特征信息采集装置140以及传感器组件150均嵌设于板状壳体 170一侧外表面；主控制器110、定位装置130和无线通信装置160位于板状壳体170内部。

具体地，板状壳体170具有相对的两个面积最大的外侧面171和172，触控显示屏120可以嵌设于其中一个外侧面171的中部，生物特征信息采集装置140 以及传感器可以嵌设于其中与触控显示屏120同一个外侧面171的任意边缘位置。以生物特征信息采集装置140包括指纹采集装置141、摄像头142、麦克风 143和音响144为例，则指纹采集装置141、摄像头142、麦克风143和音响144 均可以设置于该外侧面171的任意边缘位置例如设置于显示屏120上方；以传感器组件150包括温湿度传感器151、红外传感器152、烟雾传感器153、PM2.5 传感器154和光照度传感器155为例，则温湿度传感器151、红外传感器152、烟雾传感器153、PM2.5传感器154和光照度传感器155均可以设置于该外侧面的任意边缘位置例如设置于显示屏120下方。

本实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100，显示屏120为触控显示屏120，通过将基于APP Inventor的物联网教学装置100的显示屏120、生物特征信息采集装置140以及传感器组件150嵌设于板状壳体170一侧外表面171，主控制器110、定位装置130和无线通信装置160位于板状壳体170内部，形成一体式平板设备，占用空间小，易于携带，提升使用便捷性。

参见图6，图6为本实用新型一个实施例的基于APP Inventor的物联网教学系统10结构示意图，该实施例的基于APP Inventor的物联网教学系统可以包括如上任意一个实施例的基于APP Inventor的物联网教学装置100，以及与基于APP Inventor的物联网教学装置100建立通信连接的应用开发终端210。

其中，应用开发终端210可以选择具有应用开发功能的任意终端设备，该应用开发功能可以通过终端设备上装载的APP Inventor应用开发软件实现，应用开发终端210例如可以是个人电脑或者应用开发专用设备箱等等，应用开发终端210可以将学员输入生成的软件应用开发数据发送至基于APP Inventor的物联网教学装置100，进行相关应用的实验验证。

进一步地，参见图7，在一个实施例中，本实用新型实施例的基于APP Inventor的物联网教学系统10还包括用户终端220和服务器230，用户终端220 与服务器230、用户终端220与基于APP Inventor的物联网教学装置100、服务器230与基于APP Inventor的物联网教学装置100分别通信连接。

其中，用户终端220为可装载应用软件的移动终端，例如可以是手机、平板电脑或专用设备等等，服务器230可以为单个的服务器230或者多个服务器 230组成的服务器230集群，用于存储应用实训案例，将存储的应用实训案例更新至基于APP Inventor的物联网教学装置100中，并为基于APP Inventor的物联网教学装置100可能需要服务器230的应用实验提供硬件支持。用户可以通过用户终端220连接服务器230，实现对基于APP Inventor的物联网教学装置100硬件的控制。

上述基于APP Inventor的物联网教学系统10，基于APP Inventor的物联网教学装置100可接收应用开发设备的应用开发软件，并将应用开发软件布置到基于APP Inventor的物联网教学装置100中对该应用开发软件进行实验验证，其中基于APP Inventor的物联网教学装置100包括主控制器110，以及与主控制器110连接的显示屏120、定位装置130、生物特征信息采集装置140、传感器组件150和无线通信装置160，集成了主流的物联网应用软件所需的多种硬件设施于一体，只要将该基于APP Inventor的物联网教学装置100连接用于应用开发终端210，学员即可将应用开发终端210开发的应用软件布置到基于APPInventor的物联网教学装置100上，通过该基于APP Inventor的物联网教学装置100验证应用开发的相关功能效果。该教学装置功能多样化，可适用于多种功能的物联网应用开发实验教学，适应性广且便于教学实训使用，大大提升了物联网应用开发实验训练教学的教学效果和效率。

为了使得本实用新型的技术方案更加清晰，下面再以一个具体的应用实例阐述本实用新型的基于APP Inventor的物联网教学装置100。

参见图3所示，该应用实例的基于APP Inventor的物联网教学装置100包括：主控制器110，以及与主控制器110连接的显示屏120、GPS定位模块131、指纹采集装置141、摄像头142、麦克风143、音响144、温湿度传感器151、红外传感器152、烟雾传感器153、PM2.5传感器154、光照度传感器155、GPRS 模块161、蓝牙模块162、WIFI模块163、数据传输接口180和LED灯190。

作为示例地，该应用实例的基于APP Inventor的物联网教学装置100的教学可以依照如下步骤进行使用：

A、学员在电脑上完成物联网应用软件的开发，其中，该电脑上装载有APPInventor的开发环境。

B、将基于APP Inventor的物联网教学装置100通过USB数据线与电脑连接，将电脑上开发的应用软件布置到基于APP Inventor的物联网教学装置100 上。

C、通过物联网上与该应用软件对应的硬件，验证该应用软件的相关功能运行是否正常，例如可以通过指纹采集装置141采集验证指纹解锁应用功能是否正常运行、通过定位装置130验证定位应用功能是否正常运行等等，学员还可通过显示屏120方便地获知实验有关信息。

作为另一示例地，学员还可以通过移动终端例如使用手机上的APP Inventor 应用程序通过网络的方式移动通信网络、WiFi或蓝牙与本基于APP Inventor的物联网教学装置100连接，从而操作本基于APP Inventor的物联网教学装置100 的基础通信硬件、传感器硬件、基础应用硬件等等，对开发的应用软件进行实验验证。

此外，当需要接入其它的第三方物联网设备时，还可以通过数据传输接口 180连接第三方物联网设备，以对本基于APP Inventor的物联网教学装置100 进行硬件拓展。

本应用实例的基于APP Inventor的物联网教学装置100，具有多功能性，易拓展性等优点，为学员方便地进行多样化的物联网应用开发实验提供硬件实践支持，有效提升了物联网应用开发实验教学的教学效果和效率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

基于APP Inventor的物联网教学装置和系统论文和设计

基于APP Inventor的物联网教学装置和系统论文和设计-冯敬益

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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