项目背景

近年来，随着物联网技术的迅速发展，教育主管部门充分认识到让中小学生尽早体验、学习物联网技术的重要性与紧迫性。2022年4月，教育部发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，将“ 物联网实践与探索”作为7—9年级学生学习的三大内容之一。

项目主题

本项目使用ESP32作为主控板，通过图形化编程软件Mixly和Mix IO平台完成1个可远程控制开关的元宵节灯笼，帮助学生了解并初步掌握前沿的物联网软硬件知识，激发他们对继承与发展中华传统文化的思考。

项目目标

●  从硬件知识的角度，希望学生了解物联网硬件基础并掌握ESP32主控板与发光二极管连接与驱动的电路。

●  从程序设计的角度，希望学生了解物联网程序设计的基本架构，理解下位机与上位机的逻辑关系，初步掌握利用Mixly图形化编程软件设计下位机程序和利用Mix IO平台编写上位机程序的能力。

●  从结构设计的角度，希望学生初步掌握使用Laser Maker软件设计简单结构的方法。

●  从情感态度与价值观的角度，希望通过本项目激发学生对利用现代科技发扬中国传统文化进行的思考，并在项目实施的过程中培养合作精神与项目展示技能。

课程安排

总课时安排为4课时，每个小组2～3名学生，教师可以根据学生的基础对各部分的课时进行调整，以达到最佳效果。

项目引入

元宵节知识

元宵节知识在本项目中主要起激发学生兴趣和引入项目的作用，教师可以预先让学生自行上网检索元宵节的来历和习俗，重点收集元宵节灯笼图片，为下一步设计和制作打下基础。

ESP32主控板概述

本项目主要使用ESP32主控板的物联网功能，ESP32使用Tensilica LX6双核处理器，CPU正常工作速度为80 MHz，最高可达240 MHz，可轻松处理较为复杂的任务。

发光二极管与ESP32主控板的连接

发光二极管（简称LED）是一种常用的发光器件，它通过电子与空穴复合释放能量发光。发光二极管的正极与ESP32主控板的12号引脚连接，发光二极管的负极与ESP32主控板的GND连接。ESP32主控板的每一个引脚都可控制发光二极管，需要注意的是每个发光二极管的工作电流为20 mA左右，为了保护ESP32主控板，同时使用的发光二极管的个数最好低于10个。

软件编写

本项目使用北京师范大学傅骞教授团队开发的米思齐（Mixly）图形化软件编写ESP32主控板的程序，上位机也使用与米思齐配套的Mix IO平台完成，软硬件均做到了自主、开源、可控。读者可以通过米思齐的官方网站下载最新版的米思齐软件。本项目使用Arduino ESP32为ESP32主控板编写程序。

项目实施

为物联网控制的元宵节灯笼编写ESP32主控板程序

图1所示为本项目ESP32主控板程序，整体可分为3个部分：第1部分程序用于连接灯笼所在环境的无线路由器，也可通过手机等设备的无线热点连接；第2部分程序用于创建MQTT客户端并进行连接，先创建一个Mix IO平台账号，并通过该账号和项目密码访问需要连接的项目；第3部分程序用于接收指定主题的MQTT消息，本项目接收“light”主题的消息，如果“light”主题发送“on”消息，则点亮发光二极管，如果“light”主题发送“off”消息，则关闭发光二极管。

图1 ESP32主控板程序

为物联网控制的元宵节灯笼编写上位机程序

为了使用手机等设备远程控制元宵节灯笼的打开与关闭，使用Mix IO平台为元宵节灯笼编写上位机程序。使用Mix IO前需先访问网址（http://47.92.33.17/），注册Mix IO平台用户账号（图2a），再建立一个名为“hello”的Mix IO项目（图2b），进入hello项目后点击项目名称“hello”，可获得项目连接密码（图2c），并将密码填写到图1所示程序第2部分的密码中。