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信息科技课程中物联网数据可视化实现方案初探

简洪涛彭静王云雪潘子玉

中图分类号：G434?文献标识码：A?论文编号：1674-2117（2024）10-0054-03

数据处理的流程通常包括数据采集、数据整理、数据分析和数据呈现。数据呈现是将数据以易于理解的方式展示出来，如表格和报告等。数据可视化是数据呈现的一种形式，侧重于使用图形和图表等方式展示数据，使数据更加直观、生动，易于理解。在信息科技课程的“物联网实践与探索”模块中，物联网数据的可视化呈现可以增强项目学习成果的交互性和趣味性，帮助学生了解事物的现状、剖析事物的发展历程、预测事物的发展趋势，有助于学生表达他们的观点和发现，促进课堂上的交流和讨论。因此，笔者结合“智能厨房安防系统”等项目学习案例，尝试了信息科技课程中物联网数据可视化的几种实现方案。

经过实践笔者发现，目前可用于信息科技课程中物联网数据可视化的平台较多，如SIoT和EasyIoT。这些平台支持以列表和折线图的方式展示一段时间范围内某一主题汇集的消息，但方式较为单一。考虑到免费、开源以及学生的认知特征等因素，笔者重点探讨基于MixlO平台和Mind+可视化面板的物联网数据可视化方案。对于一些更复杂的项目，笔者也尝试通过Python和C#两种程序设计语言编写图形用户界面（GUI），以实现相应的功能。

MixIO平台——以智能厨房安防系统为例

在以“智能厨房安防系统”为主题的项目学习中，学生需要使用掌控板、掌控拓展板、烟雾传感器和直流电机等硬件模块监测厨房内的烟雾浓度，判断其是否达到预设的临界值，以决定是否启动蜂鸣器或排气扇。在项目实施的过程中，使用MixIO平台可以实现烟雾浓度数据的可视化。

MixIO需要与Mixly2.0配合使用，它不仅具备基础的项目管理和数据管理功能，还拥有丰富的可视化组件，如折线图表、柱状图表和仪表盘等，这些组件能够将数据简单、快速地展示在屏幕上，允许用户根据具体的需求和数据类型进行选择。如图1所示，智能厨房安防系统的可视化屏幕通过数据表格、折线图表、仪表盘和指示灯等组件，展示了烟雾传感器输出的气体浓度模拟量以及蜂鸣器等的报警状态，并且还能通过开关实现远程消音功能。

此外，还可以利用MixIOLogicAPI进行编程，更灵活地发送、接收和使用MQTT消息，操作可视化组件。

Mind+可视化面板——以教室空气质量监测系统为例

在以“教室空气质量监测系统”为主题的项目学习中，学生需要使用掌控板、百灵鸽、ENS160空气质量传感器和DHT22数字温湿度传感器对教室内的空气质量进行实时监测，并通过MQTT服务器，汇集温度、湿度、CO2浓度、TVOC（总挥发性有机化合物）浓度和AQI（空气质量指数）等数据，进而分析教室空气质量数据，改善教室的空气质量。在项目实施过程中，使用Mind+V1.8.0及以上版本提供的可视化面板，配合SIoTV2，可以实现上述数据的可视化。

在Mind+可视化面板中，可以添加按钮、开关、输入框等基础组件，文字、圖片、地图等显示组件，以及柱状图、饼图、散点图等图表组件。每个组件都可以绑定到特定的主题，实现数据的发送或接收。另外，根据实际需求，用户还可以添加时钟、日历等装饰组件。如图2所示，教室空气质量监测系统的可视化屏幕通过标签文字、水波图、等级仪表盘和折线图等组件，展示了上述数据的实时数值及其随时间变化的趋势。

需要注意的是，在使用折线图等组件时，可视化面板会从SIoT服务器中获取特定时间段的数据。因此，在编写程序时，需要使用Mind+新增的“发送并保存到数据库”积木。

程序设计语言——以在线数字气象站为例

在跨学科主题学习“在线数字气象站”中，学生需要使用掌控板及其拓展板、温湿度传感器、风速传感器、RS-485转UART信号转换模块、BMP388气压传感器等硬件模块，以及SIoT服务器，实现数据的采集和汇集，以实时描绘校园气象的信息状态，探寻数据的变化规律，尝试得到一般性的结论。在项目实施过程中，笔者分别利用Python和C#这两种程序设计语言，开发了“在线数字气象站”的网页客户端和基于Windows操作系统的客户端软件，实时展示采集到的气象数据和相关图表。

1.“在线数字气象站”网页客户端

Python拥有大量的第三方模块，这使得物联网数据可视化应用的开发过程变得更加灵活和高效。物联网数据可视化应用的一个核心需求是能够便捷地连接到MQTT服务，而Python提供了多种MQTT库供开发者选择，如paho-mqtt是一个非常流行的MQTT库，在开发“在线数字气象站”的网页客户端时，开发者可以利用其客户端实现连接MQTT服务器、发布消息、订阅主题以及接收消息等功能。

在设计GUI时，除了主流的Tkinter和PyQt等GUI库外，Remi库也是一个值