智慧社区物联网教学沙盘制作需以 “还原物联网全链路、强化教学互动性” 为核心，遵循 “需求规划→方案设计→模块制作→系统集成→教学适配” 五步工艺，确保覆盖智慧社区核心场景且满足实训教学需求。

一、前期规划：明确需求与定版方案

此阶段需聚焦 “教学目标” 与 “场景落地”，避免功能冗余，确保沙盘能承载 “原理讲解、动手实操、故障排查” 三类教学场景。

1. 需求与参数确定：明确需覆盖的核心物联网场景（入口安防、智能家居、环境监测、智能停车、便民服务），确定尺寸比例（常用 1:50-1:100，适配教室桌面或小型展台）、交互方式（触屏控制、手机 APP、上位机操作）及核心实训点（如传感器数据采集、设备联动逻辑设置、故障报警排查）。

2. 方案输出：绘制 2D 布局图（标注各功能区位置，如 “社区入口”“模拟住宅楼”“停车场”“环境监测站”）和 3D 结构图（用 SketchUp 或 SolidWorks 设计建筑、设备模型），列出材料清单（机械结构件、物联网传感器、控制模块、软件工具），确保场景逻辑与真实智慧社区一致。

二、核心制作：分模块实现物联网功能

沙盘需按 “场景模块化” 制作，每个模块独立完成后再集成，既便于教学时拆解讲解，也降低制作与调试难度。

1. 机械结构制作：搭建社区物理框架

机械部分需兼顾 “场景还原度” 与 “操作可见性”，方便学生观察物联网设备的安装与运作。

• 整体框架：用木质板材或铝合金型材搭建沙盘底座，外围用亚克力板围合（标注功能区名称），底座高度控制在 15-20cm（便于放置电子元件），模拟建筑（住宅楼、社区大门、停车场）用 3D 打印或切割泡沫制作，门窗预留传感器安装位（如门磁、红外传感器）。

• 关键场景制作：

• 社区入口：制作伸缩门模型（用微型电机驱动），搭配刷卡器（模拟 NFC 识别）和摄像头模型（贴二维码替代，扫码触发开门）；

• 模拟住宅楼：制作 1-2 层简易户型，房间内放置灯光（LED 灯）、窗帘（微型舵机驱动）、插座（模拟家电供电）模型，外墙安装温湿度、PM2.5 传感器模块；

• 智能停车场：用亚克力板制作 2-3 个车位，每个车位贴 “车位编号”，加装红外传感器（检测车辆是否占位）和指示灯（红色占满、绿色空闲）；

• 环境监测站：制作小型支架，安装温湿度传感器、光照传感器、噪音传感器模块，顶部加装太阳能板模型（装饰性，模拟清洁能源供电）。

2. 电子系统集成：实现物联网 “感知 - 传输 - 控制” 链路

电子部分需以 “开源、易教学” 为原则，优先选择学生易上手的物联网硬件，覆盖核心技术链路。

• 控制核心：采用 ESP32 或 Arduino Uno 作为各模块控制器（单个控制器负责 1-2 个场景，如入口安防、智能家居），通过 Wi-Fi 或蓝牙实现模块间通信，最终接入上位机统一管理。

• 硬件连接：

• 感知层：在对应场景安装传感器（入口装人体红外传感器，检测人员靠近；房间装烟雾传感器，模拟火灾报警；停车场装红外传感器，检测车位状态）；

• 执行层：用微型电机驱动伸缩门、窗帘，LED 灯模拟灯光，继电器模块控制插座 “通断电”；

• 交互层：沙盘侧面加装 7 寸触摸屏（显示各传感器实时数据、设备状态），设置物理按钮（急停键、单场景演示键），支持手机 APP 连接（通过蓝牙控制灯光、窗帘）。

3. 软件编程：实现物联网联动与教学功能

软件部分需兼顾 “自动化联动” 与 “教学可干预性”，既展示智慧社区的智能运作，也支持学生手动调整参数。

• 核心逻辑编程：用 C++（Arduino）编写单模块控制代码（如 “刷卡触发伸缩门开启”“烟雾超标触发报警灯”），用 Python（上位机）编写全局联动代码，实现场景联动（如 “检测到房间有人→自动开灯 + 拉开窗帘”“车位占满→停车场入口指示灯变红”）。

• 教学功能开发：

• 数据可视化：在上位机界面（用 Tkinter 或 LabVIEW 开发）实时显示传感器数据（如温湿度曲线、车位占用率），支持数据导出用于分析；

• 故障模拟：编写代码触发常见故障（如 “传感器离线无数据”“设备联动失效”），故障时对应区域报警灯亮起、触摸屏弹窗提示，引导学生排查；

• 手动调试：设置 “手动 / 自动” 切换模式，学生可手动修改传感器阈值（如 “温湿度超过 28℃触发风扇”）、配置设备联动逻辑，理解物联网控制原理。

三、后期优化：调试与教学适配

制作完成后需通过多轮调试，确保功能稳定且符合教学场景，降低学生操作门槛。

1. 功能调试：

• 电子调试：测试传感器数据采集精度（如温湿度误差控制在 ±1℃/±5% RH）、设备联动响应速度（触发后 1-2 秒内执行）；

• 软件调试：确保上位机数据显示正常、故障模拟功能有效，手机 APP 与沙盘连接稳定；

• 场景调试：验证各场景逻辑通顺（如 “刷卡→开门→停车场车位检测→显示空闲车位”）。

2. 教学适配：

• 部件标注：在传感器、控制器、执行设备上贴标签（如 “ESP32 控制器”“人体红外传感器”），标注功能与接线方式；

• 操作简化：将复杂功能集成到触摸屏 “一键演示” 按钮，配套简易操作手册（图文步骤）；

• 安全优化：对裸露线路套绝缘管，电源处加装过载保护，避免实训时短路或触电。