智慧工廠教學實驗平台

大專院校高中職建議 36 節Arduino／Python／OpenCV／Node-RED／Flask對應：108 課綱介面電路控制實習、微電腦／嵌入式應用實習、智慧機器人、專題實作

透過物聯網（IoT）大數據收集，結合機器人與機器視覺的應用技術，建構工業 4.0 智慧工廠模型。

產品介紹

基於工業 4.0 概念的智慧工廠，其核心內涵在於網宇實體系統（CPS），透過物聯網，達到智慧製造之目的。「智慧工廠教學實驗平台」建構智慧工廠模擬情境，用於教學及情境場域展示，配合由淺入深的主題式教學，提升學生 AIoT 實務技術，有助於學生未來投入此產業的相關領域。

教具箱涵蓋工業物聯網、人工智慧、雲端大數據、機器視覺及機器人等智慧工廠應用技術，可用於 Arduino 微處理器、Raspberry Pi 微電腦、程式語言、電子電路學等基礎科目，以及智慧感測器、機器學習、數位影像處理、機器人控制等專業課程。

平台組成

平台由五大模組組成：

智慧工廠感測器元件
智慧工廠控制器：Arduino 單晶片控制器（輔）＋ Raspberry Pi 微電腦控制器（主）
智慧型機器人（多軸關節型機器人、微型輸送帶、重量感測器）
機器視覺感測器
智慧語音辨識／播報模組

感測器元件

提供 16 種感測器元件，分為三大類。所有感測器預先連接至 Arduino 訊號擴充板，不用花時間在複雜的接線上，可以直接學習感測器原理與數據收集程式。

環境監控元件	感測／控制元件	燈號／數據顯示元件
溫度感測器	超音波感測器	RGB LED 燈
濕度感測器	紅外線感測器	三色指示燈
環境光感測器	繼電器模組	LED 矩陣模組
火焰感測器	按鈕開關	OLED 模組
瓦斯感測器	重量感測器	數字顯示器
	蜂鳴器

模擬智慧工廠產線情境

透過教具箱的虛實整合系統模擬智慧工廠產線，讓學生以安全的方式體驗智慧工廠的運作：

智慧工廠堆棧系統
智慧工廠重量分檢系統
智慧工廠雲端大數據可視化
智慧工廠 WEB 遠端控制系統

這套教具能教什麼

物聯網系統

工廠環境監控（溫溼度、環境光）與工業安全監控（火災／瓦斯、繼電器、蜂鳴器、超音波／紅外線、重量感測器、輸送帶）。

雲端大數據

Wi-Fi 遠距無線通訊、手機 APP 監控、微型物聯網 MQTT、雲端大數據圖儀表。

智慧機器人與人工智慧

多軸關節型機器人的座標轉換與正／逆運動學；OpenCV 機器視覺的顏色與形狀辨識；自然語音辨識與語音播報。

課程大綱

01 工業 4.0（1 節）

單元內容

簡介
工業 4.0 演進及趨勢
三大核心領域：智慧工廠、智慧生產、智慧物流
技術綜觀

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 1 章（第 10–14 頁）

02 智慧工廠（1 節）

單元內容

簡介
智慧工廠特徵
智慧工廠關鍵技術
智慧工廠效益分析

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 2 章（第 15–20 頁）

延伸文章：智慧工廠教具箱系列(一)：功能簡介

03 智慧工廠教學實驗平台（3 節）

單元內容

感測器元件
Arduino 單晶片控制器（Arduino Mega 2560、ESP8266）
Raspberry Pi 微電腦控制器
智慧機器人、機器視覺感測器、智慧語音辨識與播報模組
智慧工廠開發環境設置

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 3 章（第 21–41 頁）

04 物聯網感知層實務技術（8 節）

單元內容

Arduino 初始環境設置
智慧工廠環境監控：光敏感測器、溫／溼度感測器
智慧工廠安全監控：氣體、火焰、繼電器、無源蜂鳴器、超音波、紅外線
顯示與輸入：OLED 顯示器、三色指示燈、數位 RGB LED、數字顯示器、旋轉電位器、8×8 LED 矩陣、重量感測器、按鈕開關

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 4 章（第 42–101 頁）

延伸文章：智慧工廠教具箱系列(二)：工業物聯網感知層實務技術

05 物聯網網路層通訊原理（1 節）

單元內容

Wi-Fi 無線區域網路
藍牙通訊
工業物聯網 MQTT 通訊協定
工業物聯網 Modbus 通訊協定

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 5 章（第 102–107 頁）

06 物聯網應用層實務技術（6 節）

單元內容

IoT 視覺化開發工具 Node-RED
Node-RED 與 Arduino 序列通訊、智慧工廠大數據可視化
工業物聯網 MQTT 通訊協定技術實習
工業物聯網 Modbus TCP 通訊技術實習

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 6 章（第 108–151 頁）

延伸文章：智慧工廠教具箱系列(三)：工業物聯網應用層實務技術 – 使用 Node-Red-Dashboard、智慧工廠教具箱系列(四)：工業物聯網應用層實務技術 – 使用 Node-Red-MQTT

07 智慧機器人實務技術（4 節）

單元內容

機器人座標系統
機器人運動學 D-H 法則：正運動學、逆運動學
智慧型伺服馬達速度／力矩控制、內部參數監控
智慧工廠堆棧系統實習
智慧工廠重量分檢系統實習

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 7 章（第 152–176 頁）

08 機器視覺實務技術（5 節）

單元內容

OpenCV 基本操作
色彩辨識實習
輪廓辨識實習
計算中心點位置實習
機器視覺與機器人協同作業實習

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 8 章（第 177–211 頁）

09 語音辨識實務技術（3 節）

單元內容

自然語音辨識（ASR）實習
文字轉語音播報（TTS）實習
語音控制機器人實習

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 9 章（第 212–231 頁）

10 行動裝置 APP 開發實務技術（4 節）

單元內容

Python Flask 網站後端框架
HTML 模板與 Bootstrap 前端框架
智慧工廠即時影像串流實習
智慧機器人遠端控制實習
手機應用程式 App 實作

對應教材：《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》第 10 章（第 232–258 頁）

課程大綱依《智慧工廠教學實驗平台使用手冊》章節整理，節數依頁數暫估（每 8 頁 1 節），實際安排可依班級調整。

課綱對應

教學內容適用 108 課綱課程【介面電路控制實習】、【微電腦／嵌入式應用實習】、【智慧機器人】及【專題實作】。

教學文章

延伸學習資源

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