[第2期]
❑ 簡介
教育部因應 5G 時代來臨，進行設立全國性5G 行動寬頻跨校教學聯盟，以強化我國大學校院5G 前瞻技術與下世代物聯網應用教學能量，並加速整合及開發國內大學校院教學資源，提供全國大學校院師生共享。在5G 行動寬頻跨校教學聯盟成立同時，配合聯盟重點領域繼續推展示範教學實驗室來達成尖端技術實作與創新環境建立相關目標：
- 經由5G 行動寬頻跨校教學聯盟之 NB-IoT 示範教學實驗室，提升實作環境之教學質量，以強化大學教學與產業實務人才需求之接軌，並激發創新應用。
- NB-IoT 示範教學實驗室採用產業界標準的聯發科 Linkit7697 感測平台技術、符合國際標準的 NB-IoT 通訊模組、以及雲端數據收集分析平台將有利與業界
合作建置或承接其技術，搭配後續課程發展與創意應用，預期將激發校園創新應用之高度成長，並進而與產業實務需求產生連結。 - 訓練與培育智慧聯網與智慧校園應用開發人才，經由建置 NB-IoT 穿戴式感應器、NB-IoT 環境感應器集中器(sensor hub)、NB-IoT 雙向控制智慧小型溫室
以及開發智慧校園創新應用軟體APP，讓同學學習 NB-IoT 長距離低功耗網路基礎知識以及累積智慧校園創新應用 APP 開發經驗，協助建置具創新服務
應用的智慧校園。
❑ 運作制度
本示範教學實驗室規劃為具備行動式的教學實驗室，所規劃的實驗設備器材等等都是屬於輕便型，可以很方便移動到其他學校來進行實習。採用一般筆記型電腦 (學校或學生自備)、Linkit7697 物聯網平台、NB-IoT 通訊模組、NB-IoT 穿戴式感應器、NBIoT環境感應器集中器(sensor hub)、NB-IoT 雙向控制智慧小型溫室進行實驗。這些硬體實驗元件可攜性強，任何學校需要使用都可以將這些設備帶過去進行實驗。但是學校需要自行準備桌上型電腦(如電腦教室), 筆電, 或是請學生自行攜帶筆電(一般教室)也可以。為了順利實驗的進行，我們會事先進行Linkit7697 物聯網平台、 NB-IoT通訊模組、NB-IoT 穿戴式感應器、NB-IoT 環境感應器集中器(sensor hub)、NB-IoT雙向控制智慧小型溫室等等軟硬體進行測試，也針對雲端校園數據收集分析平台幫學校老師以及學生建立好帳號，確保實驗中學生開發之應用程式能夠在 Linkit 7696 上以及NB-IoT 通訊模組上正確執行，以讓其他學校的同學能夠順利地進行規畫的實驗。
為了順利推廣此教學實驗室的實習到有興趣的學校, 我們也會安排種子教師(助教)培訓課程，並安排研究助理以及助教從旁協助實驗的進行。助教協助設計與帶領實驗流程，並且協助各校實驗教學的進行，輔佐同學順利完成實驗。
❑ 實作平台系統
示範教學實驗室的實驗規劃上，以學生2人為一組，每組使用一台電腦 (電腦教室或是學生自備筆記型電腦)，以及Linkit7697 物聯網平台、NB-IoT 通訊模組 (包含電信公司的 SIM card)、NB-IoT 穿戴式感應器(包含電信公司的 SIM card)、NB-IoT 環境感應器集中器(sensor hub其內含電信公司的 SIM card)、NB-IoT 雙向控制智慧小型溫室(包含電信公司的 SIM card) 各一套。另外還需要一套感應器(sensors)套件，包含空氣溫溼度感應器、土壤溫溼度感應器、光照度感應器、PM2.5 空氣品質感應器等等約十種感應器，以及雲端校園數據收集分析平台。基本的實驗是由Linkit7697 物聯網平台連接多種感應器以及NB-IoT 通訊模組。Linkit7697 物聯網平台上的程式(同學撰寫) 讀取多種感應器的數據後，透過NB-IoT 通訊模組將數據傳送給電信公司 NB-IoT基地台，並轉送至 UDP server 再傳送到雲端校園數據收集分析平台儲存。NB-IoT 穿戴式感應器、NB-IoT 環境感應器集中器、以及NB-IoT 雙向控制智慧小型溫室也以相同的模式將感應器的數據 (GPS衛星定位數據、震動感應數據、溫溼度感應數據、土壤感應數據等等) 傳送到雲端校園數據收集分析平台儲存。學生則可以透過雲端校園數據收集分析平台所提供的 APIs 讀取實驗數據進行校園創新應用的數據即時顯示以及數據分析等等。
本教學實驗室規劃六項實習：
實驗一：物聯網平台 Linkit 7697 介紹。感測器平台的基礎認識，軟體安裝以及韌體更新等等前置作業。
實驗二：NB-IoT 通訊模組介紹。熟習使用 NB-IoT 通訊模組將傳送數據至雲端平台接收顯示數據。
實驗三：NB-IoT雙向控制系統實習。透過小型智慧溫室來使用NB-IoT 通訊模組進行雙向控制實驗。包含空氣溫溼度感應器、土壤溫溼度感應器、風扇、 照光、滴灌澆水系統。將智慧溫室的感應器數據透過 NB-IoT 模組傳送到雲端平台，經過分析數據後再透過 NB-IoT 適時進行開啟風扇、燈光以及滴灌澆水馬達，讓溫室環境適合植物成長。
實驗四：NB-IoT 穿戴式感應器 (GPS、NB-IoT、藍芽、三軸加速器、溫溼度感應器) 實習與數據收集分析。
實驗五：NB-IoT 環境感應器集中器 sensor hub (NB-IoT、土壤感應器 (溫度/濕度/電導度)) 實習與數據收集分析。
實驗六：NB-IoT 智慧校園創新應用軟體 APP 開發。帶領學生開發 NB-IoT 校園創新應用 (NB-IoT 穿戴式感應器+ NB-IoT 環境感應器集中器 sensor hub)，以及開發智慧校園創新應用軟體 APP。 (已建置之雲端智慧校園創新應用數據平台可提供多種API給APP呼叫使用)。例如：
- 各類球場 (籃球場/網球場/羽球場/桌球場等等) 使用管理系統。
- 宿舍洗衣機/烘乾機/浴室使用管理系統。
- 校園電梯使用數據分析與管理系統。
- 校園人員(師生/老人/小孩) 以及寵物 (校狗) 追蹤管理系統。
- 校園環境 (溫溼度/光照度/風速/風向等等) 管理系統。
- 校園交通 (單車/摩托車/汽車/校園巴士) 追蹤管理系統。
實驗所需軟硬體裝置如下：
- 軟體或平台
- 雲端校園數據收集分析平台
- Arduino IDE開源軟體 (Linkit7697 物聯網平台使用)
- Node-RED 開源軟體
- App Inventor開源軟體 (同學開發校園創新應用軟體使用)
- 硬體
- 桌上型電腦或筆記型電腦
- Linkit7697 物聯網平台
- NB-IoT 通訊模組 (包含電信公司的 SIM card)
- NB-IoT 穿戴式感應器(包含電信公司的 SIM card)
- NB-IoT 環境感應器集中器(sensor hub, 包含電信公司的 SIM card)
- NB-IoT 雙向控制智慧小型溫室(包含電信公司的 SIM card)
- 感應器(sensors)套件，包含空氣溫溼度感應器、土壤溫溼度感應器、光照度感應器、5 空氣品質感應器等等約十種感應器
實驗的裝置與電信公司基地台，UDP Server, MQTT server, 以及雲端數據分析平台連接架構如圖8所示。
圖9、NB-IoT實驗項目感應器與數據收集分析平台數據分析架構圖
❑ 網路化實作輔助教學
本教學實驗室在網路化實做輔助教學方面，已於第一期的計畫中錄製完成 NB-IoT 的介紹課程磨課師線上課程 2.5 小時，置放於中華開放教育平台 (www.openedu.tw與學聯網磨課師平台 (www.sharecourse.net)。此磨課師課程可提供學生隨時隨地進行線上學習，提升學習成效。
❑ 輔助課程教材發展及課程模組推廣
本教學實驗室提供課程講義投影片約 120頁，實習講義與適用說明手冊約200頁。
此外，第二期計畫本中心將進行以下三門課程之推廣。本實驗室亦可提供相關之實驗器材供所需之推廣學校借用。
[第1期]
❑ 簡介
教育部因應 5G 時代來臨 ，進行設立全國性5G 行動寬頻跨校教學聯盟，以強化我國大學校院5G 前瞻技術與下世代物聯網應用教學能量，並加速整合及開發國內大學校院教學資源，提供全國大學校院師生共享。在5G 行動寬頻跨校教學聯盟成立同時，亦將結合「行動寬頻尖端技術人才培育計畫」之前已建置之示範教學實驗室，配合聯盟重點領域繼續推展示範教學實驗室來達成尖端技術實作與創新環境建立相關目標：
- 經由 5G 行動寬頻跨校教學聯盟之示範教學實驗室，提升實作環境之教學質量，以強化大學教學與產業實務人才需求之接軌，並激發創新應用。
- 示範教學實驗室採用開放源(Open Source)物聯網軟硬體平台與目前產業界及相關部會前瞻行動寬頻研發方向一致，經由對外開放實作教學與實驗測試，可收跨部會/跨單位合作之綜效。
- 示範教學實驗室採用 de facto 標準的 Arduino 及Raspberry Pi 感測平台技術及符合國際 oneM2M 標準的 OM2M 平台將有利與業界合作建置或承接其技術，搭配後續課程發展與創意應用，預期將激發校園尖端技術與創新應用之高度成長，並進而與產業實務需求有效橋接。
❑ 運作制度
我們強調行動式的教學實驗室，不僅僅是在我們學校內，我們的實驗室能夠移動到任何想學習的學校。因此，我們使用一般筆記型電腦、Android 手機及Arduino/Raspberry Pi 進行我們實驗，這些硬體元件可攜性強，不論任何學校需要使用，我們都可以將這些設備全數帶去，對方即可使用我們的筆記型電腦、Android 手機及Arduino/Raspberry Pi 做為實驗環境。我們會將進行實驗時所需要的系統、軟體全部都事先安裝在筆記型電腦及Arduino/ Raspberry Pi 上，包含VMware、MIT App Inventor、OM2M、Node-RED Wyliodrin Studio；此外，Node-RED 需要額外添加使用OM2M 所需之圖形介面的程式碼也將事先置入。其他學校不需自己額外從頭安裝開發環境。
為了順利完成我們的實驗，除了筆記型電腦以外，還需準備搭載OM2M 的Raspberry Pi 及連結感測器的Arduino，我們會事先進行測試，確保實驗中開發之應用程式能夠在Arduino/ Raspberry Pi 上正確執行，以讓其他學校的同學能夠順利地進行我們的實驗。
由於我們是行動式教學實驗室，因此任何需要我們實驗室的學校只要與我們聯絡，我們即能夠將我們實驗所有需要的設備全數搬移到對方學校，並且派研究助理以及助教從旁協助實驗的進行。在我們的示範教學實驗室中，我們配備有一位專任研究助理以及數位兼任助教，研究助理負責保管我們實驗室之設備，並且了解我們整體實驗的流程，協助各校進行實驗的教學。助教會設計整個實驗流程，並且協助各校實驗教學的進行，輔佐同學順利完成實驗，了解到整個實驗的精髓。
❑ 實作平台系統
在示範教學實驗室中，我們以學生2 人為一組，每一組需要一台筆記型電腦，我們使用OM2M 開源物聯網平台軟體，並且使用虛擬機器軟體VMWare 來架設OM2M。之後我們使用Node-Red 及Wyliodrin Studio 這兩套開發軟體，讓學生動手開發網路及Arduino/ Raspberry Pi 應用程式。另外每一組還需要一套感測器、啓動器、電阻和麵包版來當作M2M 傳感設備，由Arduino 收集感測資料並送至Raspberry Pi 上的M2M閘道，再送至筆記型電腦上的M2M 雲端平台，經過分析處理後，最後發出指令透過M2M 平台來控制啓動器，另外透過Android 手機及MIT App Inventor 可管制上述M2M 平台上的物聯網應用。
❑ 輔助教學
我們會將課程中所示範的第一個實驗課程教材「Lab 1: Managing Sensors and Actuatorswith Raspberry Pi & Arduino using Wyliodrin Studio (1)」(詳細內容如附件)，拍攝成教學影片，錄製講師講解上課投影片，同時使用示範教學實驗室的設備，實際操作實驗教材，並且將實際操作的每一步驟一一錄下，配合上課投影片，剪輯出一部完整的實驗課程網路教學教材，讓無法前來上課的同學，也能夠透過網路教材自己在合適的環境中學習。
❑ 推廣活動
在我們舉辦的推廣說明會中，我們將實驗教材以及實驗設備，一同帶往說明會，並且在說明會中實地架設我們的實驗設備，當場示範我們的實驗教材，讓前往參加說明會的成員，能夠深刻的了解我們課程的目標與成果，藉以吸引有興趣的人員能夠前來參加課程。