1、智慧教室建設(shè)解決方案、系統(tǒng)概述1.1智慧教室建設(shè)背景在學(xué)校，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，做好教學(xué)互動環(huán)節(jié)，是掌握好教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，提高教學(xué)水平的關(guān)鍵。現(xiàn)行的教學(xué)過程中，傳統(tǒng) 的簽到環(huán)節(jié)、疑問確認環(huán)節(jié)、提問互動環(huán)節(jié)、課堂小測試環(huán)節(jié)存在諸多問題。簽 到過程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現(xiàn)象，結(jié)果不便于教師統(tǒng)計；提問互動環(huán)節(jié)和課堂小測試的環(huán)節(jié)中， 教師給出簡單項選擇擇后，學(xué)生舉手或者口頭 答復(fù)，不能獲得準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，教師只能根據(jù)大體情況來判斷是否進行教學(xué)， 沒有準確的數(shù)據(jù)，更不能考慮后期的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。 傳統(tǒng)的教學(xué)方式 已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)的需要，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧

2、教學(xué)、人員考勤、資產(chǎn)管 理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠程控制于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)在逐 步的推廣運用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，給教育行業(yè)帶來了新的機遇。1.2智慧教室主要用途智慧教室設(shè)備能夠表達物聯(lián)網(wǎng)的三個層次應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層，運用 傳感器、射頻識別RFID等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實時感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(luò)如基于WIFI的無線局域網(wǎng)、移動通信、電信網(wǎng) 等接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)物與物、 物與人的泛在鏈接，實現(xiàn)對物品的智慧化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理。同時，智慧教室還能滿足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的物聯(lián)

3、網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、RFID技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)標準與中 間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計等課程的實踐實訓(xùn)教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用工程開發(fā)提供平臺。使學(xué)生通過智慧教室實驗平臺，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)根底理論、物理信息系統(tǒng) 標識與感知、電腦網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識，具備通信 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V專業(yè)知識，具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng) 的開發(fā)、實踐能力和科學(xué)研究能力。二、智慧教室實驗平臺方案智慧教室以物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺為根底，以光載無線交換機為核心，構(gòu)建 WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網(wǎng)絡(luò)交換機、

4、網(wǎng)絡(luò)路由器, 從而建立融合有線網(wǎng)絡(luò)、 無線局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵局部網(wǎng)絡(luò)層， 各種傳感器 件通過標準模塊 WiFi設(shè)備效勞器串口通信RS232專WiFi無線網(wǎng)絡(luò)無線接入物 聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺， 構(gòu)成全面涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個層次的一個統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)工程實驗 平臺。同時，其它內(nèi)置 WiFi 模塊的各種手持設(shè)備 筆記本電腦、 等也能無線 接入該實驗平臺，成為物聯(lián)網(wǎng)實驗設(shè)備的一局部 ; 師生教學(xué)、科研實踐開發(fā)的其 它感知模塊，通過與標準的 WiFi 設(shè)備效勞器連接，也能輕易接入該實驗平臺， 完成測試、驗證。2.1 光載無線交換機及其分布式天線系統(tǒng)光載無線交換機及其配套設(shè)備遠端射頻單元為廣州飛瑞敖電子科技的核心 產(chǎn)品

5、，用于實現(xiàn) WiFi 無線射頻信號的遠距離、大范圍的光纖分布，是物聯(lián)網(wǎng)無 線網(wǎng)絡(luò)分布的主要分布方式。光載無線交換機安裝在智慧教室的網(wǎng)絡(luò)機柜里， 與原本有線布線的網(wǎng)絡(luò)交換 機連接，接入學(xué)校電腦網(wǎng)絡(luò)。光載無線交換機內(nèi)置 2個WiFi接入點AP所有網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議處理、基帶數(shù)據(jù)處理、射頻信號處理都集中在光載無線交換機內(nèi) ，通過 模擬光纖鏈路將 WiFi 射頻信號分布到智慧教室內(nèi)， 完成智慧教室的 WiFi 無線覆 蓋，將實驗設(shè)備和各類 WiFi 終端接入統(tǒng)一的 WiFi 無線局域網(wǎng)， 構(gòu)成整體物聯(lián)網(wǎng) 工程平臺。2.2 物聯(lián)網(wǎng)工程實驗平臺效勞器為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程實驗平臺的統(tǒng)一管理、 實驗室實驗設(shè)備等管控、 以

6、及開展 功能復(fù)雜的綜合設(shè)計和科研工程，在智慧教室的網(wǎng)絡(luò)機柜里配置一臺效勞器。該效勞器安裝系統(tǒng)軟件， 及物聯(lián)網(wǎng)工程實驗的效勞器端軟件， 提供本地、 或 遠程訪問效勞，并實施對物聯(lián)網(wǎng)實驗的監(jiān)控和設(shè)備管理。三、智慧教室系統(tǒng)設(shè)計方案述智慧教室基于光載無線交換機為核心，建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)共享平臺， 所有的設(shè)備系統(tǒng)均可以通過標準模塊 WiFi 設(shè)備效勞器無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息 平臺，通過效勞器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設(shè)備 ; 同時，我們提供教室智慧 系統(tǒng)的設(shè)計原理圖，開放足夠多的端口和豐富、 完善的接口函數(shù)以及二次開發(fā)包， 為教師、學(xué)生提供了一個開放的環(huán)境平臺去學(xué)習(xí)和研究。列圖1是【融智興華】智慧教

7、室拓撲圖：圖1智慧教室總體框圖該實驗室建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，用于學(xué)生進行創(chuàng)新實驗研究， 以及教師開展科學(xué)研究。首先通過讀取人員考勤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來判斷教室內(nèi)是否有 人員，如果教室內(nèi)無人，那么教室內(nèi)所有系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài) ；反之，那么處于工作狀 態(tài)。智慧教室包括以下幾個系統(tǒng)：3.1教學(xué)系統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)由內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機一體機、 功放、音箱、無線麥克、 拾音器、問答器和配套控制軟件構(gòu)成。使用內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學(xué)，實現(xiàn)無塵教學(xué)， 保護師生的健康，可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實 現(xiàn)師生交互式課堂教學(xué)。3.2 LED顯示系統(tǒng)LED顯示系統(tǒng)由L

8、ED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用于顯示正在上 課的課程名稱、專業(yè)班級、任課教師、到課率、和教室內(nèi)各傳感器采集的環(huán)境數(shù) 據(jù)室內(nèi)溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等。3.3人員考勤系統(tǒng)人員考勤系統(tǒng)由 RFID 考勤機、考勤卡和配套控制軟件構(gòu)成在教室前后門各安裝一個 RFID考勤機，采用RFID標簽校園一通對學(xué)生 進行考勤統(tǒng)計， 對進入教室的人員進行身份識別， 對合法用戶進行考勤統(tǒng)計， 對 非法用戶進行告警。同時可通過 WiFi 無線覆蓋，在遠程對考勤情況的監(jiān)控，統(tǒng) 計以及存檔打印等。3.4資產(chǎn)管理系統(tǒng)資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標簽、抗金屬標簽和配套控制軟 件構(gòu)成。在教室前后門各安裝

9、一個特高頻讀卡器， 對教室內(nèi)的實驗儀器、 設(shè)備等資產(chǎn) 貼有RFID標簽，標簽上存儲有設(shè)備的詳細信息進行出入教室的監(jiān)控與管理， 對未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進行告警， 方便設(shè)備管理人員對教室設(shè)備的 統(tǒng)一管理。3.5燈光控制系統(tǒng)燈光控制系統(tǒng)由燈光控制器、 光照傳感器、 人體傳感器、 窗簾控制系統(tǒng)和配 套控制軟件構(gòu)成。首先通過人體傳感器來判斷教室內(nèi)對應(yīng)位置是否有人， 此位置無人， 那么燈光 控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài) ; 反之，處于工作狀態(tài)。1：窗簾控制系統(tǒng)：通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè) 門限值，以窗簾自動開、關(guān)來實現(xiàn)教室內(nèi)光照強度的補償 ;2：燈光控制系統(tǒng)：采集安裝

10、在教室內(nèi)的光照傳感器數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)， 根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，來控制教室內(nèi)燈光的自動開啟與關(guān)閉，并可調(diào)節(jié)燈光的亮度， 實現(xiàn)室內(nèi)燈光的智能控制與節(jié)能減排。3.6空調(diào)控制系統(tǒng)空調(diào)控制系統(tǒng)由中央空調(diào)電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構(gòu)成。通過溫濕度傳感器監(jiān)測室內(nèi)溫度， 通過分析數(shù)據(jù)， 根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值， 當(dāng)室內(nèi) 溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調(diào)。 當(dāng)室內(nèi)溫濕度低于最底門限值時自動關(guān) 閉空調(diào)，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動控制。3.7門窗監(jiān)視系統(tǒng)門窗監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶門磁模塊及配套軟件組成窗戶門磁模塊用于檢測門和窗戶的開關(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至效勞器。同時設(shè)置敏感時段，實施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。3.8通風(fēng)換

11、氣系統(tǒng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)由抽風(fēng)機、co傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。通過co傳感器監(jiān)測室內(nèi)的co濃度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，當(dāng) 室內(nèi)co濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風(fēng)機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內(nèi)CO2勺濃度。3.9視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、資產(chǎn)出入庫、人員出入情況提供查詢依據(jù)。在教室前后門口各安裝一個 WiFi無線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫 情況，在教室內(nèi)安裝一個 WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實時情況，所采集的影 像經(jīng)由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)。序號1系統(tǒng)名稱物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺套件設(shè)備名稱

12、光載無線交換機 遠端射頻單元有線交換機模塊1U效勞器光載無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件臺式電腦功放音箱2教學(xué)系統(tǒng)無線麥克拾音器問答器教學(xué)軟件LED面板3LED顯示系統(tǒng)LED顯示管理軟件高頻標簽4人員考勤系統(tǒng)WiFi設(shè)備效勞器資產(chǎn)管理系統(tǒng)燈光控制系統(tǒng)空調(diào)控制系統(tǒng)門窗監(jiān)視系統(tǒng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)10視頻監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)人員管理軟件 高頻RFID讀卡器 特高頻讀卡器紙質(zhì)標簽抗金屬標簽WiFi設(shè)備效勞器物聯(lián)網(wǎng)倉儲物流管理軟件光照傳感器人體傳感器WiFi設(shè)備效勞器燈光控制系統(tǒng)窗簾控制系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)智慧家居管理軟件溫濕度傳感器WiFi設(shè)備效勞器中央空調(diào)電源控制器立式空調(diào)空調(diào)控制系統(tǒng)軟件門磁模塊安防主機報警系統(tǒng)主機門窗監(jiān)控系統(tǒng)軟件抽風(fēng)

13、機C02傳感器通風(fēng)換氣管理軟件WiFi攝像頭物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控管理軟件四、實驗工程該實驗方案可以完成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和傳感層的課程實驗和綜合實 驗，同時支持在此平臺下，開展科研訓(xùn)練、復(fù)雜綜合設(shè)計實驗、畢業(yè)設(shè)計及創(chuàng)新 實驗，下表列出了根本的實驗工程：實驗工程表物聯(lián)網(wǎng)實驗方案設(shè)備實驗序號實驗工程實驗1實驗2實驗3有線局域網(wǎng)組網(wǎng)實驗無線局域網(wǎng)組網(wǎng)實驗有線和無線局域網(wǎng)混合組網(wǎng)實驗 物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺測試實驗 無線信號分布實驗物聯(lián)網(wǎng)信息平臺的管理與配置實驗實驗4實驗5實驗6物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺套件實驗7感知層認知實驗實驗8網(wǎng)絡(luò)層傳輸實驗實驗9感知層網(wǎng)絡(luò)層接口實驗實驗10網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層接口實驗實驗11應(yīng)用層編

14、程實驗實驗12WiFi無線傳感器實驗-溫濕度傳感器實驗13WiFi無線傳感器實驗-光照度傳感器實驗14溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集實驗嵌入式實驗實驗15光照度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集實驗實驗16溫濕度傳感器數(shù)據(jù)通信實驗實驗17光照度數(shù)據(jù)通信實驗WIFI設(shè)備效勞器實驗18WiFi設(shè)備效勞器管理與配置人員考勤系統(tǒng)實驗19高頻RFID應(yīng)用實驗實驗20人員考勤系統(tǒng)設(shè)計實驗資產(chǎn)管理系統(tǒng)實驗21特高頻RFID應(yīng)用實驗實驗22貨物盤點系統(tǒng)設(shè)計實驗智慧照明系統(tǒng)實驗23物聯(lián)網(wǎng)智慧燈光控制系統(tǒng)應(yīng)用實驗實驗24物聯(lián)網(wǎng)智慧燈光控制系統(tǒng)開發(fā)實訓(xùn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實驗25物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控應(yīng)用實訓(xùn)實驗26物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)實訓(xùn)空調(diào)控制系統(tǒng)實驗27實驗