智慧教室建設(shè)解決方案

1、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(rèn)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，教師給出簡單選擇后，學(xué)生舉手或者口頭回答，不能獲得 準(zhǔn)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(jìn)行教學(xué)，沒有準(zhǔn)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)集智慧教學(xué)、 人員考勤、資產(chǎn)管理、

2、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠(yuǎn)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(yùn)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(jī)遇。1.2 智慧教室主要用途智慧教室設(shè)備能夠體現(xiàn) 物聯(lián)網(wǎng)的三個層次（應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層），運(yùn)用傳感器、射頻識別（RFID） 等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)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(jìn)行信息交換和通信，實(shí) 現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)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)網(wǎng)導(dǎo)論、傳感

3、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(biāo)準(zhǔn)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(shí)踐實(shí)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)用項(xiàng)目開發(fā)提供平臺。使學(xué)生通過智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識與感知、計算機(jī)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)?廣專業(yè)知識，具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。二、智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺方案智慧教室以 物聯(lián)網(wǎng) 工程信息平臺 為基礎(chǔ)，以光載無線交換機(jī)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(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由

4、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)鍵部分一一網(wǎng)絡(luò)層，各種傳感器件通過標(biāo)準(zhǔn)模塊WiFi設(shè)備服務(wù)器（串口通信 RS232轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)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、手機(jī)等）也能無線接入該實(shí)驗(yàn)平臺，成為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn) 設(shè)備的一部分；師生教學(xué)、科研實(shí)踐開發(fā)的其它感知模塊，通過與標(biāo)準(zhǔn)的 WiFi 設(shè)備服務(wù)器連接，也能輕 易接入該實(shí)驗(yàn)平臺，完成測試、驗(yàn)證。2.1 光載無線交換機(jī) 及其分布式天線系統(tǒng)光載無線交換機(jī)及其配套設(shè)備遠(yuǎn)端射頻單元為廣州飛瑞敖電子科技有限公司的核心產(chǎn)品，

5、用于實(shí)現(xiàn)WiFi 無線射頻信號的遠(yuǎn)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(jī)安裝在智慧教室的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜里，與原本有線布線的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，接入學(xué)校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。光載無線交換機(jī)內(nèi)置 2個WiFi接入點(diǎn)（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(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)器為實(shí)現(xiàn) 物聯(lián)網(wǎng) 工程實(shí)驗(yàn)平臺的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備等管控、以及開展功

6、能復(fù)雜的綜合設(shè)計和 科研項(xiàng)目，在智慧教室的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜里配置一臺服務(wù)器。該服務(wù)器安裝系統(tǒng)軟件，及物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)的服務(wù)器端軟件，提供本地、或遠(yuǎn)程訪問服務(wù)，并實(shí)施 對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)模塊 WiFi 設(shè)備服務(wù)器無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺， 通過服務(wù)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。圖 1 是智慧教室總體框圖：以太脫換機(jī)W

7、L* F. N；H) n®CEOD®c©.102IV ,樂忑土 0協(xié)杰 押.|CO：H走,.®Q?ria迅甲.f轉(zhuǎn)屮i嚴(yán)jr曲干h. ： wit FinLLD3Q3 Qaj* it£.11.WlffWt圖1智慧教室總體框圖該實(shí)驗(yàn)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(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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，則教室內(nèi)所有系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)；反之，則處于工作狀態(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(jī)一體機(jī)、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問

8、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(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學(xué)，實(shí)現(xiàn)無塵教學(xué)，保護(hù)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(shí)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LED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(jī)、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(jī)，采用 RFID標(biāo)簽（校園一通）對學(xué)生進(jìn)行考勤統(tǒng)計，對進(jìn) 入教室的人員進(jìn)行身份識別

9、，對合法用戶進(jìn)行考勤統(tǒng)計，對非法用戶進(jìn)行告警。同時可通過WiFi 無線覆蓋，在遠(yuǎn)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(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽和配套控制軟件構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等資產(chǎn)（貼有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上存儲有設(shè)備的詳細(xì)信息） 進(jìn)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(jìn)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

10、無人，則燈光控制系統(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(shí)現(xiàn)教室內(nèi)光照強(qiáng)度的補(bǔ)償；2:燈光控制系統(tǒng)：采集安裝在教室內(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(shí)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(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫

11、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)信息及時上傳至服務(wù)器。同時設(shè)置敏感時段，實(shí)施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。3.8通風(fēng)換氣系統(tǒng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)由抽風(fēng)機(jī)、C02傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。通過C02傳感器監(jiān)測室內(nèi)的 C02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)C02濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風(fēng)機(jī)來進(jìn)行換氣，通過補(bǔ)充室外空氣來降低室內(nèi)C02的濃度。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

12、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(shí)時情況，所采集的影像經(jīng)由遠(yuǎn)端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實(shí)時的監(jiān)控數(shù)據(jù)。序號 系統(tǒng)名稱設(shè)備名稱1物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺套件2教學(xué)系統(tǒng)3LED顯示系統(tǒng)4人員考勤系統(tǒng)5資產(chǎn)管理系統(tǒng)6燈光控制系統(tǒng)光載無線交換機(jī)遠(yuǎn)端射頻單元有線交換機(jī)模塊1U服務(wù)器光載無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件臺式電腦功放音箱無線麥克拾音器問答器教學(xué)軟件LED面板LED顯示管理軟件高頻標(biāo)簽WiFi設(shè)備服務(wù)器物聯(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(biāo)簽抗金屬標(biāo)簽WiFi設(shè)備服務(wù)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)備服務(wù)器燈光控制系

13、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7空調(diào)控制系統(tǒng)8門窗監(jiān)視系統(tǒng)9通風(fēng)換氣系統(tǒng)10視頻監(jiān)控系統(tǒng)WiFi設(shè)備服務(wù)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(jī)報警系統(tǒng)主機(jī)門窗監(jiān)控系統(tǒng)軟件抽風(fēng)機(jī)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)，開展科研訓(xùn)練、復(fù)雜綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，下表列出了基本的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:同時支持在此平臺下,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺套件實(shí)驗(yàn)序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)1有線局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2無線局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3有線和無線局域網(wǎng)混合組

14、網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)5無線信號分布實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)6物聯(lián)網(wǎng)信息平臺的管理與配置實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)7感知層認(rèn)知實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)8網(wǎng)絡(luò)層傳輸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)9感知層網(wǎng)絡(luò)層接口實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)10網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層接口實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)11應(yīng)用層編程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)12WiFi無線傳感器實(shí)驗(yàn)-溫濕度傳感器實(shí)驗(yàn)13WiFi無線傳感器實(shí)驗(yàn)-光照度傳感器實(shí)驗(yàn)14溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)15光照度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)嵌入式實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)16溫濕度傳感器數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)17光照度數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)WIFI設(shè)備服務(wù)器實(shí)驗(yàn)18WiFi設(shè)備服務(wù)器管理與配置實(shí)驗(yàn)19高頻RFID應(yīng)用實(shí)驗(yàn)人貝考勤系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)20人員考勤系統(tǒng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)21特高頻RFID應(yīng)用實(shí)驗(yàn)資產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)22貨物盤點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)23物聯(lián)網(wǎng)智慧燈光控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)智慧照明系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)24物聯(lián)網(wǎng)智慧燈光控制系統(tǒng)開發(fā)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)25物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控應(yīng)用實(shí)訓(xùn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)26物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)室空調(diào)