智慧教室建設解決方案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上1.1 智慧教室建設背景在學校，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，做好教學互動環(huán)節(jié)，是掌握好教學環(huán)節(jié)的質量，提高教學水平的關鍵?，F(xiàn)行的教學過程中，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，學生舉手或者口頭回答，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，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)的教學方式已經不適應現(xiàn)代化教學的需要，基于物聯(lián)網技術集智慧教學、人員考勤、資產

2、管理、環(huán)境智慧調節(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備能夠體現(xiàn)的三個層次（應用層、網絡層、感知層），運用傳感器、射頻識別（RFID）等技術，使信息傳感設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網絡（如基于WIFI的無線局域網、移動通信、電信網等）接入方式，把任何物品與互聯(lián)網相連接，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校物聯(lián)網技術專業(yè)開設的物聯(lián)網導論、傳感器原理及

3、應用、無線傳感器網絡及應用、RFID技術及應用、物聯(lián)網工程及應用、物聯(lián)網標準與中間件技術、物聯(lián)網應用系統(tǒng)設計等課程的實踐實訓教學需要，并為學生或教師的物聯(lián)網技術應用項目開發(fā)提供平臺。使學生通過智慧教室實驗平臺，能掌握物聯(lián)網技術基礎理論、物理信息系統(tǒng)標識與感知、計算機網絡理論與技術和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域寬廣專業(yè)知識，具備一定的工程應用系統(tǒng)的開發(fā)、實踐能力和科學研究能力。二、智慧教室實驗平臺方案智慧教室以為基礎，以光載無線交換機為核心，構建WiFi無線局域網，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網絡交換機、網絡路由器，從而建立融合有線網絡、無線局域網的物

4、聯(lián)網關鍵部分網絡層，各種傳感器件通過標準模塊WiFi設備服務器（串口通信RS232轉WiFi無線網絡）無線接入物聯(lián)網工程信息平臺，構成全面涵蓋物聯(lián)網三個層次的一個統(tǒng)一的物聯(lián)網工程實驗平臺。同時，其它內置WiFi模塊的各種手持設備（筆記本電腦、手機等）也能無線接入該實驗平臺，成為物聯(lián)網實驗設備的一部分；師生教學、科研實踐開發(fā)的其它感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入該實驗平臺，完成測試、驗證。2.1 及其分布式天線系統(tǒng)光載無線交換機及其配套設備遠端射頻單元為廣州飛瑞敖電子科技有限公司的核心產品，用于實現(xiàn)WiFi無線射頻信號的遠距離、大范圍的光纖分布，是無線網絡分布的主要分布

5、方式。光載無線交換機安裝在智慧教室的網絡機柜里，與原本有線布線的網絡交換機連接，接入學校計算機網絡。光載無線交換機內置2個WiFi接入點（AP）（所有網絡協(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），通過模擬光纖鏈路將WiFi射頻信號分布到智慧教室內，完成智慧教室的WiFi無線覆蓋，將實驗設備和各類WiFi終端接入統(tǒng)一的WiFi無線局域網，構成整體物聯(lián)網工程平臺。2.2 物聯(lián)網工程實驗平臺服務器為實現(xiàn)工程實驗平臺的統(tǒng)一管理、實驗室實驗設備等管控、以及開展功能復雜的綜合設計和科研項目，在智慧教室的網絡機柜里配置一臺服務器。該服務器安裝系統(tǒng)軟件，及物聯(lián)網工程實驗的服務器端軟件，提

6、供本地、或遠程訪問服務，并實施對物聯(lián)網實驗的監(jiān)控和設備管理。三、智慧教室系統(tǒng)設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，所有的設備系統(tǒng)均可以通過標準模塊WiFi設備服務器無線接入物聯(lián)網工程信息平臺，通過服務器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設備；同時，我們提供教室智慧系統(tǒng)的設計原理圖，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、學生提供了一個開放的環(huán)境平臺去學習和研究。下圖1是智慧教室總體框圖：  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)網應用場景，用于學生進行創(chuàng)新實驗研究，以及教師開展科學研究。首先通過讀取人員考勤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來判斷教室內是否

7、有人員，如果教室內無人，則教室內所有系統(tǒng)處于關閉狀態(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教學系統(tǒng)教學系統(tǒng)由內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成。使用內置電子白板功能的觸控投影機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學，實現(xiàn)無塵教學，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。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、和教室內各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)（室內溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等）。3.3人員考勤系統(tǒng)

8、人員考勤系統(tǒng)由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟件構成。在教室前后門各安裝一個RFID考勤機，采用RFID標簽（校園一卡通）對學生進行考勤統(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資產管理系統(tǒng)資產管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構成。在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內的實驗儀器、設備等資產（貼有RFID標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息）進行出入教室的監(jiān)控與管理，對未授權用戶把教室內資產帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統(tǒng)一管

9、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)和配套控制軟件構成。首先通過人體傳感器來判斷教室內對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)處于關閉狀態(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)軟件預設門限值，以窗簾自動開、關來實現(xiàn)教室內光照強度的補償；2：燈光控制系統(tǒng)：采集安裝在教室內的光照傳感器數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，來控制教室內燈光的自動開啟與關閉，并可調節(jié)燈光的亮度，實現(xiàn)室內燈光的智能控制與節(jié)能減排。3.6空調控制系統(tǒng)空調控制系統(tǒng)由中央空調電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構成。通

10、過溫濕度傳感器監(jiān)測室內溫度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，當室內溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調。當室內溫濕度低于最底門限值時自動關閉空調，實現(xiàn)室內溫濕度的自動控制。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狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至服務器。同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。3.8通風換氣系統(tǒng)通風換氣系統(tǒng)由抽風機、CO2傳感器和配套監(jiān)控軟件構成。通過CO2傳感器監(jiān)測室內的CO2濃度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，當室內CO2濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內CO2的濃度。3.9視頻監(jiān)控系統(tǒng)

11、視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構成。視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、資產出入庫、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)控人員出入和資產的出入庫情況，在教室內安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內部實時情況，所采集的影像經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)。序號系統(tǒng)名稱設備名稱1物聯(lián)網工程信息平臺套件光載無線交換機遠端射頻單元有線交換機模塊1U服務器光載無線網絡管理軟件2教學系統(tǒng)臺式電腦功放音箱無線麥克拾音器問答器教學軟件3LED顯示系統(tǒng)LED面板LED顯示管理軟件4人員考勤系統(tǒng)高頻標簽WiFi設備服務器物聯(lián)網人員管理軟件高頻RFID讀卡器5

12、資產管理系統(tǒng)特高頻讀卡器紙質標簽抗金屬標簽WiFi設備服務器物聯(lián)網倉儲物流管理軟件6燈光控制系統(tǒng)光照傳感器人體傳感器WiFi設備服務器燈光控制系統(tǒng)窗簾控制系統(tǒng)物聯(lián)網智慧家居管理軟件7空調控制系統(tǒng)溫濕度傳感器WiFi設備服務器中央空調電源控制器立式空調空調控制系統(tǒng)軟件8門窗監(jiān)視系統(tǒng)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9通風換氣系統(tǒng)抽風機CO2傳感器通風換氣管理軟件10視頻監(jiān)控系統(tǒng)WiFi攝像頭物聯(lián)網視頻監(jiān)控管理軟件 四、實驗項目該實驗方案可以完成物聯(lián)網網絡層、應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，開展科研訓練、復雜綜合設計實驗、畢業(yè)設計及創(chuàng)新實驗，下表列出了基

13、本的實驗項目：實驗項目表物聯(lián)網實驗方案設備實驗序號實驗項目物聯(lián)網工程信息平臺套件實驗1有線局域網組網實驗實驗2無線局域網組網實驗實驗3有線和無線局域網混合組網實驗實驗4物聯(lián)網工程信息平臺測試實驗實驗5無線信號分布實驗實驗6物聯(lián)網信息平臺的管理與配置實驗實驗7感知層認知實驗實驗8網絡層傳輸實驗實驗9感知層網絡層接口實驗實驗10網絡層應用層接口實驗實驗11應用層編程實驗實驗12WiFi無線傳感器實驗-溫濕度傳感器實驗13WiFi無線傳感器實驗-光照度傳感器嵌入式實驗實驗14溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集實驗實驗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設備服務器實驗18WiFi設備服務器管理與配置人員考勤系統(tǒng)實驗19高頻RFID應用實驗實驗20人員考勤系統(tǒng)設計實驗資產管理系統(tǒng)實驗21特高頻RFID應用實驗實驗22貨物盤點系統(tǒng)設計實驗智慧照明系統(tǒng)實驗23物聯(lián)網智慧燈光控制系統(tǒng)應用實驗實驗24物聯(lián)網智慧燈光控制系統(tǒng)開發(fā)實訓視頻監(jiān)控系統(tǒng)實驗25物聯(lián)網視頻監(jiān)控應用實訓實驗26物聯(lián)網視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)實訓空調控制系統(tǒng)實驗27實驗室空調控制系統(tǒng)應用實訓實驗28物