智慧教室建设解决专业方案.docx

1.1 智慧教室建设背景在学校，课堂教学步骤是学生接收系统教育最关键一环，做好教学互动步骤，是掌握好教学步骤质量，提升教学水平关键。现行教学过程中，传统签到步骤、疑问确定步骤、提问互动步骤、课堂小测试步骤存在很多问题。签到过程中，使用纸张签到，效率低且存在代签现象，结果不便于老师统计；提问互动步骤和课堂小测试步骤中，老师给出简单选择后，学生举手或口头回复，不能取得正确统计数据，老师只能依据大致情况来判定是否进行教学，没有正确数据，更不能考虑后期数据挖掘和数据统计工作。传统教学方法已经不适应该代化教学需要，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调整、视频监控及远程控制于一体新型现代化智慧教室系统在逐步推广利用。智慧教室作为一个新型教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新机遇。1.2 智慧教室关键用途智慧教室设备能够表现物联网三个层次（应用层、网络层、感知层），利用传感器、射频识别（RFID）等技术，使信息传感设备实时感知任何需要信息，根据约定协议，经过可能网络（如基于WIFI无线局域网、移动通信、电信网等）接入方法，把任何物品和互联网相连接，进行信息交换和通信，实现物和物、物和人泛在链接，实现对物品智慧化识别、跟踪、监控和管理。 同时，智慧教室还能满足学校物联网技术专业开设物联网导论、传感器原理及应用、无线传感器网络及应用、RFID技术及应用、物联网工程及应用、物联网标准和中间件技术、物联网应用系统设计等课程实践实训教学需要，并为学生或老师物联网技术应用项目开发提供平台。使学生经过智慧教室试验平台，能掌握物联网技术基础理论、物理信息系统标识和感知、计算机网络理论和技术和数据分析和信息处理技术等知识，含有通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广专业知识，含有一定工程应用系统开发、实践能力和科学研究能力。二、智慧教室试验平台方案智慧教室以物联网工程信息平台为基础，以光载无线交换机为关键，构建WiFi无线局域网，覆盖智慧教室，加上教室有线网络交换机、网络路由器，从而建立融合有线网络、无线局域网物联网关键部分网络层，多种传感器件经过标准模块WiFi设备服务器（串口通信RS232转WiFi无线网络）无线接入物联网工程信息平台，组成全方面涵盖物联网三个层次一个统一物联网工程试验平台。同时，其它内置WiFi模块多种手持设备（笔记本电脑、手机等）也能无线接入该试验平台，成为物联网试验设备一部分；师生教学、科研实践开发其它感知模块，经过和标准WiFi设备服务器连接，也能轻易接入该试验平台，完成测试、验证。2.1 光载无线交换机及其分布式天线系统光载无线交换机及其配套设备远端射频单元为广州飞瑞敖电子科技关键产品，用于实现WiFi无线射频信号远距离、大范围光纤分布，是物联网无线网络分布关键分布方法。光载无线交换机安装在智慧教室网络机柜里，和原本有线布线网络交换机连接，接入学校计算机网络。光载无线交换机内置2个WiFi接入点（AP）（全部网络协议处理、基带数据处理、射频信号处理全部集中在光载无线交换机内），经过模拟光纤链路将WiFi射频信号分布到智慧教室内，完成智慧教室WiFi无线覆盖，将试验设备和各类WiFi终端接入统一WiFi无线局域网，组成整体物联网工程平台。2.2 物联网工程试验平台服务器为实现物联网工程试验平台统一管理、试验室试验设备等管控、和开展功效复杂综合设计和科研项目，在智慧教室网络机柜里配置一台服务器。该服务器安装系统软件，及物联网工程试验服务器端软件，提供当地、或远程访问服务，并实施对物联网试验监控和设备管理。三、智慧教室系统设计方案述智慧教室基于光载无线交换机为关键，建成一个综合型物联网共享平台，全部设备系统均能够经过标准模块WiFi设备服务器无线接入物联网工程信息平台，经过服务器系统软件统一管理前端系统设备；同时，我们提供教室智慧系统设计原理图，开放足够多端口和丰富、完善接口函数和二次开发包，为老师、学生提供了一个开放环境平台去学习和研究。下图1是智慧教室总体框图： 图1 智慧教室总体框图 该试验室建成一个综合型物联网应用场景，用于学生进行创新试验研究，和老师开展科学研究。首先经过读取人员考勤系统中数据来判定教室内是否有些人员，假如教室内无人，则教室内全部系统处于关闭状态；反之，则处于工作状态。 智慧教室包含以下多个系统：3.1教学系统教学系统由内置电子白板功效触控投影机一体机、功放、音箱、无线麦克、拾音器、问答器和配套控制软件组成。使用内置电子白板功效触控投影机替换传统黑板教学，实现无尘教学，保护师生健康，可在投影画面上能够操作电脑，在每个桌位上配置问答器，实现师生交互式课堂教学。3.2 LED显示系统LED显示系统由LED面板拼接而成，安装在教室黑板顶部，用于显示正在上课课程名称、专业班级、任课老师、到课率、和教室内各传感器采集环境数据（室内温湿度、光照度、二氧化碳浓度等）。3.3人员考勤系统人员考勤系统由RFID考勤机、考勤卡和配套控制软件组成。在教室前后门各安装一个RFID考勤机，采取RFID标签（校园一卡通）对学生进行考勤统计，对进入教室人员进行身份识别，对正当用户进行考勤统计，对非法用户进行告警。同时可经过WiFi无线覆盖，在远程对考勤情况监控，统计和存档打印等。3.4资产管理系统资产管理系统由特高频RFID读卡器、纸质标签、抗金属标签和配套控制软件组成。在教室前后门各安装一个特高频读卡器，对教室内试验仪器、设备等资产（贴有RFID标签，标签上存放有设备具体信息）进行出入教室监控和管理，对未授权用户把教室内资产带出教室进行告警，方便设备管理人员对教室设备统一管理。3.5灯光控制系统灯光控制系统由灯光控制器、光照传感器、人体传感器、窗帘控制系统和配套控制软件组成。首先经过人体传感器来判定教室内对应位置是否有些人，此位置无人，则灯光控制系统及窗帘控制系统处于关闭状态；反之，处于工作状态。1：窗帘控制系统：经过采集安装在窗户光照传感器数据，依据软件预设门限值，以窗帘自动开、关来实现教室内光照强度赔偿；2：灯光控制系统：采集安装在教室内光照传感器数据，经过分析数据，依据软件预设值，来控制教室内灯光自动开启和关闭，并可调整灯光亮度，实现室内灯光智能控制和节能减排。3.6空调控制系统空调控制系统由中央空调电源控制器、温湿度传感器和配套控制软件组成。经过温湿度传感器监测室内温度，经过分析数据，依据软件预设值，当室内温湿度高于最高门限值时自动开启空调。当室内温湿度低于最底门限值时自动关闭空调，实现室内温湿度自动控制。3.7门窗监视系统门窗监视系统由窗户门磁模块及配套软件组成。窗户门磁模块用于检测门和窗户开关状态，并将状态信息立即上传至服务器。同时设置敏感时段，实施对窗户自动监视和报警。3.8通风换气系统通风换气系统由抽风机、CO2传感器和配套监控软件组成。经过CO2传感器监测室内CO2浓度，经过分析数据，依据软件预设值，当室内CO2浓度高于软件门限值时自动开启抽风机来进行换气，经过补充室外空气来降低室内CO2浓度。3.9视频监控系统视频监控系统由WiFi无线摄像头和配套监控软件组成。视频监控可为安防系统、资产出入库、人员出入情况提供查询依据。在教室前后门口各安装一个WiFi无线摄像头监控人员出入和资产出入库情况，在教室内安装一个WiFi无线摄像头监控教室内部实时情况，所采集影像经由远端射频单元传送至终端管理电脑，提供实时监控数据。序号系统名称设备名称1物联网工程信息平台套件光载无线交换机远端射频单元有线交换机模块1U服务器光载无线网络管理软件2教学系统台式电脑功放音箱无线麦克拾音器问答器教学软件3LED显示系统LED面板LED显示管理软件4人员考勤系统高频标签WiFi设备服务器物联网人员管理软件高频RFID读卡器5资产管理系统特高频读卡器纸质标签抗金属标签WiFi设备服务器物联网仓储物流管理软件6灯光控制系统光照传感器人体传感器WiFi设备服务器灯光控制系统窗帘控制系统物联网智慧家居管理软件7空调控制系统温湿度传感器WiFi设备服务器中央空调电源控制器立式空调空调控制系统软件8门窗监视系统门磁模块安防主机报警系统主机门窗监控系统软件9通风换气系统抽风机CO2传感器通风换气管理软件10视频监控系统WiFi摄像头物联网视频监控管理软件四、试验项目该试验方案能够完成物联网网络层、应用层和传感层课程试验和综合试验，同时支持在此平台下，开展科研训练、复杂综合设计试验、毕业设计及创新试验，下表列出了基础试验项目：试验项目表物联网试验方案设备试验序号试验项目物联网工程信息平台套件试验1有线局域网组网试验试验2无线局域网组网试验试验3有线和无线局域网混合组网试验试验4物联网工程信息平台测试试验试验5无线信号分布试验试验6物联网信息平台管理和配置试验试验7感知层认知试验试验8网络层传输试验试验9感知层网络层接口试验试验10网络层应用层接口试验试验11应用层编程试验试验12WiFi无线传感器试验-温湿度传感器试验13WiFi无线传感器试验-光照度传感器嵌入式试验试验14温湿度传感器数据采集试验试验15光照度数据数据采集试验试验16温湿度传感器数据通信试验试验17光照度数据通信试验 WIFI设备服务器试验18WiFi设备服务器管理和配置人员考勤系统试验19高频RFID应用试验试验20人员考勤系统设计试验资产管理系统试验21特高频RFID应用试验试验22货物盘点系统设计试验智慧照明系统试验23物联网智慧灯光控制系统应用试验试验24物联网智慧灯光控制系统开发实训视频监控系统试验25物联网视频监控应用实训试验26物联网视频监控系统开发实训空调控制系统试验27试验室空调控制系统应用实训试验28物联网空调控制系统开发实训串联控制系统试验29试验室窗帘控制系统应用实训试验30试验室窗帘控制系统开发实训综合试验31物联网人员管理应用实训试验32物联网物资管理应用实训试验33物联网人员物资管理系统开发实训试验34物联网综合应用开发实训试验35数据服务器管理和配置试验试验36物联网数据网关（中间件）设计实训试验37物联网网络编程试验试验38物联网远程控制试验（B/S模式）试验39物联网远程控制试验（C/S模式）