智慧教室建設(shè)方案

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(dòng)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?，F(xiàn)行的教學(xué)過(guò)程中，傳統(tǒng) 的簽到環(huán)節(jié)、疑問(wèn)確認(rèn)環(huán)節(jié)、提問(wèn)互動(dòng)環(huán)節(jié)、課堂小測(cè)試環(huán)節(jié)存在諸多問(wèn)題。簽 到過(guò)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(jì)；提問(wèn)互動(dòng)環(huán)節(jié)和課堂小測(cè)試的環(huán)節(jié)中， 教師給出簡(jiǎn)單項(xiàng)選擇擇后，學(xué)生舉手或者口頭 答復(fù)，不能獲得準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，教師只能根據(jù)大體情況來(lái)判斷是否進(jìn)行教學(xué)， 沒(méi)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(jì)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(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(lái)了新的機(jī)遇。1.2智慧教室主要用途智慧教室設(shè)備能夠表達(dá)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層，運(yùn)用 傳感器、射頻識(shí)別RFID等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過(guò)可能的網(wǎng)絡(luò)如基于WIFI的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)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(duì)物品的智慧化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理。同時(shí)，智慧教室還能滿(mǎn)足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的物聯(lián)

3、網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無(wú)線(xiàn)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(jì)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)用工程開(kāi)發(fā)提供平臺(tái)。使學(xué)生通過(guò)智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)根底理論、物理信息系統(tǒng) 標(biāo)識(shí)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(shí)，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(zhuān)業(yè)知識(shí)，具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng) 的開(kāi)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(tái)方案智慧教室以物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺(tái)為根底，以光載無(wú)線(xiàn)交換機(jī)為核心，構(gòu)建 WiFi無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，覆蓋智慧教室，加上教室的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、

4、網(wǎng)絡(luò)路由器, 從而建立融合有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、 無(wú)線(xiàn)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)模塊 WiFi設(shè)備效勞器串口通信RS232專(zhuān)WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)接入物 聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺(tái)， 構(gòu)成全面涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的一個(gè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)。同時(shí)，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(wú)線(xiàn) 接入該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一局部 ; 師生教學(xué)、科研實(shí)踐開(kāi)發(fā)的其 它感知模塊，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的 WiFi 設(shè)備效勞器連接，也能輕易接入該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 完成測(cè)試、驗(yàn)證。2.1 光載無(wú)線(xiàn)交換機(jī)及其分布式天線(xiàn)系統(tǒng)光載無(wú)線(xiàn)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的核心 產(chǎn)品

5、，用于實(shí)現(xiàn) WiFi 無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)的遠(yuǎn)距離、大范圍的光纖分布，是物聯(lián)網(wǎng)無(wú) 線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分布的主要分布方式。光載無(wú)線(xiàn)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(xiàn)布線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)交換 機(jī)連接，接入學(xué)校電腦網(wǎng)絡(luò)。光載無(wú)線(xiàn)交換機(jī)內(nèi)置 2個(gè)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(hào)處理都集中在光載無(wú)線(xiàn)交換機(jī)內(nèi) ，通過(guò) 模擬光纖鏈路將 WiFi 射頻信號(hào)分布到智慧教室內(nèi)， 完成智慧教室的 WiFi 無(wú)線(xiàn)覆 蓋，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備和各類(lèi) WiFi 終端接入統(tǒng)一的 WiFi 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)， 構(gòu)成整體物聯(lián)網(wǎng) 工程平臺(tái)。2.2 物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)效勞器為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的統(tǒng)一管理、 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備等管控、 以

6、及開(kāi)展 功能復(fù)雜的綜合設(shè)計(jì)和科研工程，在智慧教室的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜里配置一臺(tái)效勞器。該效勞器安裝系統(tǒng)軟件， 及物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)的效勞器端軟件， 提供本地、 或 遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)效勞，并實(shí)施對(duì)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(jì)方案述智慧教室基于光載無(wú)線(xiàn)交換機(jī)為核心，建成一個(gè)綜合型的物聯(lián)網(wǎng)共享平臺(tái)， 所有的設(shè)備系統(tǒng)均可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模塊 WiFi 設(shè)備效勞器無(wú)線(xiàn)接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息 平臺(tái)，通過(guò)效勞器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設(shè)備 ; 同時(shí)，我們提供教室智慧 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖，開(kāi)放足夠多的端口和豐富、 完善的接口函數(shù)以及二次開(kāi)發(fā)包， 為教師、學(xué)生提供了一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境平臺(tái)去學(xué)習(xí)和研究。列圖1是【融智興華】智慧教

7、室拓?fù)鋱D：圖1智慧教室總體框圖該實(shí)驗(yàn)室建成一個(gè)綜合型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，用于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究， 以及教師開(kāi)展科學(xué)研究。首先通過(guò)讀取人員考勤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來(lái)判斷教室內(nèi)是否有 人員，如果教室內(nèi)無(wú)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(gè)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(wú)線(xiàn)麥克、 拾音器、問(wèn)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(wú)塵教學(xué)， 保護(hù)師生的健康，可在投影畫(huà)面上可以操作電腦，在每個(gè)桌位上配置問(wèn)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(chēng)、專(zhuān)業(yè)班級(jí)、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(mén)各安裝一個(gè) RFID考勤機(jī)，采用RFID標(biāo)簽校園一通對(duì)學(xué)生 進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)， 對(duì)進(jìn)入教室的人員進(jìn)行身份識(shí)別， 對(duì)合法用戶(hù)進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)， 對(duì) 非法用戶(hù)進(jìn)行告警。同時(shí)可通過(guò) WiFi 無(wú)線(xiàn)覆蓋，在遠(yuǎn)程對(duì)考勤情況的監(jiān)控，統(tǒng) 計(jì)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(mén)各安裝

9、一個(gè)特高頻讀卡器， 對(duì)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(chǔ)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(duì)未授權(quán)用戶(hù)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(duì)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(guò)人體傳感器來(lái)判斷教室內(nèi)對(duì)應(yīng)位置是否有人， 此位置無(wú)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(guò)采集安裝在窗戶(hù)的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè) 門(mén)限值，以窗簾自動(dòng)開(kāi)、關(guān)來(lái)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

10、在教室內(nèi)的光照傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)， 根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，來(lái)控制教室內(nèi)燈光的自動(dòng)開(kāi)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(guò)溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度， 通過(guò)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(mén)限值時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)。 當(dāng)室內(nèi)溫濕度低于最底門(mén)限值時(shí)自動(dòng)關(guān) 閉空調(diào)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動(dòng)控制。3.7門(mén)窗監(jiān)視系統(tǒng)門(mén)窗監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶(hù)門(mén)磁模塊及配套軟件組成窗戶(hù)門(mén)磁模塊用于檢測(cè)門(mén)和窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時(shí)上傳至效勞器。同時(shí)設(shè)置敏感時(shí)段，實(shí)施對(duì)窗戶(hù)的自動(dòng)監(jiān)視和報(bào)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(jī)、co傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。通過(guò)co傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)的co濃度，通過(guò)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(mén)限值時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行換氣，通過(guò)補(bǔ)充室外空氣來(lái)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(wú)線(xiàn)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(kù)、人員出入情況提供查詢(xún)依據(jù)。在教室前后門(mén)口各安裝一個(gè) WiFi無(wú)線(xiàn)攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫(kù) 情況，在教室內(nèi)安裝一個(gè) WiFi無(wú)線(xiàn)攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實(shí)時(shí)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(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。序號(hào)1系統(tǒng)名稱(chēng)物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺(tái)套件設(shè)備名稱(chēng)

12、光載無(wú)線(xiàn)交換機(jī) 遠(yuǎn)端射頻單元有線(xiàn)交換機(jī)模塊1U效勞器光載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理軟件臺(tái)式電腦功放音箱2教學(xué)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)麥克拾音器問(wèn)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(biāo)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(mén)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(biāo)簽抗金屬標(biāo)簽WiFi設(shè)備效勞器物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)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(mén)磁模塊安防主機(jī)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)門(mén)窗監(jiān)控系統(tǒng)軟件抽風(fēng)

13、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)工程該實(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)，同時(shí)支持在此平臺(tái)下，開(kāi)展科研訓(xùn)練、復(fù)雜綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)，下表列出了根本的實(shí)驗(yàn)工程：實(shí)驗(yàn)工程表物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)備實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)工程實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)3有線(xiàn)局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)混合組網(wǎng)實(shí)驗(yàn) 物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺(tái)測(cè)試實(shí)驗(yàn) 無(wú)線(xiàn)信號(hào)分布實(shí)驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)的管理與配置實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)6物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺(tái)套件實(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

14、程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)12WiFi無(wú)線(xiàn)傳感器實(shí)驗(yàn)-溫濕度傳感器實(shí)驗(yàn)13WiFi無(wú)線(xiàn)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)嵌入式實(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)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)備效勞器實(shí)驗(yàn)18WiFi設(shè)備效勞器管理與配置人員考勤系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)19高頻RFID應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)20人員考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)資產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)21特高頻RFID應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)22貨物盤(pán)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)智慧照明系統(tǒng)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)實(shí)驗(yàn)24物聯(lián)網(wǎng)智慧燈光控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)25物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)26物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)空調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)