智慧校园物联网系统功能模块设计的对策

摘要：为了更好地利用物联网的技术优势全面提高高校教室的计算机化水平，文章探讨了一种科学管理教室的信息系统，将最新的物联网技术与传统的高校教室管理相结合，通过分析高校智慧教室系统的功能需求，提出系统设计方案，对系统架构、网络架构、功能模块等进行详细设计，以构建智慧教室物联网系统。

关键词：信息技术;教室管理;智慧教室;网络系统;高校物联网

在物联网等新技术持续创新和发展的背景下，高校教室管理逐渐呈现出信息化和系统化的发展趋势。高校教室的计算机化管理水平直接决定了高校教育资源的利用水平，这就是高校教育的多样性，是教育繁荣的重要基础。智慧教室通常是指基于新的教学工具（尤其是高科技软件、软件技术的应用）创建智慧的教室管理系统。为了充分利用物联网的技术优势并全面提高高校教室的信息水平，有种方法可以将最新的互联网技术与传统的高校教室管理模型有机地结合在一起。即基于物联网技术的智慧教室信息管理系统，可以全面提高教室管理效率，真正体现教室的综合价值，创建更好的教学环境。

1、智慧教室物联网系统功能需求分析

智慧教室是指可以反映教室智能的教室，利用先进的软件和硬件设备来智能化管理教室，并提供便捷的资源访问和获取服务，为教学提供技术支持。基于物联网的高校智慧教室是将真实的教室、物联网、智能设备融合为一体，为教师，教职员工、学生提供全面的教学资源的快速感知、获取服务。具体来说，它基于物联网技术。高校智慧教室的功能需求如下

1.1 视频监控预警

在智慧教室中安装视频监视摄像机。智慧教室管理人员始终可以使用台式机、移动设备实时监视每个智慧教室，包括智慧教室的教师学生的活动情况，在智慧教室中发现可疑活动时，实时视频监控可以提供实时警报和捕获视频记录的功能，可以将信息反馈给管理人员。 1.2 远程控制

智慧教室均设置了传感器设备，以检测智慧教室中的温度，湿度、光线强度等参数，还可以智能地控制教室门窗、灯光、空调、电源和其他设备。例如，可以将智慧教室的电源设置为从上午7点到晚上10点正常运行，而门禁系统只能由具有相应权限的人员使用。系统会在后台实时记录电源的开闭时间和详细的人员信息，实现师生智能化考勤。同时可以远程控制多媒体教学机上的开关，以满足教学需求。 1.3 智能化设备管理

射频识别技术可用于智能管理智慧教室中各种设备的基本信息和维护状态。智慧教室中的每个设备都有一个统一的编号，以方便进行固定资产的管理。同时还可以有效防止设备被盗窃。在每个智慧教室的门上安装RFID传感器天线。如果设备被非法带出智慧教室，则传感器天线会立即获取相关信息并发出警报，以确保设备安全。 1.4 无线通讯功能

师生、智慧教室应用系统和远程监控/报警平台需要进行无线通信，确保通信的便利性。 1.5 常规功能

师生可以使用各种设备（例如台式机、笔记本电脑、智能手机）访问智慧教室。管理员可以远程访问和监视智慧教室中的各种设备，学生可以访问多个智慧教室以确定要开展学习的智慧教室。还可以收集智慧教室中的实时动态并将其存储在服务器上，以供相关人员随时查看。

2、智慧教室物联网系统架构设计

高校智慧教室物联网应用系统的功能部门通过控制逻辑进行联动。应用程序接口和扩展接口需要预留，以便系统能够巩固提供合理且可扩展的多应用程序系统架构，如图1所示。

物联网应用系统架构主要包括终端层、室内监控层、中间层以及物理层。其中，软件平台贯穿这四层架构。 2.1 面向服务的终端层

该层旨在为用户提供决策服务、数据服务。一方面，终端层连接到软件平台以获取数据服务并发送服务请求。另一方面，提供与下一层的交互接口，用户可以通过移动设备，计算机和其他设备通过交互接口连接到室内监控层、中间层，

还可以通过用于数据识别，数据挖掘和智能控制的软件平台实现跨层交互。连接计算机，无线访问点，各种传感器设备，门窗和其他自动控制设备以进行智能控制。 2.2 面向应用的室内监控层

该层主要用于智能识别室内环境、进行室内照明、门窗、教育设备的智能控制。 2.3 面向数据的中间层

该层为系统应用程序平台提供了各种数据存储管理和数据传输支持。可以为用户提供信息服务的数据支持，例如感知数据、多媒体数据，室内设备智能控制数据和决策数据。 2.4 面向硬件的物理层

该系统通过将各种设备与现有设备结合部署来提供硬件支持，提供数据源和智能控制响应，从而满足智慧教室的管理需求。

3、智慧校园物联网系统功能模块设计

3.1 教学模块

教学模块包括具有内置电子白板功能的触摸投影仪一体机，功率放大器，扬声器，无线麦克风，拾音器，问答装置以及辅助控制软件。使用具有内置电子白板功能的触摸投影仪，可以用无尘教学代替传统的黑板教育，保护教师和学生

的健康。可以在投影屏幕上操作计算机，以使教师和学生可以进行交互式课堂教学。 3.2 LED显示模组

LED显示模块通过LED面板连接在一起，并安装在教室的黑板上方，以显示教室传感器收集的环境数据、专业班级、教师、出勤率、班级名称等信息。 3.3 环境感知和控制模块

环境感知模块是高校智慧教室物联网应用系统的数据源和核心联动控制功能。将各种环境数据监视传感器（例如温度，湿度，二氧化碳浓度，辐射和光强度）布置在教室中，以通过无线网络和通信技术实现数据收集，数据传输，数据存储等。利用WIFI,Zigbee等通信组网技术为实时监控室内环境和智能控制室内设备奠定技术基础，该模块的主要功能包括；

3.3.1 感知教室环境相关数据

根据部署的传感器的类型可以收集多种类型的室内数据以实时监视教室环境，并为更高级别的应用程序和服务提供数据查询，传输和存储服务。软件平台提供上述操作界面和接口。

3.3.2 智能控制管理

相应的室内环境参数的评估级别阈值或机制是由用户根据实际环境的变化来设置的。在物联网应用系统的日常运行

中需要实时评估室内环境和系统运行质量。如果室内环境的检测值超出正常范围，则应用系统将采取一系列安全措施，例如预警和报警。日常检测数据用作智能控制各种室内设备的基本参考。

3.3.3 智能监控照明、门窗、教学设备

这部分功能是在高校的智慧教室中实现智能控制的关键。基于无线感应、网络通信、智能感知、中继控制等技术，可以对教室的照明，门窗和教学设备进行实时智能监控。实践中应根据室内设备的控制要求灵活调整。例如，室内照明控制模块通常需要照明控制器，光强度传感器和相应软件。在室内设备控制的日常工作中采用智能控制模式的同时需要配备手动控制模式。通过在不同设备，传感器和设备之间以软件平台为中心的协作体系结构，将智能控制和系统故障自检结合在一起。另外，为了对高校教室的照明设备进行智能控制，在软件平台上提供易用的系统和操作界面，以便用户可以自动控制照明。

3.3.4 空调或换气扇智能开启与调节

为保持教室的空气质量并提高室内教学的效率，高校教室通常会安装换气扇、电风扇或空调。智慧教室物联网系统可以实现智能控制教室中安装的空调或换气扇，采集来自教室中的二氧化碳、一氧化碳以及其他气体检测传感器的实时监

控数据，将数据提供给上一层。同时，根据气体浓度确定通风系统的开关和运行时间，从而使教室始终保持空气新鲜。 3.3.5 环境监控评价和系统状态显示

向用户实时显示教室环境监控和评估质量以及系统运行信息，有助于用户了解室内环境。因此，通常用于显示教育信息的显示屏或屏幕以及其他设备包括课程名称，专业班级，班主任，出勤率，教室中的环境数据信息以及照明，门和包括开着的窗户和室内设备（例如空调）的工作条件。诸如打开状态的具体功能设计如下。 (1）显示设备的尺寸和内容布局

从服务器读取数据，例如教室的智能感知数据，并将实际的显示设备大小与数据挖掘分析结果结合在一起，以优化显示布局结构。 (2）画面组合功能

使用较大的屏幕尺寸和分辨率设计屏幕拆分和组合方案，并根据不同的拆分和组合方案设计屏幕分配和切换功能的步骤。

(3）档案管理指导

根据教学记录，将所收集的信息记录在服务器上，并且同时以表的形式显示在显示设备上，同时可以响应来自移动设备（例如手机）的查询请求。 3.4 终端设备管理

设计系统时，首先需要确定可以访问物联网应用程序系统和数据结构的终端的类型，保存应用程序数据格式统一，终端使用分布式请求/响应管理模式。 3.5 室内设备管理与安全

室内设备管理的日常情况由系统本身控制。发生故障时，将通知指定的管理员，并且设备将及时关闭，并且不会用于避免重大损坏。另外，当管理员进入系统以查看设备的运行状态和故障检测信息时，将验证用户的身份并加密和传输相应的数据。

4、结束语

综上所述，基于物联网技术开发和设计用于高校教室科学管理的专用信息系统。实现了物联网与教学的最佳整合，并为教师和学生创造了最佳的课堂教学环境。创造良好的教育环境为提高教学效率做出重要贡献。基于物联网技术的智慧教室管理系统可以有效提高高校课堂教学的质量。

参考文献:

[1]周恩浩.高校智慧教室物联网系统设计与实现[J].现代电子技术,2018,41(02);38-41.

[2]雷妍,朱旭涛.基于物联网的高校智慧教室系统设计[J].通信与信息技术,2019(3):62-63+68.

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