物聯網技術下的智能教室實現方案

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摘要：針對校園信息化建設目標，本文提出基于物聯網技術的智能教室建設，能夠提高校園教室管理水平。系統(tǒng)通過傳感器實現教室環(huán)境數據采集，通過控制器芯片實現設備控制，通過WiFi技術實現數據傳輸，通過藍牙技術實現終端數據監(jiān)測，實現教室科學化、智能化管理。

關鍵詞：物聯網；智能教室；信息化建設

引言

隨著信息技術的不斷發(fā)展，物聯網技術應運而生，物聯網給人們的生活帶來了便利[1]。物聯網技術在校園信息化建設中發(fā)揮了重要的作用，能夠豐富教學方式、優(yōu)化教學管理、減少學校資源浪費，實現教室智能化管理。本文針對校園信息化建設目標，運用物聯網技術，通過微控制器實現智能控制和數據采集，通過上位機實現數據分析和數據展示，通過物聯網技術實現新型的信息化教學和智能教室管理手段，旨在推進學校信息化建設。

1系統(tǒng)設計方案

1.1系統(tǒng)需求

環(huán)境采集模塊：利用傳感器實現室內溫濕度、CO2濃度、光照強度、室外雨水強度等數據的采集，通過ZigBee、WiFi和藍牙技術實現數據的存儲與實時展示。設備控制模塊：實現對教室智能鎖、電燈、投影儀、空調、窗戶和窗簾的智能控制。對于終端控制智能鎖的開閉，電燈能夠根據教室是否有人實時開閉，終端能夠控制投影儀的開閉，空調能夠根據室溫自動制冷或制熱，窗戶能夠根據室外天氣自動開閉，窗簾能夠根據外界光線強度自動開閉。能耗監(jiān)測模塊：對教室電器設備用電數量進行檢測，記錄電器使用能耗，根據監(jiān)測數據實現用電設備的安全管理，防止電器長時間運行對電路造成負載。

1.2數據存儲方案

系統(tǒng)涉及的基礎數據通過傳感器自帶協議獲取，對于需要在LCD顯示屏或終端上實時顯示的數據，傳感器與控制器間通過串口、I2C和SPI等協議實現數據傳輸，終端通過藍牙或WiFi實現與控制器間的數據傳輸。對于歷史數據的查詢與分析，本系統(tǒng)利用傳感器和電表通過組態(tài)軟件將數據傳送到遠程數據庫中，由終端通過HTTP協議或WebService協議實現對數據庫的操作。

1.3系統(tǒng)硬件設計

控制器根據采集到的數據實時控制教室設備的運行狀態(tài)，利用控制器將采集到的數據顯示在LCD顯示屏，利用串口協議、C#語言將傳感器采集到的數據存儲在數據庫中供上位機或APP查詢與分析，利用WiFi模塊實現終端的實時控制。系統(tǒng)硬件總體框如圖1所示。

1.3.1空調控制硬件電路控制器選用51系列單片機，溫度檢測部分包含數字溫度傳感器DS18B20和RTC時鐘S35190A，采用24LC02實現溫度存儲，利用LCD顯示實時溫度，控制器編寫程序實現根據溫度控制空調的制冷或制熱。空調控制電路如圖2所示。

1.3.2窗戶控制硬件電路通過窗戶外雨滴傳感器獲取模擬量數據，經過AD轉換芯片送入處理器，處理器根據轉換的數字量識別窗外的情況，通過控制器控制步進電機實現窗戶的自動打開與關閉，由LCD顯示屏顯示當前雨滴傳感器的數據。窗戶控制電路如圖3所示。

1.3.3窗簾控制硬件電路通過光敏電阻在外界光線強度變化下的阻值改變情況，使得輸出電壓發(fā)生變化，變化的電壓信號通過AD轉換芯片，將模擬量轉換為數字量，進而輸入到單片機處理器，控制步進電機的正轉與反轉，實現窗簾的打開與關閉，由LCD顯示屏顯示當前窗簾的狀態(tài)。窗簾控制電路如圖4所示。

1.3.4無線數據傳輸智能終端通過藍牙模塊實現與單片機之間的數據傳輸，采用HC-06嵌入式藍牙串口通信模塊，通過該模塊實現與終端設備的連接，實現兩個模塊之間的數據互通，終端編寫程序控制協議，設置對應波特率、工作方式等。數據傳輸硬件電路如圖4所示。

1.3.5終端數據分析終端通過HTTP協議獲取遠程數據庫數據，通過終端實現對環(huán)境、設備參數的歷史數據查詢，實現對電表用電數據分析，通過智能分析實時保護設備運行和教室用電安全。

1.4系統(tǒng)軟件設計

1.4.1單片機程序設計單片機程序設計采用Keil5平臺，使用C語言編程實現傳感器數據的采集和設備的控制。

1.4.2終端程序設計使用C#語言編程開發(fā)上位機，通過上位機將傳感器獲得的數據轉存到遠程數據庫中，使用Java語言編程實現Android平臺的開發(fā)，通過Android平臺對數據進行查詢與分析，對設備進行控制。

2結語

綜上所述，利用傳感器模塊、控制器模塊和終端模塊實現智能教室，能夠提升學校的信息化管理水平。本文使用單片機作為控制器，并結合多種傳感器及硬件模塊，實現對傳感器數據的采集并實時顯示，實現對電燈、投影儀和空調等設備的控制，將WiFi和藍牙模塊作為數據傳輸載體，實現數據之間的傳輸和終端對設備的遠程控制。由于ZigBee具有低成本、低耗電和支持大量網上節(jié)點等優(yōu)點，要實現整個學校智能教室互聯，可以通過ZigBee無線通信技術實現各個節(jié)點的數據傳輸與整合。總之，學校智能教室的實現為學校信息化發(fā)展及學校安全管理等方面提供了有力的支持。

參考文獻

[1]韓宇翃,林蜜蜜,寇一菲.AIED趨勢下智能教室設計及教學模式探索與構建[J].藝術教育,2019(3):172-174.

作者：陳浩 胡兆鵬 楊雨薇 李秀靜 單位：南通理工學院