基于WiFi控制的智能教室

馬德海

摘 要：隨著電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化是當今社會必然的發(fā)展方向。利用機械電子裝置控制桌椅自動布置，門窗根據(jù)環(huán)境而自動開關(guān)，天花板上的照明系統(tǒng)自動調(diào)整亮度，自動滅火裝置按需消除險情，中控系統(tǒng)監(jiān)測控制整個教室的運行情況。本文對基于WiFi控制的智能教室的設(shè)計方案以及設(shè)計創(chuàng)新點進行分析。

關(guān)鍵詞：智能化 人性化 wifi 手機app

中圖分類號：G481 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）20-00-02

當下是信息化、智能化的時代，人類的生活方式也發(fā)生著巨大的變化，對于自身生活有了更高層次的追求。就高校而言，高校教室是師生進行學習生活的重要場所，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的環(huán)節(jié)。然而現(xiàn)階段普遍高校的教學設(shè)施還基本停留在傳統(tǒng)的教學設(shè)施下，已不能達到現(xiàn)代化的教學需求。智能教室系統(tǒng)作為一種新型的教學空間和現(xiàn)代化教學設(shè)施，分別從有一定自由度的機械結(jié)構(gòu)和智能化電路控制方面進行了創(chuàng)新設(shè)計，一定能給現(xiàn)今傳統(tǒng)的教育行業(yè)帶來了新的機遇。

1 智能教室設(shè)計方案

智能教室總體方案考慮了門窗、地板、天花板的設(shè)計，由教室內(nèi)部中空板統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，中控板上安裝有WiFi信號收發(fā)模塊，可以遠距離由手機軟件控制，可以很好地實現(xiàn)遠程人機交互功能。

圖1 智能教室整體裝配圖

圖2 教室內(nèi)部渲染圖

1.1 可智能識別的門禁系統(tǒng)：在教室門上加裝門禁系統(tǒng)，當門禁被正確打開時智能教室自動開啟該教室系統(tǒng)電源（滅火系統(tǒng)和門窗系統(tǒng)單獨供電）。例如，教師在門禁系統(tǒng)識別區(qū)刷教師卡，中控系統(tǒng)分析識別該教師在此時間段是否被允許進入教室，如果識別允許，教室門自動打開并開啟教室系統(tǒng)電源。

1.2 總控制講臺：在教室墻壁上設(shè)計中控臺，使用教師卡即可啟動操作。此中控臺可以控制教室桌椅的升降排數(shù)，按照相應(yīng)學生人數(shù)進行升降，可防止學生往后排坐，提高授課質(zhì)量。也可對窗戶的開閉狀態(tài)和投影儀黑板位置進行控制。

1.3 可升降學生桌椅（圖3）[1]：利用機械結(jié)構(gòu)（剪叉式升降機構(gòu)），可以將學生桌完全降到地板以下，桌椅降下地板后，教室處于完全空曠狀態(tài)，此時可用于實踐、討論、活動場所。教具及電腦可嵌入桌體和桌面中，實現(xiàn)了節(jié)約空間、一個教室多重利用的目的，以此形成地板桌面一體化的可升降學生桌結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理按照國家標準統(tǒng)一設(shè)計，仿真實驗所用軟件為SolidWorks，并且對模型進行了運動算例分析，其所選材料強度剛度、變形量、相對位移、抗疲勞度都符合設(shè)計要求。

圖3 學生桌裝配圖

1.4 自動開閉教室窗戶：在教室窗戶上安裝傳感器，監(jiān)測是否下雨及室內(nèi)空調(diào)是否開啟，若下雨或空調(diào)開啟，則窗戶自動關(guān)閉。此時教室學生也可手動打開窗戶，手動打開時，計時器開始計時，當達到設(shè)定時間后窗戶再次自動關(guān)閉，以防止教室遭到雨水破壞，也可以節(jié)約空調(diào)的資源浪費。

1.5 智能化天花板（圖4）：在天花板上適當距離安裝相應(yīng)傳感器以及LED燈，監(jiān)測是否有人在教室，并按照學生分布情況自動開啟或關(guān)閉照明范圍。當一個區(qū)域沒有教師學生活動時，一定時間后自動關(guān)閉照明燈。且在天花板安裝網(wǎng)狀軌道，在軌道上承載電扇和投影儀等裝置，這些裝置均可沿軌道在天花板上按需移動。

圖4 天花板渲染圖

1.6 自動滅火裝置：由煙霧傳感器和熱度傳感器配合檢測是否有火源及火源面積，當達到人為設(shè)定值時，教室自動報警，并通過WiFi和手機App把報警信息發(fā)往相應(yīng)手機，機主可以通過手機了解教室狀況并啟動相應(yīng)操作。若一定時間后無操作，智能教室將啟動自動滅火裝置自動滅火。

1.7 WiFi控制模塊[4]

從理論和實踐的角度，深入了解無線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的核心概念以及無線網(wǎng)絡(luò)信息交換處理，并將此方案編入智能教室底層代碼，在相應(yīng)的手機里植入App軟件，教室管理員可通過手機遠程操控智能教室，了解智能教室實時狀況。WiFi收發(fā)模塊為EMW3160閃電套件[6]，該套件是上海慶科信息技術(shù)有限公司出產(chǎn)的WiFi開發(fā)板套件，套件包括EMB-380-S2評估板以及物聯(lián)網(wǎng)WiFi模塊。通過遠程控制手機門窗開關(guān)、桌椅升降、空調(diào)開關(guān)等實時狀態(tài)，以此到達遠距離操控目的。

示意圖：

2 智能教室設(shè)計創(chuàng)新點

2.1 運用WiFi控制整個教室各個模塊狀況。

2.2 減少教師上課交接鑰匙等煩瑣事項，實現(xiàn)教師卡一卡多用功能。

2.3 教室控制板及伸縮學生桌的使用，大量減少教室裸露電源線的使用，使教室簡潔明了，一室多用，操控更加便捷。

2.4 智能窗戶可以全面防止外界條件干擾教室環(huán)境，損壞教具。也可以防止空調(diào)制冷、制熱資源浪費，節(jié)省電能。

2.5 天花板上安裝傳感器，可以時時監(jiān)測教室安全，出現(xiàn)異常自動響應(yīng)報警滅火裝置。LED照明省電，移動的風扇使師生更加舒適。

控制程序利用以上主程序，調(diào)用門禁系統(tǒng)、桌椅升降、自動滅火等程序進行控制。以達到智能化目的。

3 結(jié)語

智能教室設(shè)計方案運用范圍極廣，適用于各階段的教學，大大提升了各校的教室利用率，符合各類教室的教學要求，具有較強的可靠性和穩(wěn)定性，成本相對低廉，原理簡單，耗能較小。該教室設(shè)計方案可有效提高教學質(zhì)量，正好順應(yīng)了教學改革的要求而且使安全得到了更有力的保障，更加人性化的實現(xiàn)了機電一體化，為將來實現(xiàn)完全的“夢幻課堂”奠定了路基。

（電子科技大學成都學院，四川 成都611731）

參考文獻：

[1]彭文生.機械設(shè)計與機械原理第二版[M].武漢：華中科技大學出版社.2005.

[2]單輝祖.材料力學（I、II）[M].北京：高等教育出版社.1999.

[3]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社.2002.

[4]麥祖穆德.無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)控制（影印版）[M].北京：科學出版社.2012.

[5]譚浩強.C程序設(shè)計[M].北京：清華大學出版社.2009.endprint

摘 要：隨著電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化是當今社會必然的發(fā)展方向。利用機械電子裝置控制桌椅自動布置，門窗根據(jù)環(huán)境而自動開關(guān)，天花板上的照明系統(tǒng)自動調(diào)整亮度，自動滅火裝置按需消除險情，中控系統(tǒng)監(jiān)測控制整個教室的運行情況。本文對基于WiFi控制的智能教室的設(shè)計方案以及設(shè)計創(chuàng)新點進行分析。

關(guān)鍵詞：智能化 人性化 wifi 手機app

中圖分類號：G481 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）20-00-02

當下是信息化、智能化的時代，人類的生活方式也發(fā)生著巨大的變化，對于自身生活有了更高層次的追求。就高校而言，高校教室是師生進行學習生活的重要場所，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的環(huán)節(jié)。然而現(xiàn)階段普遍高校的教學設(shè)施還基本停留在傳統(tǒng)的教學設(shè)施下，已不能達到現(xiàn)代化的教學需求。智能教室系統(tǒng)作為一種新型的教學空間和現(xiàn)代化教學設(shè)施，分別從有一定自由度的機械結(jié)構(gòu)和智能化電路控制方面進行了創(chuàng)新設(shè)計，一定能給現(xiàn)今傳統(tǒng)的教育行業(yè)帶來了新的機遇。

1 智能教室設(shè)計方案

智能教室總體方案考慮了門窗、地板、天花板的設(shè)計，由教室內(nèi)部中空板統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，中控板上安裝有WiFi信號收發(fā)模塊，可以遠距離由手機軟件控制，可以很好地實現(xiàn)遠程人機交互功能。

圖1 智能教室整體裝配圖

圖2 教室內(nèi)部渲染圖

1.1 可智能識別的門禁系統(tǒng)：在教室門上加裝門禁系統(tǒng)，當門禁被正確打開時智能教室自動開啟該教室系統(tǒng)電源（滅火系統(tǒng)和門窗系統(tǒng)單獨供電）。例如，教師在門禁系統(tǒng)識別區(qū)刷教師卡，中控系統(tǒng)分析識別該教師在此時間段是否被允許進入教室，如果識別允許，教室門自動打開并開啟教室系統(tǒng)電源。

1.2 總控制講臺：在教室墻壁上設(shè)計中控臺，使用教師卡即可啟動操作。此中控臺可以控制教室桌椅的升降排數(shù)，按照相應(yīng)學生人數(shù)進行升降，可防止學生往后排坐，提高授課質(zhì)量。也可對窗戶的開閉狀態(tài)和投影儀黑板位置進行控制。

1.3 可升降學生桌椅（圖3）[1]：利用機械結(jié)構(gòu)（剪叉式升降機構(gòu)），可以將學生桌完全降到地板以下，桌椅降下地板后，教室處于完全空曠狀態(tài)，此時可用于實踐、討論、活動場所。教具及電腦可嵌入桌體和桌面中，實現(xiàn)了節(jié)約空間、一個教室多重利用的目的，以此形成地板桌面一體化的可升降學生桌結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理按照國家標準統(tǒng)一設(shè)計，仿真實驗所用軟件為SolidWorks，并且對模型進行了運動算例分析，其所選材料強度剛度、變形量、相對位移、抗疲勞度都符合設(shè)計要求。

圖3 學生桌裝配圖

1.4 自動開閉教室窗戶：在教室窗戶上安裝傳感器，監(jiān)測是否下雨及室內(nèi)空調(diào)是否開啟，若下雨或空調(diào)開啟，則窗戶自動關(guān)閉。此時教室學生也可手動打開窗戶，手動打開時，計時器開始計時，當達到設(shè)定時間后窗戶再次自動關(guān)閉，以防止教室遭到雨水破壞，也可以節(jié)約空調(diào)的資源浪費。

1.5 智能化天花板（圖4）：在天花板上適當距離安裝相應(yīng)傳感器以及LED燈，監(jiān)測是否有人在教室，并按照學生分布情況自動開啟或關(guān)閉照明范圍。當一個區(qū)域沒有教師學生活動時，一定時間后自動關(guān)閉照明燈。且在天花板安裝網(wǎng)狀軌道，在軌道上承載電扇和投影儀等裝置，這些裝置均可沿軌道在天花板上按需移動。

圖4 天花板渲染圖

1.6 自動滅火裝置：由煙霧傳感器和熱度傳感器配合檢測是否有火源及火源面積，當達到人為設(shè)定值時，教室自動報警，并通過WiFi和手機App把報警信息發(fā)往相應(yīng)手機，機主可以通過手機了解教室狀況并啟動相應(yīng)操作。若一定時間后無操作，智能教室將啟動自動滅火裝置自動滅火。

1.7 WiFi控制模塊[4]

從理論和實踐的角度，深入了解無線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的核心概念以及無線網(wǎng)絡(luò)信息交換處理，并將此方案編入智能教室底層代碼，在相應(yīng)的手機里植入App軟件，教室管理員可通過手機遠程操控智能教室，了解智能教室實時狀況。WiFi收發(fā)模塊為EMW3160閃電套件[6]，該套件是上海慶科信息技術(shù)有限公司出產(chǎn)的WiFi開發(fā)板套件，套件包括EMB-380-S2評估板以及物聯(lián)網(wǎng)WiFi模塊。通過遠程控制手機門窗開關(guān)、桌椅升降、空調(diào)開關(guān)等實時狀態(tài)，以此到達遠距離操控目的。

示意圖：

2 智能教室設(shè)計創(chuàng)新點

2.1 運用WiFi控制整個教室各個模塊狀況。

2.2 減少教師上課交接鑰匙等煩瑣事項，實現(xiàn)教師卡一卡多用功能。

2.3 教室控制板及伸縮學生桌的使用，大量減少教室裸露電源線的使用，使教室簡潔明了，一室多用，操控更加便捷。

2.4 智能窗戶可以全面防止外界條件干擾教室環(huán)境，損壞教具。也可以防止空調(diào)制冷、制熱資源浪費，節(jié)省電能。

2.5 天花板上安裝傳感器，可以時時監(jiān)測教室安全，出現(xiàn)異常自動響應(yīng)報警滅火裝置。LED照明省電，移動的風扇使師生更加舒適。

控制程序利用以上主程序，調(diào)用門禁系統(tǒng)、桌椅升降、自動滅火等程序進行控制。以達到智能化目的。

3 結(jié)語

智能教室設(shè)計方案運用范圍極廣，適用于各階段的教學，大大提升了各校的教室利用率，符合各類教室的教學要求，具有較強的可靠性和穩(wěn)定性，成本相對低廉，原理簡單，耗能較小。該教室設(shè)計方案可有效提高教學質(zhì)量，正好順應(yīng)了教學改革的要求而且使安全得到了更有力的保障，更加人性化的實現(xiàn)了機電一體化，為將來實現(xiàn)完全的“夢幻課堂”奠定了路基。

（電子科技大學成都學院，四川 成都611731）

參考文獻：

[1]彭文生.機械設(shè)計與機械原理第二版[M].武漢：華中科技大學出版社.2005.

[2]單輝祖.材料力學（I、II）[M].北京：高等教育出版社.1999.

[3]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社.2002.

[4]麥祖穆德.無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)控制（影印版）[M].北京：科學出版社.2012.

[5]譚浩強.C程序設(shè)計[M].北京：清華大學出版社.2009.endprint

摘 要：隨著電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化是當今社會必然的發(fā)展方向。利用機械電子裝置控制桌椅自動布置，門窗根據(jù)環(huán)境而自動開關(guān)，天花板上的照明系統(tǒng)自動調(diào)整亮度，自動滅火裝置按需消除險情，中控系統(tǒng)監(jiān)測控制整個教室的運行情況。本文對基于WiFi控制的智能教室的設(shè)計方案以及設(shè)計創(chuàng)新點進行分析。

關(guān)鍵詞：智能化 人性化 wifi 手機app

中圖分類號：G481 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）20-00-02

當下是信息化、智能化的時代，人類的生活方式也發(fā)生著巨大的變化，對于自身生活有了更高層次的追求。就高校而言，高校教室是師生進行學習生活的重要場所，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的環(huán)節(jié)。然而現(xiàn)階段普遍高校的教學設(shè)施還基本停留在傳統(tǒng)的教學設(shè)施下，已不能達到現(xiàn)代化的教學需求。智能教室系統(tǒng)作為一種新型的教學空間和現(xiàn)代化教學設(shè)施，分別從有一定自由度的機械結(jié)構(gòu)和智能化電路控制方面進行了創(chuàng)新設(shè)計，一定能給現(xiàn)今傳統(tǒng)的教育行業(yè)帶來了新的機遇。

1 智能教室設(shè)計方案

智能教室總體方案考慮了門窗、地板、天花板的設(shè)計，由教室內(nèi)部中空板統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，中控板上安裝有WiFi信號收發(fā)模塊，可以遠距離由手機軟件控制，可以很好地實現(xiàn)遠程人機交互功能。

圖1 智能教室整體裝配圖

圖2 教室內(nèi)部渲染圖

1.1 可智能識別的門禁系統(tǒng)：在教室門上加裝門禁系統(tǒng)，當門禁被正確打開時智能教室自動開啟該教室系統(tǒng)電源（滅火系統(tǒng)和門窗系統(tǒng)單獨供電）。例如，教師在門禁系統(tǒng)識別區(qū)刷教師卡，中控系統(tǒng)分析識別該教師在此時間段是否被允許進入教室，如果識別允許，教室門自動打開并開啟教室系統(tǒng)電源。

1.2 總控制講臺：在教室墻壁上設(shè)計中控臺，使用教師卡即可啟動操作。此中控臺可以控制教室桌椅的升降排數(shù)，按照相應(yīng)學生人數(shù)進行升降，可防止學生往后排坐，提高授課質(zhì)量。也可對窗戶的開閉狀態(tài)和投影儀黑板位置進行控制。

1.3 可升降學生桌椅（圖3）[1]：利用機械結(jié)構(gòu)（剪叉式升降機構(gòu)），可以將學生桌完全降到地板以下，桌椅降下地板后，教室處于完全空曠狀態(tài)，此時可用于實踐、討論、活動場所。教具及電腦可嵌入桌體和桌面中，實現(xiàn)了節(jié)約空間、一個教室多重利用的目的，以此形成地板桌面一體化的可升降學生桌結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理按照國家標準統(tǒng)一設(shè)計，仿真實驗所用軟件為SolidWorks，并且對模型進行了運動算例分析，其所選材料強度剛度、變形量、相對位移、抗疲勞度都符合設(shè)計要求。

圖3 學生桌裝配圖

1.4 自動開閉教室窗戶：在教室窗戶上安裝傳感器，監(jiān)測是否下雨及室內(nèi)空調(diào)是否開啟，若下雨或空調(diào)開啟，則窗戶自動關(guān)閉。此時教室學生也可手動打開窗戶，手動打開時，計時器開始計時，當達到設(shè)定時間后窗戶再次自動關(guān)閉，以防止教室遭到雨水破壞，也可以節(jié)約空調(diào)的資源浪費。

1.5 智能化天花板（圖4）：在天花板上適當距離安裝相應(yīng)傳感器以及LED燈，監(jiān)測是否有人在教室，并按照學生分布情況自動開啟或關(guān)閉照明范圍。當一個區(qū)域沒有教師學生活動時，一定時間后自動關(guān)閉照明燈。且在天花板安裝網(wǎng)狀軌道，在軌道上承載電扇和投影儀等裝置，這些裝置均可沿軌道在天花板上按需移動。

圖4 天花板渲染圖

1.6 自動滅火裝置：由煙霧傳感器和熱度傳感器配合檢測是否有火源及火源面積，當達到人為設(shè)定值時，教室自動報警，并通過WiFi和手機App把報警信息發(fā)往相應(yīng)手機，機主可以通過手機了解教室狀況并啟動相應(yīng)操作。若一定時間后無操作，智能教室將啟動自動滅火裝置自動滅火。

1.7 WiFi控制模塊[4]

從理論和實踐的角度，深入了解無線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的核心概念以及無線網(wǎng)絡(luò)信息交換處理，并將此方案編入智能教室底層代碼，在相應(yīng)的手機里植入App軟件，教室管理員可通過手機遠程操控智能教室，了解智能教室實時狀況。WiFi收發(fā)模塊為EMW3160閃電套件[6]，該套件是上海慶科信息技術(shù)有限公司出產(chǎn)的WiFi開發(fā)板套件，套件包括EMB-380-S2評估板以及物聯(lián)網(wǎng)WiFi模塊。通過遠程控制手機門窗開關(guān)、桌椅升降、空調(diào)開關(guān)等實時狀態(tài)，以此到達遠距離操控目的。

示意圖：

2 智能教室設(shè)計創(chuàng)新點

2.1 運用WiFi控制整個教室各個模塊狀況。

2.2 減少教師上課交接鑰匙等煩瑣事項，實現(xiàn)教師卡一卡多用功能。

2.3 教室控制板及伸縮學生桌的使用，大量減少教室裸露電源線的使用，使教室簡潔明了，一室多用，操控更加便捷。

2.4 智能窗戶可以全面防止外界條件干擾教室環(huán)境，損壞教具。也可以防止空調(diào)制冷、制熱資源浪費，節(jié)省電能。

2.5 天花板上安裝傳感器，可以時時監(jiān)測教室安全，出現(xiàn)異常自動響應(yīng)報警滅火裝置。LED照明省電，移動的風扇使師生更加舒適。

控制程序利用以上主程序，調(diào)用門禁系統(tǒng)、桌椅升降、自動滅火等程序進行控制。以達到智能化目的。

3 結(jié)語

智能教室設(shè)計方案運用范圍極廣，適用于各階段的教學，大大提升了各校的教室利用率，符合各類教室的教學要求，具有較強的可靠性和穩(wěn)定性，成本相對低廉，原理簡單，耗能較小。該教室設(shè)計方案可有效提高教學質(zhì)量，正好順應(yīng)了教學改革的要求而且使安全得到了更有力的保障，更加人性化的實現(xiàn)了機電一體化，為將來實現(xiàn)完全的“夢幻課堂”奠定了路基。

（電子科技大學成都學院，四川 成都611731）

參考文獻：

[1]彭文生.機械設(shè)計與機械原理第二版[M].武漢：華中科技大學出版社.2005.

[2]單輝祖.材料力學（I、II）[M].北京：高等教育出版社.1999.

[3]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社.2002.

[4]麥祖穆德.無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)控制（影印版）[M].北京：科學出版社.2012.

[5]譚浩強.C程序設(shè)計[M].北京：清華大學出版社.2009.endprint