基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周永華

摘要 在物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的帶動(dòng)下，教室管理也逐漸呈現(xiàn)出信息化、系統(tǒng)化發(fā)展趨勢(shì)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室系統(tǒng)能夠全面提升教室的信息化水平，為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)造更加良好的環(huán)境。本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開了探討。

【關(guān)鍵詞】智慧教室 物聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)架構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1 智慧教室系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)分層、分布式功能理念為基礎(chǔ)，構(gòu)建功能多樣的信息化管理系統(tǒng)，為中學(xué)智慧教室的建設(shè)與運(yùn)行創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)已有硬件與軟件功能的聯(lián)動(dòng)與融合，并充分保證系統(tǒng)的升級(jí)可能，預(yù)留充足的功能接口滿足系統(tǒng)今后的發(fā)展要求。系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖1所示。

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的中學(xué)智慧教室系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)包含4個(gè)層次，如下所示：

1.1 終端層

這一層次直接與用戶服務(wù)相連，依據(jù)實(shí)際使用過程中的用戶需求來提供針對(duì)性的服務(wù)。終端層的具體功能為：全面聯(lián)通中學(xué)教室中的各個(gè)過媒體設(shè)備以及傳感器等，并通過系統(tǒng)控制中心來完成各個(gè)設(shè)備的智能化控制，最終使得智慧教室實(shí)現(xiàn)高效、快速、順暢的運(yùn)轉(zhuǎn)，為教師和學(xué)生帶來一種全面的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

1.2 室內(nèi)監(jiān)控層

顧名思義，該層設(shè)立的目的就是為系統(tǒng)運(yùn)行提供監(jiān)控層面的支持，比如對(duì)教室內(nèi)燈光、屋門、窗戶以及相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)以及智能化控制，確保教室內(nèi)部溫度、光線等方面的舒適性，為教學(xué)創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的條件，提升學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果。

1.3 中間層

中間層面向數(shù)據(jù)，為智慧教室系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)來提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支撐，比如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析以及傳輸?shù)?，中間層是整個(gè)智慧教室系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.4 硬件層

硬件是與軟件相對(duì)的，硬件層包含著智慧教室系統(tǒng)運(yùn)行所需要的各種硬件設(shè)備，為系統(tǒng)運(yùn)行提供必要的硬件支持。

2 智慧教室系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室系統(tǒng)終端能夠通過多重網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，依據(jù)各個(gè)模塊作用和功能的差異性，本系統(tǒng)設(shè)置有展示模塊、數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊，具體構(gòu)成如圖2。

通過對(duì)中學(xué)教室的實(shí)際需求進(jìn)行分析，運(yùn)用三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來對(duì)智慧教室系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)，具體如下：

2.1 無線數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)

通過設(shè)置的傳感器來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集以及傳輸，主要數(shù)據(jù)包括教室內(nèi)部的溫度、濕度、污染物濃度以及光照強(qiáng)度等。

2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

設(shè)置互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

2.3 數(shù)據(jù)路由器

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源于在教室內(nèi)分布的各個(gè)傳感器，數(shù)據(jù)路由器最重要的功能就是為這些不同來源的數(shù)據(jù)供給統(tǒng)一的接口，將數(shù)據(jù)集中的傳輸?shù)较到y(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊，在數(shù)據(jù)處理模塊將會(huì)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的分析以及處理，最終形成控制指令。

3 智慧教室系統(tǒng)功能模塊分析

3.1 教學(xué)模塊

教學(xué)模塊主要包含投影儀、音響、問答器以及麥克風(fēng)等硬件設(shè)施。這些設(shè)施在智慧教室系統(tǒng)的控制下能夠在一定程度上取代黑板和粉筆，降低教師和學(xué)生受到的粉塵危害，有助于其身體的健康;另外該系統(tǒng)的運(yùn)用還能夠使教師在課堂教學(xué)中擺脫黑板的制約，可以在任何區(qū)域來開展教學(xué)，增強(qiáng)教師和學(xué)生之間的交互性。有助于課堂教學(xué)效果的進(jìn)一步提升。

3.2 LED顯示模塊

LED顯示模塊通常都都多塊LED面板所組成，其最基本的功能就是顯示室內(nèi)環(huán)境的基本參數(shù)以及教師、班級(jí)與科目等內(nèi)容。

3.3 室內(nèi)環(huán)境智能感知模塊

該模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，主要包含傳感器、數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，為系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)來提供數(shù)據(jù)支撐。具體來講，就是傳感器收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，然后控制中心發(fā)出指令來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的智能化控制。

3.4 空調(diào)或換氣扇智能化調(diào)整

優(yōu)秀的教學(xué)質(zhì)量需要良好的教室室內(nèi)環(huán)境，所以，為保證教室室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)良性，現(xiàn)代中學(xué)的教室通常都具有空調(diào)或者換氣扇。智慧教室系統(tǒng)能夠?qū)照{(diào)與換氣扇等來進(jìn)行智能化的調(diào)控，保證教室內(nèi)部環(huán)境的優(yōu)良性。

3.5 教室環(huán)境監(jiān)控評(píng)價(jià)質(zhì)量和系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示

該模塊最主要的功能就是對(duì)中學(xué)課堂環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行反饋，以便于用戶能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)教室內(nèi)部環(huán)境狀況進(jìn)行了解。比如課程、班級(jí)、教師、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息都會(huì)進(jìn)行顯示。

4 結(jié)語

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室系統(tǒng)應(yīng)用到中學(xué)課堂教學(xué)中，能夠?qū)⒅袑W(xué)教室中的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的智能化控制，進(jìn)一步提升中學(xué)教學(xué)的智能化水平，為中學(xué)教師和學(xué)生創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的教學(xué)環(huán)境，使他們能夠更好的開展教學(xué)和學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]閻堅(jiān)，桂勁松，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國電化教育，2016 （12）：83-86.

[2]劉君.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中學(xué)智慧教室的設(shè)計(jì)研究[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自科版）， 2017， 33 （05）： 52-57.

[3]趙順勇，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室設(shè)計(jì)與研究[J].福建電腦，2017，33（02）：124 -126.