教室智能管理平臺設(shè)計

(樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 樂山 614000)

依托高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，校園智能化的概念逐步落實，走入各個院校。而校園智能化，最重要的一環(huán)便是實現(xiàn)教室的智能化管理。傳統(tǒng)的教室管理中，對于教室的管理僅僅體現(xiàn)在排課、上課、日常的衛(wèi)生維護等基礎(chǔ)工作，并且大量的依賴于教室管理員的人工操作。如果出現(xiàn)臨時調(diào)課，甚至?xí)l(fā)生教室的使用沖突，影響正常的教學(xué)秩序。同時，對于教室設(shè)備的維護停留在傳統(tǒng)的，發(fā)現(xiàn)損壞——工作人員報修——申請維護人員——完成修繕的流程，整個流程的推動完全由人工處理，存在對于設(shè)備問題發(fā)現(xiàn)不及時，處理不及時等問題，使得維護周期較長，影響教室的使用。另外，在教室燈光和電路控制上，完全依賴于人工開關(guān)，存在一定程度的資源浪費和安全隱患。傳統(tǒng)的教室管理使用了大量的人力資源，但對教室的使用無法進行精細化的管理。針對教室管理引入智能管理平臺，可以有效的節(jié)約教室管理人力，提高教室管理的效率與管理粒度。

一、教室智能管理平臺總體結(jié)構(gòu)

教室智能管理平臺系統(tǒng)圖

教室智能管理平臺總體設(shè)計如圖所示，可以劃分為系統(tǒng)適配層、教室模塊接口層、人機接口與控制模塊。系統(tǒng)適配層與教務(wù)系統(tǒng)、學(xué)生系統(tǒng)等校內(nèi)系統(tǒng)連接，實現(xiàn)訪問校內(nèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的功能；教室模塊接口層與教室管理模塊連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、發(fā)送控制命令；人機接口經(jīng)防火墻與Internet連接，提供管理、查詢、控制功能；控制模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、智能控制等核心功能。教室管理模塊外接設(shè)備控制模塊、簽到模塊、傳感器模塊等實現(xiàn)設(shè)備控制、學(xué)生簽到、教室數(shù)據(jù)采集等功能。

二、教室智能管理平臺的模塊設(shè)計實現(xiàn)

(一)教室管理模塊與教室模塊接口層

教室管理模塊基于樹莓派實現(xiàn)。樹莓派是一款嵌入式終端，硬件體積小，成本低，且擁有豐富的接口和強大的處理能力，能夠運行常見的操作系統(tǒng)，如Linux、Windows IoT等，非常適合作為終端處理裝置。本平臺中采用Debian/Linux系統(tǒng)作為樹莓派的操作系統(tǒng)，通過GPIO口結(jié)合外圍電路實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，與設(shè)備控制模塊交互實現(xiàn)燈光、電源、空調(diào)等的控制能力，并與簽到模塊進行接口適配獲取學(xué)生的簽到信息。通過校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與管理平臺的教模塊接口層進行數(shù)據(jù)傳送。

教室模塊接口層提供與教室管理模塊交互能力，基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與下發(fā)的接口。

(二)系統(tǒng)適配層

系統(tǒng)適配層完成與校內(nèi)系統(tǒng)的適配工作，主要處理從教務(wù)系統(tǒng)與學(xué)生管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)處理工作。從教務(wù)系統(tǒng)中提取教室排課信息，從學(xué)生管理系統(tǒng)中提取學(xué)生信息、班級信息等。

(三)人機接口

人機接口提供智能化教室管理的一站式服務(wù),完成管理平臺的數(shù)據(jù)展示與人工操作部分，經(jīng)防火墻與Internet相連接，用戶和管理人員可以使用的瀏覽器進行登錄，查詢教室的排課信息、查詢教室的各項環(huán)境參數(shù)(如：溫度、照明狀態(tài)、電源狀態(tài)、空調(diào)狀態(tài)等)，控制教室的燈光、電源和空調(diào)等，對教室設(shè)備發(fā)起報修申請，發(fā)起維修流程。

人機接口架構(gòu)設(shè)計基于B/S架構(gòu)，使用NodeJS搭配Express框架實現(xiàn)了角色/權(quán)限管理、鑒權(quán)管理等子模塊。

(四)控制模塊

控制模塊在管理平臺中處于中心位置，是實現(xiàn)智能化教室的關(guān)鍵模塊。在本模塊的設(shè)計中通過對教務(wù)數(shù)據(jù)、學(xué)生數(shù)據(jù)的分析，可以將排課教室與上課學(xué)生的信息結(jié)合起來，搭配簽對模塊監(jiān)測上課班級的出勤情況，自動將缺勤學(xué)生信息備份到學(xué)生系統(tǒng)中，便于教務(wù)管理人員進行統(tǒng)計監(jiān)督。通過對教室各項環(huán)境數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)燈光的自動控制、在空閑教室中自動關(guān)閉電源、關(guān)閉照明，根據(jù)環(huán)境溫度自動控制空調(diào)的開啟和關(guān)閉等。

通過教室智能管理平臺的使用，使得教室的管理水平得到了很大程度上的提高。基于物聯(lián)網(wǎng)的教室智能化管理平臺，將教室與其它相關(guān)系統(tǒng)有機的整合到一起，由控制模塊自動分析關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)動控制，并通過人機接口接入Internet，實現(xiàn)教室相關(guān)數(shù)據(jù)的展示、信息查詢和設(shè)備管理等功能。將教室的管理工作自動化、在線化，節(jié)約了大量的人力資源；教室環(huán)境自動控制機制既有效的提高了教室的使用舒適度，又最大程度的避免了空閑教室的能源浪費。

后續(xù)工作思路主要有兩個方面，一是針對教室產(chǎn)生的電力資源提供計量，二是對教室的使用時間進行統(tǒng)計，綜合這兩方面的數(shù)據(jù)可以較精確的計算出每間教室的日使用成本，為后續(xù)的改造升級提供數(shù)據(jù)支持。