基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧型教室管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

摘? 要：隨著時(shí)代的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，學(xué)生們的教育環(huán)境越來(lái)越為人們所重視。然而，就目前的情況而言，現(xiàn)代教學(xué)課堂環(huán)境依舊存在著很多問(wèn)題。比如：學(xué)生們遲到、逃課、考勤等問(wèn)題難以被查出，學(xué)校查課的時(shí)間成本和人力成本大等。因此，學(xué)?？梢猿浞掷卯?dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為教師和學(xué)生建設(shè)相應(yīng)的智慧型教室管理系統(tǒng)，為學(xué)生們提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智慧教室;系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：TP391.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2019）24-0000-00

0 引言

目前，大多數(shù)教室的主要布局是“投影儀+黑板”，教師主要通過(guò)這兩種教學(xué)設(shè)備來(lái)進(jìn)行授課。部分學(xué)校為了給學(xué)生提供一個(gè)良好的教學(xué)體驗(yàn)，在教室里安裝了實(shí)物投影，但這距智慧型教室管理系統(tǒng)的創(chuàng)建依舊有很大距離。就目前的情況而言，大部分學(xué)校在授課環(huán)境、安全安保、學(xué)生考勤等方面均有欠缺，主要依靠人力來(lái)維持這些方面的保障，總體來(lái)說(shuō)成本較高，效率較低。因此，學(xué)校應(yīng)充分利用當(dāng)下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為學(xué)生們建設(shè)智慧型教室管理系統(tǒng)，以此來(lái)為學(xué)生們提供一個(gè)良好的教育環(huán)境。

1 室內(nèi)硬件設(shè)備的控制

1.1 空調(diào)、風(fēng)扇控制系統(tǒng)

目前，大多數(shù)教室的風(fēng)扇主要依靠人對(duì)開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié);大多數(shù)教室的空調(diào)主要依靠人通過(guò)遙控器來(lái)對(duì)空調(diào)開(kāi)關(guān)及溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。在這種情況下，人們很難掌握合適的溫度，很可能由于溫度不適而導(dǎo)致感冒發(fā)燒現(xiàn)象發(fā)生。并且，如果人們?cè)陔x開(kāi)教室時(shí)忘記關(guān)電扇或者空調(diào)的話，那么就會(huì)造成很大程度的資源浪費(fèi)。因此，我們可以通過(guò)設(shè)置專門的空調(diào)、風(fēng)扇控制系統(tǒng)，以求解決這些問(wèn)題，為學(xué)生們提供一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境。

空調(diào)、風(fēng)扇智能控制系統(tǒng)由紅外線感應(yīng)模塊+室內(nèi)溫度感應(yīng)模塊+空氣感應(yīng)模塊（干燥度、濕度）這三部分構(gòu)成，通過(guò)微處理器系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終通過(guò)遠(yuǎn)程終端在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)空調(diào)和風(fēng)扇進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)分析情況進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)關(guān)閉，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)空調(diào)和電扇的自動(dòng)開(kāi)關(guān)、自動(dòng)調(diào)溫、自動(dòng)調(diào)濕，進(jìn)而避免因溫度不適而導(dǎo)致的感冒發(fā)燒現(xiàn)象、因遺忘而導(dǎo)致的浪費(fèi)資源現(xiàn)象發(fā)生。

空調(diào)、風(fēng)扇智能控制系統(tǒng)的具體操作步驟如：首先，人們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)空調(diào)、風(fēng)扇的起始條件進(jìn)行一個(gè)大概的設(shè)定，比如：開(kāi)始溫度、開(kāi)始人數(shù)、開(kāi)始濕度等等。其次，當(dāng)教室內(nèi)的條件達(dá)到空調(diào)或者電扇的啟動(dòng)條件時(shí)，空調(diào)和電扇會(huì)決定自身是否啟動(dòng)，是否開(kāi)始工作。比如：后臺(tái)人員將啟動(dòng)人數(shù)設(shè)置為總?cè)藬?shù)的百分之五十，那么，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到超過(guò)半數(shù)以上的人在教室時(shí)，空調(diào)將會(huì)結(jié)合其他兩個(gè)條件決定自身是否啟動(dòng)。如果教室內(nèi)有人但是人數(shù)較少時(shí)，電扇就會(huì)結(jié)合其他兩個(gè)條件決定自身是否啟動(dòng)。這樣，可以在很大程度上節(jié)約電力資源，為學(xué)生提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。除此之外，智能空調(diào)、電扇系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)外界溫度進(jìn)行感知，來(lái)自行調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，在著力于為學(xué)生們提供一個(gè)舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境的同時(shí)，保障學(xué)生們的身體健康，進(jìn)而為學(xué)生們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.2 燈光控制系統(tǒng)

目前，大部分教室多使用傳統(tǒng)的白熾燈來(lái)進(jìn)行照明，通過(guò)人控制開(kāi)關(guān)的形式來(lái)決定燈的開(kāi)關(guān)。然而，我們需要明確：白熾燈的壽命較短，耗電量較大，總體上看成本較高。除此之外，我們還需要明確一個(gè)問(wèn)題：教室里人來(lái)人往，時(shí)常會(huì)有忘記關(guān)燈的現(xiàn)象發(fā)生[2]。如果教室在空無(wú)一人的狀態(tài)下依舊亮著燈的話，那么這無(wú)疑是一種資源的浪費(fèi)。因此，學(xué)?？梢砸罁?jù)當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)專門的智能燈光控制系統(tǒng)，以此來(lái)解決上述問(wèn)題，為學(xué)生們提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

智能燈光控制系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分，即：室內(nèi)光照感應(yīng)系統(tǒng)和人體熱感應(yīng)系統(tǒng)。室內(nèi)光照感應(yīng)系統(tǒng)，即：系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)的亮度，如果室內(nèi)的亮度較低，則自動(dòng)打開(kāi)燈光進(jìn)行照明;如果室內(nèi)的亮度較高，可以滿足人們的需求，那么燈光自行處于待機(jī)狀態(tài)。人體熱感應(yīng)系統(tǒng)，即：系統(tǒng)可以根據(jù)人體的熱量分布規(guī)律，對(duì)人體所在位置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到人體的存在位置時(shí)，可以自動(dòng)打開(kāi)距人體存在地最近的燈，確保人體周圍有足夠的光亮。這樣就可以避免教室里只有一個(gè)人或者幾個(gè)人，卻打開(kāi)了教室里面所有的燈的情況發(fā)生。既可以節(jié)約資源，又可以保護(hù)環(huán)境，還可以為學(xué)生提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)環(huán)境，可謂一舉多得。智能燈光控制系統(tǒng)可以在很大程度上在不改變照明效率的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約與環(huán)境的保護(hù)。其將室內(nèi)光照感應(yīng)系統(tǒng)與人體熱感應(yīng)系統(tǒng)相結(jié)合，要求室內(nèi)環(huán)境必須同時(shí)滿足二者的條件，照明系統(tǒng)才會(huì)起到照明的作用，是一個(gè)非常有效的設(shè)計(jì)。

2 室內(nèi)安全的有效保障

2.1 智能防火系統(tǒng)

就目前的情況而言，大部分學(xué)校依舊以保安作為學(xué)校維護(hù)學(xué)校安全的主要力量，以樓道里的滅火器、日常的防火演練以及學(xué)校的滅火儲(chǔ)備用具作為防治火災(zāi)的手段。此種方式費(fèi)心勞力，事倍功半，亟待改革。因此，人們可以通過(guò)開(kāi)發(fā)研究智能防火防盜系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，以此來(lái)更好地保障學(xué)生們的安全，為學(xué)生們提供一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)體驗(yàn)，進(jìn)而為學(xué)生們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“智能防火系統(tǒng)”主要包括幾個(gè)方面：電路檢測(cè)系統(tǒng)、煙霧感應(yīng)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和溫度感應(yīng)系統(tǒng)。

以上系統(tǒng)為檢測(cè)系統(tǒng)，除此之外，“智能防火防盜系統(tǒng)”還包括與檢測(cè)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)，即：通訊警報(bào)系統(tǒng)、消防水閘噴霧控制系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)和可疑人物探查系統(tǒng)。當(dāng)電路檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出某地電路出現(xiàn)故障時(shí)，故障報(bào)告會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)傳送到后勤部。與此同時(shí)，故障電路會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以避免火災(zāi)發(fā)生。我們需要明確：火災(zāi)發(fā)生的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，這些煙霧中含有大量二氧化碳，極有可能令人窒息身亡。因此，當(dāng)煙霧感應(yīng)系統(tǒng)檢測(cè)出大量煙霧時(shí)，首先會(huì)發(fā)出警報(bào)，警示教師和學(xué)生們有危險(xiǎn)。然后會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)空氣凈化裝置，為學(xué)生們驅(qū)除空氣中的煙霧。與此同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以最快的速度將煙霧檢測(cè)情況發(fā)送至學(xué)校安保部門和高層管理者的手中，讓該種情況得到解決。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)伴隨煙霧的產(chǎn)生，而且會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度的升高。當(dāng)煙霧警報(bào)器和溫度警報(bào)器同時(shí)響起時(shí)，學(xué)校安保部門和高層管理者會(huì)以最快的速度組織位于教學(xué)樓內(nèi)的教職工和學(xué)生盡快撤離，并撥打119火警熱線等待救助。在所有教師和學(xué)生都撤離完畢后，消防裝置會(huì)根據(jù)火災(zāi)的成因去選擇合適的滅火方式，以求在最短的時(shí)間內(nèi)撲滅火源，將學(xué)校的損失減少到最低。

以上是智能防火系統(tǒng)的組成部分與實(shí)際引用，該系統(tǒng)的研發(fā)與使用，將會(huì)對(duì)學(xué)校消防產(chǎn)生非常重大的影響，對(duì)于保障教職工和學(xué)生的安全而言十分有幫助。

2.2 門窗控制系統(tǒng)

就目前的情況而言，大部分學(xué)校教室的門窗都是由人來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)的。這種方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易存在遺忘的現(xiàn)象[3]。當(dāng)面臨大雨等惡劣天氣時(shí)，如果有人忘記關(guān)門關(guān)窗戶的話，那么會(huì)對(duì)教室內(nèi)的書籍和多媒體教學(xué)設(shè)備造成相當(dāng)大的損害。因此，我們可以將普通的門窗與物聯(lián)網(wǎng)的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，形成一個(gè)獨(dú)立的“門窗智能控制系統(tǒng)”，以此來(lái)保障教室的安全，為學(xué)生們提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

“門窗智能控制系統(tǒng)”主要包括幾個(gè)方面，即：門窗控制裝置、雨水檢測(cè)裝置、風(fēng)力檢測(cè)裝置、指紋檢測(cè)系統(tǒng)、人體熱感應(yīng)系統(tǒng)和空氣濕度檢測(cè)裝置。

當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到周圍環(huán)境指數(shù)超標(biāo)，環(huán)境惡劣時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉教室內(nèi)的門窗，盡最大的可能性保護(hù)教室內(nèi)的書籍和電子教學(xué)設(shè)備，以此來(lái)避免可能因雨水泄露或者風(fēng)力襲擊而造成的校園安全隱患。當(dāng)教室內(nèi)空無(wú)一人時(shí)，教室的門窗會(huì)適當(dāng)關(guān)閉，通風(fēng)口會(huì)打開(kāi)，為室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)。學(xué)生們要想進(jìn)入教室，需要通過(guò)錄入指紋的形式來(lái)解鎖教室的大門，指紋符合者方能進(jìn)入，這樣可以在很大程度上避免出現(xiàn)外校人員盜竊現(xiàn)象，能夠更好地保障學(xué)生們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。總而言之，門窗控制系統(tǒng)能夠充分利用當(dāng)下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)學(xué)生們的安全進(jìn)行切實(shí)有效的保護(hù)，其研發(fā)和運(yùn)用對(duì)于學(xué)生們的教室建設(shè)而言十分有必要。

3 學(xué)生日常的有效監(jiān)督

現(xiàn)如今，各大高?；就ㄟ^(guò)學(xué)習(xí)委員點(diǎn)名、學(xué)生會(huì)查課的形式來(lái)確定學(xué)生們的到課情況，以上課出勤率作為學(xué)生們平時(shí)成績(jī)的主要依據(jù)。然而，這種查課方式會(huì)有很多漏洞，并容易產(chǎn)生很多弊端。替點(diǎn)名、替課等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至在有些高校已經(jīng)演變成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，這是非常不利于學(xué)生們的學(xué)習(xí)和發(fā)展的。因此，我們可以通過(guò)設(shè)置智能考勤系統(tǒng)，來(lái)監(jiān)督學(xué)生們的到課情況和日常學(xué)習(xí)情況，以此來(lái)為學(xué)生們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展，奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“智能考勤系統(tǒng)”主要包括幾部分，即：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、云計(jì)算功能和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。（1）學(xué)?？梢砸詫W(xué)院為單位來(lái)下發(fā)通知，學(xué)院內(nèi)部可以以班級(jí)為單位，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)錄入個(gè)人信息，包括：面部信息、指紋信息以及其他個(gè)人基本信息等等。（2）教務(wù)處可以將收集好的信息錄入到手機(jī)端或者電腦端端口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的形式來(lái)進(jìn)行分析和儲(chǔ)存，并為其設(shè)置相應(yīng)人臉識(shí)別系統(tǒng)。（3）學(xué)?？梢砸髮W(xué)生們?cè)诿抗?jié)課上課之前，先在教室門口刷臉，再進(jìn)入教室上課。這樣，學(xué)校就可以在后臺(tái)輕松知道每節(jié)課曠課、替課的學(xué)生都有哪些，以此來(lái)對(duì)其進(jìn)行規(guī)制。除此之外，學(xué)?？梢栽谇叭齻€(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，增設(shè)一個(gè)手機(jī)智能探測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)學(xué)生們課上時(shí)間玩手機(jī)的情況，以此來(lái)更好地了解學(xué)生們的日常學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生們進(jìn)行切實(shí)有效的監(jiān)督，為學(xué)生們今后的生存和發(fā)展奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧型教室管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究對(duì)于學(xué)生們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展而言至關(guān)重要。智慧型教室管理系統(tǒng)可以從室內(nèi)硬件設(shè)備的控制、室內(nèi)安全的保障和學(xué)生日常學(xué)習(xí)的監(jiān)督三個(gè)層面來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用。該系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以當(dāng)下熱門的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存與計(jì)算技術(shù)為核心，為學(xué)生們營(yíng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，對(duì)學(xué)生們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展會(huì)非常有幫助。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-11-04

*基金項(xiàng)目：本文是2018年度山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧型教室管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究》研究成果（2018XYZ004）。

作者簡(jiǎn)介：武際斌（1983—），男，山東濰坊人，本科，畢業(yè)于山東師范大學(xué)，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。