物联网技术下的智能教室实现方案

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摘要：针对校园信息化建设目标，本文提出基于物联网技术的智能教室建设，能够提高校园教室管理水平。系统通过传感器实现教室环境数据采集，通过控制器芯片实现设备控制，通过WiFi技术实现数据传输，通过蓝牙技术实现终端数据监测，实现教室科学化、智能化管理。

关键词：物联网；智能教室；信息化建设

引言

随着信息技术的不断发展，物联网技术应运而生，物联网给人们的生活带来了便利[1]。物联网技术在校园信息化建设中发挥了重要的作用，能够丰富教学方式、优化教学管理、减少学校资源浪费，实现教室智能化管理。本文针对校园信息化建设目标，运用物联网技术，通过微控制器实现智能控制和数据采集，通过上位机实现数据分析和数据展示，通过物联网技术实现新型的信息化教学和智能教室管理手段，旨在推进学校信息化建设。

1系统设计方案

1.1系统需求

环境采集模块：利用传感器实现室内温湿度、CO2浓度、光照强度、室外雨水强度等数据的采集，通过ZigBee、WiFi和蓝牙技术实现数据的存储与实时展示。设备控制模块：实现对教室智能锁、电灯、投影仪、空调、窗户和窗帘的智能控制。对于终端控制智能锁的开闭，电灯能够根据教室是否有人实时开闭，终端能够控制投影仪的开闭，空调能够根据室温自动制冷或制热，窗户能够根据室外天气自动开闭，窗帘能够根据外界光线强度自动开闭。能耗监测模块：对教室电器设备用电数量进行检测，记录电器使用能耗，根据监测数据实现用电设备的安全管理，防止电器长时间运行对电路造成负载。

1.2数据存储方案

系统涉及的基础数据通过传感器自带协议获取，对于需要在LCD显示屏或终端上实时显示的数据，传感器与控制器间通过串口、I2C和SPI等协议实现数据传输，终端通过蓝牙或WiFi实现与控制器间的数据传输。对于历史数据的查询与分析，本系统利用传感器和电表通过组态软件将数据传送到远程数据库中，由终端通过HTTP协议或WebService协议实现对数据库的操作。

1.3系统硬件设计

控制器根据采集到的数据实时控制教室设备的运行状态，利用控制器将采集到的数据显示在LCD显示屏，利用串口协议、C#语言将传感器采集到的数据存储在数据库中供上位机或APP查询与分析，利用WiFi模块实现终端的实时控制。系统硬件总体框如图1所示。

1.3.1空调控制硬件电路控制器选用51系列单片机，温度检测部分包含数字温度传感器DS18B20和RTC时钟S35190A，采用24LC02实现温度存储，利用LCD显示实时温度，控制器编写程序实现根据温度控制空调的制冷或制热。空调控制电路如图2所示。

1.3.2窗户控制硬件电路通过窗户外雨滴传感器获取模拟量数据，经过AD转换芯片送入处理器，处理器根据转换的数字量识别窗外的情况，通过控制器控制步进电机实现窗户的自动打开与关闭，由LCD显示屏显示当前雨滴传感器的数据。窗户控制电路如图3所示。

1.3.3窗帘控制硬件电路通过光敏电阻在外界光线强度变化下的阻值改变情况，使得输出电压发生变化，变化的电压信号通过AD转换芯片，将模拟量转换为数字量，进而输入到单片机处理器，控制步进电机的正转与反转，实现窗帘的打开与关闭，由LCD显示屏显示当前窗帘的状态。窗帘控制电路如图4所示。

1.3.4无线数据传输智能终端通过蓝牙模块实现与单片机之间的数据传输，采用HC-06嵌入式蓝牙串口通信模块，通过该模块实现与终端设备的连接，实现两个模块之间的数据互通，终端编写程序控制协议，设置对应波特率、工作方式等。数据传输硬件电路如图4所示。

1.3.5终端数据分析终端通过HTTP协议获取远程数据库数据，通过终端实现对环境、设备参数的历史数据查询，实现对电表用电数据分析，通过智能分析实时保护设备运行和教室用电安全。

1.4系统软件设计

1.4.1单片机程序设计单片机程序设计采用Keil5平台，使用C语言编程实现传感器数据的采集和设备的控制。

1.4.2终端程序设计使用C#语言编程开发上位机，通过上位机将传感器获得的数据转存到远程数据库中，使用Java语言编程实现Android平台的开发，通过Android平台对数据进行查询与分析，对设备进行控制。

2结语

综上所述，利用传感器模块、控制器模块和终端模块实现智能教室，能够提升学校的信息化管理水平。本文使用单片机作为控制器，并结合多种传感器及硬件模块，实现对传感器数据的采集并实时显示，实现对电灯、投影仪和空调等设备的控制，将WiFi和蓝牙模块作为数据传输载体，实现数据之间的传输和终端对设备的远程控制。由于ZigBee具有低成本、低耗电和支持大量网上节点等优点，要实现整个学校智能教室互联，可以通过ZigBee无线通信技术实现各个节点的数据传输与整合。总之，学校智能教室的实现为学校信息化发展及学校安全管理等方面提供了有力的支持。

参考文献

[1]韩宇翃,林蜜蜜,寇一菲.AIED趋势下智能教室设计及教学模式探索与构建[J].艺术教育,2019(3):172-174.

作者：陈浩 胡兆鹏 杨雨薇 李秀静 单位：南通理工学院