基于物聯網的智慧教室系統設計與實現

周永華

摘要 在物聯網等新興技術創新發展的帶動下，教室管理也逐漸呈現出信息化、系統化發展趨勢?；谖锫摼W技術的智慧教室系統能夠全面提升教室的信息化水平，為教師教學和學生學習創造更加良好的環境。本文對基于物聯網的智慧教室系統的設計與實現展開了探討。

【關鍵詞】智慧教室 物聯網 系統架構 網絡架構

1 智慧教室系統架構設計與實現

該系統設計以數據分層、分布式功能理念為基礎，構建功能多樣的信息化管理系統，為中學智慧教室的建設與運行創造物聯網信息系統，從而實現已有硬件與軟件功能的聯動與融合，并充分保證系統的升級可能，預留充足的功能接口滿足系統今后的發展要求。系統構架圖如圖1所示。

本文設計的基于物聯網的中學智慧教室系統框架結構包含4個層次，如下所示：

1.1 終端層

這一層次直接與用戶服務相連，依據實際使用過程中的用戶需求來提供針對性的服務。終端層的具體功能為：全面聯通中學教室中的各個過媒體設備以及傳感器等，并通過系統控制中心來完成各個設備的智能化控制，最終使得智慧教室實現高效、快速、順暢的運轉，為教師和學生帶來一種全面的教學模式和學習體驗。

1.2 室內監控層

顧名思義，該層設立的目的就是為系統運行提供監控層面的支持，比如對教室內燈光、屋門、窗戶以及相關設備的檢測以及智能化控制，確保教室內部溫度、光線等方面的舒適性，為教學創造優質的條件，提升學生們的學習效果。

1.3 中間層

中間層面向數據，為智慧教室系統的運轉來提供相關的數據支撐，比如數據存儲、分析以及傳輸等，中間層是整個智慧教室系統運行的數據基礎。

1.4 硬件層

硬件是與軟件相對的，硬件層包含著智慧教室系統運行所需要的各種硬件設備，為系統運行提供必要的硬件支持。

2 智慧教室系統網絡架構設計與實現

基于物聯網的智慧教室系統終端能夠通過多重網絡來進行數據的交互，依據各個模塊作用和功能的差異性，本系統設置有展示模塊、數據倉儲模塊、數據傳輸模塊以及數據采集模塊，具體構成如圖2。

通過對中學教室的實際需求進行分析，運用三層網絡構架來對智慧教室系統進行架構，具體如下：

2.1 無線數據節點

通過設置的傳感器來進行相關數據的收集以及傳輸，主要數據包括教室內部的溫度、濕度、污染物濃度以及光照強度等。

2.2 無線數據傳輸網絡

設置互聯網、局域網來進行數據的傳輸。

2.3 數據路由器

系統中的數據來源于在教室內分布的各個傳感器，數據路由器最重要的功能就是為這些不同來源的數據供給統一的接口，將數據集中的傳輸到系統的數據處理模塊，在數據處理模塊將會對收集到的數據進行統一的分析以及處理，最終形成控制指令。

3 智慧教室系統功能模塊分析

3.1 教學模塊

教學模塊主要包含投影儀、音響、問答器以及麥克風等硬件設施。這些設施在智慧教室系統的控制下能夠在一定程度上取代黑板和粉筆，降低教師和學生受到的粉塵危害，有助于其身體的健康;另外該系統的運用還能夠使教師在課堂教學中擺脫黑板的制約，可以在任何區域來開展教學，增強教師和學生之間的交互性。有助于課堂教學效果的進一步提升。

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環境的基本參數以及教師、班級與科目等內容。

3.3 室內環境智能感知模塊

該模塊是本系統的核心模塊，主要包含傳感器、數據傳輸以及數據處理技術，為系統的運轉來提供數據支撐。具體來講，就是傳感器收集到的相關數據經過網絡傳輸到系統的數據處理中心，然后控制中心發出指令來實現對各種設備的智能化控制。

3.4 空調或換氣扇智能化調整

優秀的教學質量需要良好的教室室內環境，所以，為保證教室室內環境的優良性，現代中學的教室通常都具有空調或者換氣扇。智慧教室系統能夠對空調與換氣扇等來進行智能化的調控，保證教室內部環境的優良性。

3.5 教室環境監控評價質量和系統工作狀態顯示

該模塊最主要的功能就是對中學課堂環境的相關數據來進行反饋，以便于用戶能夠實時的對教室內部環境狀況進行了解。比如課程、班級、教師、設備運行狀態等信息都會進行顯示。

4 結語

綜上所述，基于物聯網技術的智慧教室系統應用到中學課堂教學中，能夠將中學教室中的相關設備進行統一的智能化控制，進一步提升中學教學的智能化水平，為中學教師和學生創造優質的教學環境，使他們能夠更好的開展教學和學習。

參考文獻

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