物聯(lián)網(wǎng)智慧教室建設(shè)研究

李志剛

摘 要：21世紀(jì)信息技術(shù)的飛速發(fā)展為學(xué)校現(xiàn)代化建設(shè)提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)，教室目前實(shí)行開放式管理，這也給課室的燈光、空調(diào)、多媒體等設(shè)備管理帶來了困難，文章講述的智慧教室是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)的現(xiàn)代化教學(xué)方式，不僅可實(shí)現(xiàn)多媒體教室本地教學(xué)設(shè)備和教學(xué)環(huán)境智慧控制，還在數(shù)字化多媒體教室解決方案中實(shí)現(xiàn)示范課錄播直播、安防監(jiān)控、門禁考勤、電子班牌及IP廣播等系統(tǒng)功能，形成以信息化建設(shè)為基礎(chǔ)的智慧型教學(xué)整體解決方案。

關(guān)鍵詞：智慧教室；控制；物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)用傳感器、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)感知需要的信息，通過ZigBee接入方式，把設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智慧化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)智慧教室技術(shù)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室終端機(jī)，內(nèi)置了工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)路由器，安裝于教室內(nèi)可實(shí)現(xiàn)教室的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋，WiFi覆蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室各種電教設(shè)備的統(tǒng)一管理，通過一個(gè)控制面板直接操作多個(gè)電教設(shè)備，提高設(shè)備的使用率和使用效率；實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通采集設(shè)備使用數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)管理系統(tǒng)，自動(dòng)檢測(cè)和記錄設(shè)備故障，實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)添加計(jì)劃任務(wù)，遠(yuǎn)程控制設(shè)備開關(guān)機(jī)等，使設(shè)備管理更高效、便捷。物聯(lián)網(wǎng)智慧教室包括電教設(shè)備統(tǒng)一管理；設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控，電源管理；數(shù)據(jù)云端統(tǒng)計(jì)、分析；故障申報(bào)；物聯(lián)控制；融合錄播系統(tǒng)、音視頻校園廣播系統(tǒng)、照明管理系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程集中控制，從而提高校園設(shè)備的管理效率，延長設(shè)備的使用壽命，有效降低整體能耗[1]。

2 物聯(lián)網(wǎng)智慧教室技術(shù)分析

2.1 多媒體控制

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室將所有電教設(shè)備的操作集成在一個(gè)平臺(tái)上，通過控制面板，便可以直接操作電腦、投影機(jī)、實(shí)物展臺(tái)、電子白板等教學(xué)設(shè)備。自定義場(chǎng)景設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)通道自由快速切換，完成投影開關(guān)、幕布升降、燈光開關(guān)、信號(hào)源播放、音量調(diào)節(jié)、門禁甚至整套設(shè)備的一鍵開關(guān)機(jī)等操作。教室計(jì)算機(jī)和各種設(shè)備都可以通過物聯(lián)網(wǎng)教室終端機(jī)連接校園網(wǎng)，不同設(shè)備之間可以互聯(lián)互通。教室各種數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并上傳到智慧校園物聯(lián)網(wǎng)后臺(tái)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)支持對(duì)投影機(jī)、投影幕、話筒的音量調(diào)節(jié)、視頻的切換、燈光的明暗和開關(guān)、電動(dòng)窗簾的開合、空調(diào)開關(guān)等設(shè)備的一系列集中控制。

2.2 數(shù)字廣播系統(tǒng)控制

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室融合校園電教設(shè)備的智能管理，校園IP數(shù)字廣播系統(tǒng)將功放、交換機(jī)、麥克風(fēng)、編碼器等硬件設(shè)備高度集成與整合，實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)多用，三網(wǎng)合一。系統(tǒng)支持定時(shí)廣播：支持一次性、每天、每周、每月定時(shí)播放，支持開機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。通過將電腦音頻輸出連至擴(kuò)音機(jī)（功放機(jī)），可用于學(xué)校自動(dòng)定時(shí)廣播打鈴聲、校園歌曲、廣播體操、背景音樂等，無需單獨(dú)重新購置廣播系統(tǒng)、操作簡單、維護(hù)方便。

2.3 智能安防系統(tǒng)

智能安防系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像頭、人體探測(cè)傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、緊急按鈕以及聲光報(bào)警器等設(shè)備組成。基于無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能；人體探測(cè)傳感器、煙霧傳感器以及溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)各種環(huán)境信息，一旦有異常情況發(fā)生，自動(dòng)生成報(bào)警信號(hào)。

2.4 錄播系統(tǒng)控制

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室融合全自動(dòng)錄播系統(tǒng)，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)錄制、實(shí)時(shí)直播、后期點(diǎn)播、圖像跟蹤、觸摸屏控制、本地監(jiān)控等功能模塊。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)將教學(xué)過程實(shí)時(shí)數(shù)字化，轉(zhuǎn)化為教學(xué)視頻，將傳統(tǒng)演播室延伸到普通教室，簡化了資源建設(shè)的流程，節(jié)約了人力，在錄制的同時(shí)還能提供網(wǎng)絡(luò)直播、點(diǎn)播等功能。支持MP4/FLV/TS/MOV/MKV/AVI 6種格式同步錄播，IE網(wǎng)頁直接播放，滿足不同平臺(tái)和系統(tǒng)的應(yīng)用；標(biāo)準(zhǔn)HTTP/RTSP/RTMP/HLS直播及點(diǎn)播接口，XML數(shù)據(jù)交換技術(shù)，輕松對(duì)接云平臺(tái)。

2.5 物聯(lián)網(wǎng)中控管理系統(tǒng)

智慧教室中控網(wǎng)關(guān)與各個(gè)智能終端相連，通過運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心的管理軟件向中控主機(jī)發(fā)送命令可統(tǒng)一管理各傳感器與窗簾電機(jī)、燈光、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。通過ZigBee或WiFi網(wǎng)絡(luò)把傳感器與控制電器聯(lián)系起來，使之成為一個(gè)整體，互相影響，互相協(xié)作運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理自動(dòng)化、安防自動(dòng)化等功能。軟件提供遠(yuǎn)程服務(wù)，用戶通過軟件可實(shí)施遠(yuǎn)程設(shè)備控制，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。智慧實(shí)驗(yàn)室中控管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)中的有線交換機(jī)連接，將服務(wù)器中的數(shù)據(jù)顯示在一體機(jī)上。

2.6 安防報(bào)警系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室融合防火報(bào)警系統(tǒng)，通過設(shè)置在教室內(nèi)的多個(gè)感煙探測(cè)器、溫度探測(cè)器、紅外及微波探測(cè)器等，自動(dòng)進(jìn)行判斷并發(fā)布火災(zāi)預(yù)警信號(hào)。通過模擬火災(zāi)報(bào)警，增強(qiáng)師生抗災(zāi)演習(xí)，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的處置能力；全校范圍內(nèi)構(gòu)建防火警報(bào)，可有效降低意外火災(zāi)造成的人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失；防火報(bào)警系統(tǒng)與消防指揮中心聯(lián)動(dòng)，及時(shí)處置火情災(zāi)害。

2.7 新風(fēng)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)智慧教融合新風(fēng)系統(tǒng)，將室外的新鮮空氣源源不斷地送入室內(nèi)，使教室內(nèi)空氣的潔凈度始終維持在較高的水平。另外，當(dāng)教室內(nèi)氣溫高于室外的氣溫時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)，增強(qiáng)教室內(nèi)散熱，防止老師和學(xué)生因空氣悶熱、潮濕等引起的不舒適，保護(hù)師生身心健康。

智慧教室場(chǎng)景如圖1所示。

3 物聯(lián)網(wǎng)智慧教室應(yīng)用價(jià)值

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室包括電教設(shè)備統(tǒng)一管理；設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控，電源管理；故障申報(bào)；物聯(lián)控制；融合、照明管理系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程集中控制，從而提高校園設(shè)備的管理效率，延長設(shè)備的使用壽命，有效降低整體能耗。其應(yīng)用價(jià)值如下[2]。

3.1 簡單易用

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室重點(diǎn)展示與教學(xué)活動(dòng)相關(guān)的常用功能，便于教師在教學(xué)活動(dòng)中，簡單快速操作相關(guān)設(shè)備，避免因丟失遙控器或找不到電源開關(guān)等因素影響教學(xué)效率。系統(tǒng)支持場(chǎng)景設(shè)置，可輕松實(shí)現(xiàn)一鍵開、關(guān)機(jī)及設(shè)備組合使用；可快速分區(qū)域遠(yuǎn)程控制指定設(shè)備。

3.2 綠色節(jié)能

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室支持遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)查看和功耗信息展示。系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)各設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)記錄設(shè)備功耗，適時(shí)休眠或關(guān)閉未使用設(shè)備，以保護(hù)和延長設(shè)備使用壽命，在控制設(shè)備使用成本的同時(shí)，也有效地降低了能源消耗。

3.3 方便維護(hù)

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室可對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線故障申報(bào)、跟蹤和定位，方便故障的判定，協(xié)助管理人員及時(shí)分析和解決設(shè)備故障問題并自動(dòng)生成和保存維護(hù)記錄，保障教學(xué)工作順利進(jìn)行。

3.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室可針對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)光照、溫度、濕度、聲音、煙塵及有害氣體等傳感信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便管理人員及時(shí)掌握教學(xué)環(huán)境狀況，為廣大師生打造舒適、良好的教學(xué)環(huán)境，有益師生身心健康。

3.5 數(shù)據(jù)分析

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室自動(dòng)將設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，方便管理人員隨時(shí)查閱，在必要的時(shí)候可作為設(shè)備更新和采購的選擇依據(jù)。系統(tǒng)將根據(jù)一段時(shí)間和設(shè)備應(yīng)用范圍、數(shù)量等信息，向管理人員推薦安全、可靠、性價(jià)比高的品牌及型號(hào)產(chǎn)品，從而提高采購效率，有效控制采購成本。

3.6 安全智能

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室支持無人值守，通過廣泛分布于校園內(nèi)的各類傳感器及攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)校園環(huán)境。通過設(shè)定異常提醒和報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并迅速通知相關(guān)工作人員，確保校園內(nèi)人員及設(shè)備安全。

4 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)化浪潮推進(jìn)，教育的物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。新科技革命到來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進(jìn)，推進(jìn)建設(shè)智慧化校園，打造智能感知的學(xué)習(xí)環(huán)境，保障校園學(xué)生安全問題已成為以人為本的教育業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。智能感應(yīng)是物聯(lián)網(wǎng)最主要的特征及優(yōu)勢(shì)，智慧教室通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)W(xué)生安全、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)資源等進(jìn)行有效管理，有利于創(chuàng)建和諧、智能、便捷的學(xué)習(xí)環(huán)境。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉春立.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與發(fā)展研究[J].中國新通信，2016（14）：76.

[2]賈麗美，曹樂泉.淺析物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（2）：170-172.