基于PLC控制的智慧教室物聯網教學平臺的設計

張鵬義+劉昭君

摘 要：目前物聯網教學平臺一般做成無線通迅模塊的實驗工具箱。我們選擇學生熟悉的教室作為載體，設計出集產品開發、實驗教學于一體的可移動物聯網教學平臺。通過討論分析智慧教室的功能需求，列出我們所能想到的創新功能，再進行討論取舍，確定教室的智能改造方案。然后針對每個功能點構建模型，選用合適的PLC控制器來實現各模型功能，通過P-bus協議實現互聯通信，最終實現整個教室的智能控制。本產品采用PLC控制平臺，利用物聯網技術實現教室的燈光自動分配與控制、環境監測與自動調節、安全防盜與遠程報警等功能。

關鍵詞：物聯網；智慧教室；PLC控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.070

物聯網是最近幾年比較熱門的技術，2009年溫家寶總理在江蘇無錫視察時提出“感知中國”概念。并將物聯網列入五大必爭產業制高點之一。物聯網產業具有很大發展前景，很多學校都開設了物聯網專業，但是缺少適合學生動手操作的物聯網實訓教學平臺。我們想利用物聯網技術實現教室的智能控制，為此我們選擇學生熟悉的教室作為載體，設計出集產品開發、實驗教學于一體的可移動物聯網教學平臺。

1 教學平臺組成

教學平臺實物如右圖所示，整個教學平臺分為三個部分，上半部分為教室燈光分配及遠程報警示意圖，主要包括各種指示燈。中間部分為控制面板與傳感器展示區，主要包括風控面板、九鍵面板、光敏傳感器、紅外傳感器、溫濕度傳感器、多功能觸摸屏等。下半部分為模塊展示區，主要包括PLC控制器，交流接觸器，繼電器等，各模塊之間通過不同顏色的導線連接以實現電路控制功能。

2 教學平臺工作原理與實現功能

平臺以PLC控制器為核心，通過溫度、濕度采集，光照探測，紅外檢測及無線接收等模塊采集教室內部信息，利用物聯網技術實現教室燈光節能控制，窗簾自動開啟，教室環境自動調節，教室安全監控與報警等功能。

2.1 教室的燈光自動分配與控制

系統可以根據管理要求，對每一路照明系統進行單獨的供電和斷電控制，根據作息制度自動開關燈，能自動的根據教室內的光照度、人數以及課程表和作息制度對教室內的照明進行控制；系統軟件可以實時顯示每路照明系統的使用狀態。還可以通過平臺對照明進行手動的遠程控制。可以通過校園網絡，跟平臺相聯接，可以將設備檢測到的教室人數、開燈數等信息上傳到平臺上。根據室內人數和光照度控制亮燈的數量，實現按需照明，大教室采用人數計數分區控制方式，中小教室采用靜止人體感應集中控制方式。在正常上課時間，系統根據標準點的光照度信息，判斷是否需要給所有教室的照明系統供電，對于光照強度比較特殊的教室，系統根據該教室的光照度參數判斷是否需要單獨對該照明系統供電。系統可以在下課時間斷開所有教室照明系統供電，而在上課時間再恢復照明用電供電，并且需要在教室按動手動開關來恢復教室照明，無人教室雖然照明系統有電，但仍不會工作。

2.2 教室的環境監測與自動調節

教室里安裝多個不同類型的傳感器，例如溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、紅外傳感器、煙霧及CO2等氣敏傳感器。能夠實時監測室內的溫濕度、光照度、CO2濃度等空氣質量參數。當檢測到教室里的溫度高于設定值時，系統會執行打開電風扇的指令，實現教室溫度調節功能；當檢測到教室光照太強時系統會執行關閉電動窗簾的指令，滿足學生看清黑板的需求，而當教室光線不足的時候，系統又會執行打開電動窗簾的指令，從而補足光照；另外就是當檢測到空氣中CO2濃度較大的時候，系統會執行打開通風裝置的指令，實現教室換氣功能。

2.3 教師的安全防盜與遠程報警

當啟動關門布防功能后，如果有區域燈具沒有關掉，門窗沒有關閉的地方都會在軟件上顯示出來。如果晚上有人入侵教室開啟門窗或者燈光就會觸發報警。即使不開啟燈具門窗，由于紅外檢測到有人進入教室，還是會觸發報警，系統通過短信功能將報警信號發送給夜間值班人員，如果是燈具或門窗沒有關閉，值班人員可以在收到報警信號后通過手機軟件或者短信給主機發送關閉燈具指令。

2.4 聯網功能

系統使用的PLC控制器上面具有網絡通信端口，將控制器與電腦服務器都安置在同一個路由器的同一網段即可使用手機觸摸屏還有服務器去控制。

在學校，課堂教學環節是學生接受系統教育最重要的一環。傳統的教室已經不適應現代化教學的需要，基于物聯網技術集智慧教學、環境智能調節及遠程控制于一體的新型現代化智慧教室系統在逐步的推廣運用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現代化教學手段，給教育行業帶來了新的機遇。

參考文獻：

[1]劉臻.智慧校園的物聯網基礎架構研究[J].武漢大學學報，2012.

[2]周浪.一種基于物聯網的智慧教室方案的設計與實現[J].無線電通信技術，2014.

作者簡介：張鵬義（1984-），男，江蘇淮安人，本科，講師，主要研究方向：電子技術應用、計算機檢測維修。endprint