物聯網智慧教室建設研究

李志剛

摘 要：21世紀信息技術的飛速發展為學校現代化建設提供了機遇和挑戰。為了方便學生學習，教室目前實行開放式管理，這也給課室的燈光、空調、多媒體等設備管理帶來了困難，文章講述的智慧教室是應用物聯網管理技術的現代化教學方式，不僅可實現多媒體教室本地教學設備和教學環境智慧控制，還在數字化多媒體教室解決方案中實現示范課錄播直播、安防監控、門禁考勤、電子班牌及IP廣播等系統功能，形成以信息化建設為基礎的智慧型教學整體解決方案。

關鍵詞：智慧教室；控制；物聯網

物聯網智慧教室基于物聯網技術，運用傳感器、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）等技術，使信息傳感設備實時感知需要的信息，通過ZigBee接入方式，把設備與網絡相連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人的泛在鏈接，實現對設備的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。

1 物聯網智慧教室技術特點

物聯網智慧教室終端機，內置了工業級計算機和物聯網路由器，安裝于教室內可實現教室的物聯網覆蓋，WiFi覆蓋，實現對教室各種電教設備的統一管理，通過一個控制面板直接操作多個電教設備，提高設備的使用率和使用效率；實現設備之間的互聯互通采集設備使用數據上傳至后臺管理系統，自動檢測和記錄設備故障，實時查看設備運行狀態添加計劃任務，遠程控制設備開關機等，使設備管理更高效、便捷。物聯網智慧教室包括電教設備統一管理；設備和環境監控，電源管理；數據云端統計、分析；故障申報；物聯控制；融合錄播系統、音視頻校園廣播系統、照明管理系統、空調控制系統等，實現本地和遠程集中控制，從而提高校園設備的管理效率，延長設備的使用壽命，有效降低整體能耗[1]。

2 物聯網智慧教室技術分析

2.1 多媒體控制

物聯網智慧教室將所有電教設備的操作集成在一個平臺上，通過控制面板，便可以直接操作電腦、投影機、實物展臺、電子白板等教學設備。自定義場景設置，可實現信號通道自由快速切換，完成投影開關、幕布升降、燈光開關、信號源播放、音量調節、門禁甚至整套設備的一鍵開關機等操作。教室計算機和各種設備都可以通過物聯網教室終端機連接校園網，不同設備之間可以互聯互通。教室各種數據自動采集并上傳到智慧校園物聯網后臺管理系統。系統支持對投影機、投影幕、話筒的音量調節、視頻的切換、燈光的明暗和開關、電動窗簾的開合、空調開關等設備的一系列集中控制。

2.2 數字廣播系統控制

物聯網智慧教室融合校園電教設備的智能管理，校園IP數字廣播系統將功放、交換機、麥克風、編碼器等硬件設備高度集成與整合，實現一網多用，三網合一。系統支持定時廣播：支持一次性、每天、每周、每月定時播放，支持開機自動運行。通過將電腦音頻輸出連至擴音機（功放機），可用于學校自動定時廣播打鈴聲、校園歌曲、廣播體操、背景音樂等，無需單獨重新購置廣播系統、操作簡單、維護方便。

2.3 智能安防系統

智能安防系統由網絡攝像頭、人體探測傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、緊急按鈕以及聲光報警器等設備組成。基于無線網絡或有線網絡的遠程視頻監控功能；人體探測傳感器、煙霧傳感器以及溫濕度傳感器實時監控室內各種環境信息，一旦有異常情況發生，自動生成報警信號。

2.4 錄播系統控制

物聯網智慧教室融合全自動錄播系統，內嵌實時錄制、實時直播、后期點播、圖像跟蹤、觸摸屏控制、本地監控等功能模塊。利用計算機網絡和多媒體技術將教學過程實時數字化，轉化為教學視頻，將傳統演播室延伸到普通教室，簡化了資源建設的流程，節約了人力，在錄制的同時還能提供網絡直播、點播等功能。支持MP4/FLV/TS/MOV/MKV/AVI 6種格式同步錄播，IE網頁直接播放，滿足不同平臺和系統的應用；標準HTTP/RTSP/RTMP/HLS直播及點播接口，XML數據交換技術，輕松對接云平臺。

2.5 物聯網中控管理系統

智慧教室中控網關與各個智能終端相連，通過運行在數據中心的管理軟件向中控主機發送命令可統一管理各傳感器與窗簾電機、燈光、門禁系統、監控系統等設備。通過ZigBee或WiFi網絡把傳感器與控制電器聯系起來，使之成為一個整體，互相影響，互相協作運行，實現對實驗室的管理自動化、安防自動化等功能。軟件提供遠程服務，用戶通過軟件可實施遠程設備控制，并實現遠程監控。智慧實驗室中控管理系統與物聯網信息平臺中的有線交換機連接，將服務器中的數據顯示在一體機上。

2.6 安防報警系統

物聯網智慧教室融合防火報警系統，通過設置在教室內的多個感煙探測器、溫度探測器、紅外及微波探測器等，自動進行判斷并發布火災預警信號。通過模擬火災報警，增強師生抗災演習，提高應對突發情況的處置能力；全校范圍內構建防火警報，可有效降低意外火災造成的人員傷害和財產損失；防火報警系統與消防指揮中心聯動，及時處置火情災害。

2.7 新風系統

物聯網智慧教融合新風系統，將室外的新鮮空氣源源不斷地送入室內，使教室內空氣的潔凈度始終維持在較高的水平。另外，當教室內氣溫高于室外的氣溫時，系統將自動啟動，增強教室內散熱，防止老師和學生因空氣悶熱、潮濕等引起的不舒適，保護師生身心健康。

智慧教室場景如圖1所示。

3 物聯網智慧教室應用價值

物聯網智慧教室包括電教設備統一管理；設備和環境監控，電源管理；故障申報；物聯控制；融合、照明管理系統、空調控制系統等，實現本地和遠程集中控制，從而提高校園設備的管理效率，延長設備的使用壽命，有效降低整體能耗。其應用價值如下[2]。

3.1 簡單易用

物聯網智慧教室重點展示與教學活動相關的常用功能，便于教師在教學活動中，簡單快速操作相關設備，避免因丟失遙控器或找不到電源開關等因素影響教學效率。系統支持場景設置，可輕松實現一鍵開、關機及設備組合使用；可快速分區域遠程控制指定設備。

3.2 綠色節能

物聯網智慧教室支持遠程設備狀態查看和功耗信息展示。系統自動檢測各設備運行狀況，實時記錄設備功耗，適時休眠或關閉未使用設備，以保護和延長設備使用壽命，在控制設備使用成本的同時，也有效地降低了能源消耗。

3.3 方便維護

物聯網智慧教室可對設備進行在線故障申報、跟蹤和定位，方便故障的判定，協助管理人員及時分析和解決設備故障問題并自動生成和保存維護記錄，保障教學工作順利進行。

3.4 實時監控

物聯網智慧教室可針對環境進行實時監測，通過對光照、溫度、濕度、聲音、煙塵及有害氣體等傳感信息的實時監測，方便管理人員及時掌握教學環境狀況，為廣大師生打造舒適、良好的教學環境，有益師生身心健康。

3.5 數據分析

物聯網智慧教室自動將設備監測數據進行匯總，方便管理人員隨時查閱，在必要的時候可作為設備更新和采購的選擇依據。系統將根據一段時間和設備應用范圍、數量等信息，向管理人員推薦安全、可靠、性價比高的品牌及型號產品，從而提高采購效率，有效控制采購成本。

3.6 安全智能

物聯網智慧教室支持無人值守，通過廣泛分布于校園內的各類傳感器及攝像頭，實時監控整個校園環境。通過設定異常提醒和報警，及時發現安全隱患并迅速通知相關工作人員，確保校園內人員及設備安全。

4 結語

隨著物聯網化浪潮推進，教育的物聯網化建設受到社會的廣泛關注。新科技革命到來，物聯網技術突飛猛進，推進建設智慧化校園，打造智能感知的學習環境，保障校園學生安全問題已成為以人為本的教育業發展的關鍵。智能感應是物聯網最主要的特征及優勢，智慧教室通過應用物聯網技術能夠對學生安全、教學活動、教學資源等進行有效管理，有利于創建和諧、智能、便捷的學習環境。

[參考文獻]

[1]劉春立.基于物聯網的智慧校園建設與發展研究[J].中國新通信，2016（14）：76.

[2]賈麗美，曹樂泉.淺析物聯網在教育中的應用[J].赤峰學院學報（自然科學版），2014（2）：170-172.