無線傳感網技術在智慧教室系統中的應用

山東華宇工學院信息工程學院 李國良

在優化智慧教室系統的過程中，需要對智慧教室系統功能、遠程控制、智能化設備管理、無線通信等方面進行綜合分析，通過信息數據傳輸與信息處理，提升智慧教室系統的無線傳輸水平。結合無線傳感網的特點，對智慧教室系統的運行狀態、故障檢測、設備應用等方面進行綜合分析，在數據加密與傳輸處理的基礎上，提升智慧教室系統的應用價值。

1 智慧教室介紹

智慧教室系統可以通過PST框架進行設計，將學習空間、信息技術與教育教學融合在一起，這對實現探究式教學、小班教學、混合式教學、翻轉課堂與遠程化教學等方面有積極作用。智慧教室系統的概念是以內容呈現、環境管理、資源獲取、及時交互、情境感知等為中心，并建立智慧管理模塊，提高智慧教室系統的實際應用水平。智慧教室系統可以通過視覺、聽覺兩種形式，提高學生對教學信息的理解水平。環境管理則是對教室所有設備、環境等進行分析，例如：針對監控、空調、燈光、溫度、濕度、二氧化碳濃度等進行網絡化、智能化管控。資源獲取可獲得本地資源、網絡資源、云端資源等相關數據，在進行數據交互與信息處理的基礎上，提高教學的智慧化發展水平。

2 智慧教室系統的框架設計

在對智慧教室系統進行框架設計與分析中，由大數據分析、集中管理平臺智慧教學與教學環境管理等功能構成；在實際操作中，可以通過學習軟件與教育硬件構成的方式，提高智慧教學服務水平。在智慧教室系統的網絡架構設計中，以教室層、網絡層、管理層為中心，通過集中管理平臺，對教室的設備、環境等方面進行控制，優化智能化教學系統，提高智慧教室的綜合發展水平。

3 智慧教室系統的硬件設計

無線傳感網下的智慧教室系統設計包含傳感節點的硬件設計、控制節點等內容，在對環境變化進行優化的基礎上，可提升硬件監控與信息處理水平。在智慧教室系統的功能設計中以CC2530F256為核心，并通過ZigBee協議，提高節點密度管理與數據的負荷管理水平。在網狀網絡的工作環境下，可通過ADC0809轉換器將信息數據轉化為數字量，通過ZigBee數據終端可以將數字量傳輸到控制平臺，其轉換結構如圖1所示。

圖1 ADC0809轉換時序

在對網關節點數據進行分析處理的過程中，可通過網絡節點的數據匯總與信息處理對信息數據進行整合，以幀的方式對數據信息進行傳輸與控制。智慧教室系統在優化的過程中可以通過無線網對節點數據信息進行整合，并對教育教學信息反饋、數據整合過程等方面進行優化，在對網絡數據進行有效處理的基礎上，可提升教育教學相關數據信息的處理水平。

4 智慧教室系統的構成與功能分析

在智慧教室系統設計中包含智能教學系統、精品錄播系統、智慧考勤系統、智慧學情分析系統、智慧設備管控系統、智慧溫濕度環境控制系統、智慧空氣環境質量控制系統、智慧護眼光環境控制系統等，在數據分析與功能模塊設計的基礎上，可提升數據信息處理水平。無線網的智慧教室系統優化與功能設計，考慮智慧考試的實際需求，對教室環境、課堂準備、教學過程等方面進行優化，通過教學設計與教學方式拓展，達到提高教學水平的目的。

智能教學系統。以智能化教學系統為中心，以多點觸控、高清液晶顯示等集成化設計，對數據交互過程、信息處理等方面進行完善。通過智慧教室系統完成板書、PPT演示、課堂提問等相關操作，學生可以自主、快速加入到小組討論中，并進行畫面投屏、動態預覽、動態批注等操作，這對形象化展示知識以及提高學生的學習興趣等方面有積極作用。

錄播功能。利用智慧教室系統，教師可以對課堂內容進行跟蹤拍攝與錄制，并對授課板書、學習交互等教學場景進行切換與教學資源調度，這對教學創新與教學資源優化等方面有積極作用。在支持接入電腦信號進行錄制的過程中，可對教學內容進行編輯與處理，從而滿足教學反思與教學反饋的實際需求。

智慧考勤系統。結合智慧教室系統的功能設計，以深度學習算法為主要手段，利用無線網以及信息識別技術實現智慧考勤，并對課堂考勤進行優化，提高教室日常管理水平。

智慧學情分析。通過智慧教室系統抓拍學生課堂行為，并對學生的課堂行為進行分析，充分了解學生的學習狀態，從而實現多元化、個性化教學拓展。

智慧設備管控系統。在智慧教室系統中建立集控管理平臺，對遠程管控、信息搜集、數據分析、數據監測、數據統計、故障報警等相關功能進行設計。利用大數據平臺，對教室信息設備的運行、數據、狀態等方面進行綜合分析，提高設備的可視化管理水平。

智慧溫濕度環境控制系統。根據教室的環境測量值，在智慧教室系統中設置目標參數對空調的運行進行調控，在對溫濕度環境變化進行統計與控制的基礎上，改善教室的環境。

空氣環境質量控制。建立CO2智能感知模塊、PM2.5感知模塊以及環境控制終端等，在對空氣環境進行質量檢驗與環境評估的基礎上，可實現空氣數據的檢驗與數據處理。

智慧護眼光環境控制。在對智慧調光過程進行優化中，可通過自動調節設備功率，提高教室的護眼管理水平。

5 智慧教室系統的應用

5.1 工作模式優化

基于無線網的智慧教室系統工作模式優化，需要以智慧教學模式為中心，并建立智慧互動課堂。智慧教室系統的工作模式具有可選擇性，在對教學場景進行優化中，可以通過通用型、協作型、分享型、遠程型、巨屏型等方式進行操作處理。通用型是通過云平臺與多端設備的應用，可實現單雙投影的教學方式，滿足智慧教室教學的創新需求。協作型智慧教室系統的實際應用是以教學小組為單位，建立合作性學習教學方案，在對學習環境以及TBL/PBL教學方式等進行優化的基礎上，提升協作教學在智慧課堂中的應用效果。分享型的教學系統是通過計算機實訓優化智慧教學場景，通過多屏互動、數據共享的方式，對智慧教室系統的工作模式進行優化，提升互動教學水平。

5.2 智慧教室系統的維護與管理

在對智慧教室系統的實際應用進行分析中，則是從智慧教室系統的數據源與核心聯動的角度來進行控制。例如，在進行環境監控的過程中，可以利用溫度、濕度、二氧化碳等相關傳感器對環境進行監控。通過無線網絡與通信技術對通信數據采集、數據傳輸、數據存儲等方面進行優化，在通信組網與智能監控的基礎上，提升監控數據的處理水平。在對智慧教室系統的數據傳輸過程、數據信息處理等方面進行優化中，可通過智慧教室系統對出勤率、教室的環境數據以及課件準備等方面進行集成化管理，在系統運行控制與數據操作的基礎上，可通過無線網絡提升智慧教室系統下的課堂教學水平。

5.3 智慧教室系統的智慧化設計

在建立智慧教室系統的過程中，可通過智慧教室系統改善智能教學環境，優化智能管理過程，在利用傳感器的基礎上，可對教室環境、智慧管理等方面進行優化，提高教室的智慧管理水平。例如，利用光線識別系統判斷是否啟動照明；溫度感應則可以通過環境檢驗，控制空調的開啟狀態；人臉識別技術則是通過多媒體設備，對教師、學生的實際出勤情況、教學維護等方面進行綜合控制。在此基礎上，可通過智慧教室系統完善學生學習生活系統，對學生的日常生活、出勤、安全等方面進行監管，在進行無線傳輸與信息處理的基礎上，可提升智慧教室系統的操作與控制水平。

結束語：在無線傳感網視角下，智慧教室系統的設計與應用以提高智慧教學水平為核心目標，并通過控制系統對教室環境、教學設備管控等方面進行優化，提升智慧教室系統的實際應用水平。智慧教室系統通過無線傳感網絡，通過多種終端，覆蓋教學空間。