中智訊（武漢）科技有限公司
開放式智慧教室實訓系統建設方案

1. 智慧教室項目開發背景
   互聯互通的物聯網技術

隨著網絡覆蓋的普及，人們提出了一個問題，既然無處不在的網絡能夠成為人際間溝通的*的工具，為什么我們不能將網絡作為物體與物體溝通的工具，人與物體溝通的工具，乃至人與自然溝通的工具？于是，物聯網技術的發展應運而生。物聯網是“萬物溝通”的、具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網絡，實現了任何時間、任何地點及任何物體的連結。可以幫助實現人類社會與物理世界的有機結合，使人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，從而提高整個社會的信息化能力。

物聯網從技術角度講分為三個部分：全面感知、可靠傳遞、智能處理，是傳統嵌入式技術的一種應用延伸，囊括從ARM接口技術、傳感器接口技術、微控制器驅動應用、無線網絡技術、ZigBee無線通信技術、6LoWPAN無線通信技術、*6無線通信技術、嵌入式操作系統、高級嵌入式網絡通信、智慧云中間件、Android移動應用、嵌入式服務器編程、智慧數據分析與挖掘等課程資源的學習：
 

中智訊（武漢）科技有限公司
開放式智慧教室實訓系統建設方案

1. 智慧教室項目開發背景
   互聯互通的物聯網技術

隨著網絡覆蓋的普及，人們提出了一個問題，既然無處不在的網絡能夠成為人際間溝通的*的工具，為什么我們不能將網絡作為物體與物體溝通的工具，人與物體溝通的工具，乃至人與自然溝通的工具？于是，物聯網技術的發展應運而生。物聯網是“萬物溝通”的、具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網絡，實現了任何時間、任何地點及任何物體的連結。可以幫助實現人類社會與物理世界的有機結合，使人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，從而提高整個社會的信息化能力。

物聯網從技術角度講分為三個部分：全面感知、可靠傳遞、智能處理，是傳統嵌入式技術的一種應用延伸，囊括從ARM接口技術、傳感器接口技術、微控制器驅動應用、無線網絡技術、ZigBee無線通信技術、6LoWPAN無線通信技術、*6無線通信技術、嵌入式操作系統、高級嵌入式網絡通信、智慧云中間件、Android移動應用、嵌入式服務器編程、智慧數據分析與挖掘等課程資源的學習：

物聯網與智能硬件

物聯網的內涵在于人與物對話，當空調、汽車、廚房、書包能夠主動與人“對話”，提供它的服務，嘮叨它的抱怨時，就已經智能化了。物聯網的未來會大量改造現有基礎設備，采用嵌入式技術為設備植入智能大腦，開發出生動的智能硬件設備

物聯網與傳感網絡

現代社會的信息交互離不開網絡，智能硬件也需要通過網絡進行傳輸。由于智能硬件的低成本/低功耗等多方面的嚴格要求，衍生出無線傳感網絡技術。物聯網學科要求能夠培養全面的傳感網絡知識，包括：ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、RF433MHz、電力載波、*6等各種傳感網絡。特別是*6技術是未來物聯網傳感網絡的發展趨勢，能夠支持與互聯網的無縫接入，在開設ZigBee無線傳感網課程的基礎上，對*6技術的延伸尤為必要。

物聯網與智慧網關

物聯網傳感網絡屬于個域網的范疇，為了實現遠程交互，需要通過智能網關進行更遠的互聯網數據傳遞。智慧網關的開發包含嵌入式Linux操作系統、嵌入式網絡編程、嵌入式數據庫的設計、并發線程及消息推送等技術。

物聯網與智云中間件

物聯網是對現有傳統設施的一次升級，由此會帶來海量的傳感數據信息及交互日志信息，構建區域化的物聯網數據中心是物聯網信息化建設中的重中之重，而基于數據中心的智云中間件的設計更是系統設計中的核心環節。智云中間件涉及到云計算、大數據、數據分析、數據存儲、數據并發、數據挖掘等多個技術內容。

物聯網與系統應用

物聯網學科的應用開發主要基于兩部分：基于行業的B/S架構專家系統和基于移動互聯網的移動應用開發。
 

構建覆蓋每個物聯網技術知識點的多功能物聯網綜合實驗室符合當前人才培養需求，同時能夠將傳統計算機、電子、軟件、通信等相關專業進行學科融合，充分發揮實驗室在不同課程學習中的實驗作用。

物聯網經過近十年的發展，如今已經上升為一門電子類與計算機類核心的專業學科。從當前行業發展來看，物聯網研究方向主要基于五大新興領域：智能硬件、傳感網絡、智慧網關、智云中間件、系統應用。

1. 物聯網之智慧教室

智慧教室是數字教室和未來教室的一種形式。智慧教室是一種新型的教育形式和現代化教學手段，基于物聯網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控及遠程控制等于一體的新型現代化智慧教室系統，是推進未來學校建設的有效組成部分。

在學校，課堂教學環節是學生接受系統教育zui重要的一環，做好教學互動環節，是掌握好教學環節的質量，提高教學水平的關鍵。現行的教學過程中，傳統的簽到環節、疑問確認環節、提問互動環節、課堂小測試環節存在諸多問題。傳統的教學方式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、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控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

智慧教室設備能夠體現物聯網的三個層次（應用層、網絡層、感知層），運用傳感器、射頻識別（RFID）等技術，使信息傳感設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協議，通過可能的網絡（如基于WIFI的無線局域網、移動通信、電信網等）接入方式，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人的泛在鏈接，實現對物品的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。同時，智慧教室還能滿足學校物聯網技術專業開設的物聯網導論、傳感器原理及應用、無線傳感器網絡及應用、RFID技術及應用、物聯網工程及應用、物聯網標準與中間件技術、物聯網應用系統設計等課程的實踐實訓教學需要，并為學生或教師的物聯網技術應用項目開發提供平臺。

使學生通過智慧教室實驗平臺，能掌握物聯網技術基礎理論、物理信息系統標識與感知、計算機網絡理論與技術和數據分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域寬廣專業知識，具備一定的工程應用系統的開發、實踐能力和科學研究能力。

1. 開放式創新實訓室

智慧教室基于物聯網技術，那就可以搭建成一個物聯網應用場景，既可以用于學生進行創新實驗研究，也方便教師開展科學研究。可以通過智慧教室里面的人員考勤系統來判斷教室內是否有人員，如果教室內無人，則教室內所有系統處于關閉狀態；反之，則處于工作狀態。

智慧教室主要包括以下八個系統：

• 智能門禁系統

智能門禁系統由磁力門鎖、RFID讀卡器及配套軟件構成，采用RFID標簽（校園一卡通）對學生進行考勤統計，對進入教室的人員進行身份識別，對合法用戶進行考勤統計，對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋，在遠程對考勤情況的監控，統計以及存檔打印等。

• 電器控制系統

電器控制系統由電動窗簾、光照傳感器及配套控制軟件構成。首先通過光照傳感器來判斷教室內對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統及窗簾控制系統處于關閉狀態；反之，處于工作狀態。

• 電器遙控系統

電器遙控系統由紅外遙控器、紅外LED壁燈和配套控制軟件構成。通過光照傳感器監測室內光照度，通過分析數據，根據軟件預設值，當室內光照度低于限值時自動開啟紅外LED壁燈。夏天當室內溫濕度低于zui底門限值時自動關閉空調，實現室內溫濕度的自動控制。

• 安防報警系統

安防報警系統由燃氣/煙霧、報警器、排風扇及配套軟件組成。用于檢測室內可燃氣體濃度，并將狀態信息及時上傳至服務器。同時設置可燃氣體濃度達到一定值時，實施對排風扇開啟和報警。

• 環境監測系統

環境監測系統由溫濕度傳感器、光照度傳感器、空氣質量傳感器和配套監控軟件構成。通過溫濕度傳感器、光照度傳感器、空氣質量傳數據采集，通過分析數據，根據軟件預設值，來判定環境是否適合居住

• 攝像監控系統

攝像監控系統由攝像頭、紅外柵欄傳感器和配套監控軟件構成。通過攝像頭查看學生上課行為習慣。

• 能耗管理系統

能耗管理系統由智能電表、智能插座和配套軟件構成。通過軟件可以控制智能插座電源，實現控制相關電器的目的。采集電表數據設定用電額度，從而控制智能插座實現能耗管理

• 遠程醫療系統

遠程醫療系統由血壓傳感器、*、心率傳感器及配套軟件構成。可以采集血壓、體溫、心率的數據，通過分析得知身體狀況。可通過軟件和醫生聯機、質詢、整段。

1. 智慧教室項目實施方案
   1. 項目方案總體介紹

物聯網技術是一門綜合的工程應用類學科，幾乎涵蓋了當前熱門的幾個技術：智能硬件、移動互聯網、無線互聯網絡、M2M中間件、大數據挖掘等。高校在開展理論教學的同時，需要更加注重實踐環節，特別是對物聯網行業知識及行業應用需求的分析尤需重視。傳統實驗室的建設基本分為兩類，一種是采購實驗箱/實訓臺進行教學，基本上無法讓學生對項目總體有感性的認知；另一種是采購沙盤/樣板間進行項目演示教學，無法讓學生進行基礎性知識點的學習。能否讓兩種教學方式合二為一，讓學生能夠對完整的項目進行認知，又能夠在基礎實驗中直接對項目部件進行編程控制，同時還能綜合分組完成整體項目的實訓實驗？本項目方案即實現了一種創新型開放式智慧教室的實訓室構建方法，詳細教學模型如下
 

實驗室方案框架說明：

1）開放式智慧教室實訓系統基礎硬件設施由現有傳統教室改造而成，配合智慧開放式實訓桌，可構建各種實際可見的物聯網應用系統。

2）傳統實驗室基礎設備通過智能化改造，增加智能無線控制器，支持物聯網互聯互通功能展示，同時配合增加的各種行業應用需求的硬件，比如智慧教室、智能農業、智能交通、智能溯源等，可以完成豐富的應用項目展示，教師端通過管理軟件可以在線實時進行項目演示教學。

3）智慧開放式實訓桌提供豐富的分組實驗功能，傳統實驗室基礎設備通過分組設置不同的實訓模塊，通過總線接入到實訓桌，學生可通過本地的無線控制器，并聯對實際硬件進行采集和控制，教師可通過管理軟件在線實時抓取硬件控制流數據包進行作業分析。同時學生通過本地的無線控制器可以學習基礎的嵌入式接口技術、傳感器接口技術、傳感器網絡技術等基礎實驗。

4）智云物聯開放平臺采用標準的物聯網中間件技術，為物聯網項目開發構建一套完整的編程框架，方便進行快速的綜合應用項目開發與發布。

2.2   智慧教室功能概述

智慧教室硬件主體包含兩個部分：智慧樣板間、智慧實訓桌，兩者通過并行總線連接，可以滿足所有學生并聯控制

2.2.1智慧樣板間

智慧樣板間基于傳統實驗室基礎設備進行的升級改造，將實驗室分成8個功能區，分別可完成：環境監測、安防報警、電器控制、紅外遙控、智能門禁、攝像監控、能耗管理、遠程醫療等項目的獨立實訓，所有功能區均通過裝修安裝到實驗室墻壁。詳細的功能區配置如下：

每個智能傳感器都通過智云無線節點進行無線控制，并與教師端智能網關組成無線傳感網絡，通過教師管理軟件可完成綜合采集、控制和演示。

1. 智慧實訓桌

智慧實訓桌采用標準的六角桌，可同時滿足6個學生進行實驗學習。每個實訓桌與智慧樣板間的一個項目功能區對應，功能區內的傳感器將通過總線并線接入到實訓桌，每個實訓桌工位均可對該實訓區內傳感器進行控制。布局如下：

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