基于物联网的智慧教室系统设计与实现

周永华

摘要 在物联网等新兴技术创新发展的带动下，教室管理也逐渐呈现出信息化、系统化发展趋势。基于物联网技术的智慧教室系统能够全面提升教室的信息化水平，为教师教学和学生学习创造更加良好的环境。本文对基于物联网的智慧教室系统的设计与实现展开了探讨。

【关键词】智慧教室 物联网 系统架构 网络架构

1 智慧教室系统架构设计与实现

该系统设计以数据分层、分布式功能理念为基础，构建功能多样的信息化管理系统，为中学智慧教室的建设与运行创造物联网信息系统，从而实现已有硬件与软件功能的联动与融合，并充分保证系统的升级可能，预留充足的功能接口满足系统今后的发展要求。系统构架图如图1所示。

本文设计的基于物联网的中学智慧教室系统框架结构包含4个层次，如下所示：

1.1 终端层

这一层次直接与用户服务相连，依据实际使用过程中的用户需求来提供针对性的服务。终端层的具体功能为：全面联通中学教室中的各个过媒体设备以及传感器等，并通过系统控制中心来完成各个设备的智能化控制，最终使得智慧教室实现高效、快速、顺畅的运转，为教师和学生带来一种全面的教学模式和学习体验。

1.2 室内监控层

顾名思义，该层设立的目的就是为系统运行提供监控层面的支持，比如对教室内灯光、屋门、窗户以及相关设备的检测以及智能化控制，确保教室内部温度、光线等方面的舒适性，为教学创造优质的条件，提升学生们的学习效果。

1.3 中间层

中间层面向数据，为智慧教室系统的运转来提供相关的数据支撑，比如数据存储、分析以及传输等，中间层是整个智慧教室系统运行的数据基础。

1.4 硬件层

硬件是与软件相对的，硬件层包含着智慧教室系统运行所需要的各种硬件设备，为系统运行提供必要的硬件支持。

2 智慧教室系统网络架构设计与实现

基于物联网的智慧教室系统终端能够通过多重网络来进行数据的交互，依据各个模块作用和功能的差异性，本系统设置有展示模块、数据仓储模块、数据传输模块以及数据采集模块，具体构成如图2。

通过对中学教室的实际需求进行分析，运用三层网络构架来对智慧教室系统进行架构，具体如下：

2.1 无线数据节点

通过设置的传感器来进行相关数据的收集以及传输，主要数据包括教室内部的温度、湿度、污染物浓度以及光照强度等。

2.2 无线数据传输网络

设置互联网、局域网来进行数据的传输。

2.3 数据路由器

系统中的数据来源于在教室内分布的各个传感器，数据路由器最重要的功能就是为这些不同来源的数据供给统一的接口，将数据集中的传输到系统的数据处理模块，在数据处理模块将会对收集到的数据进行统一的分析以及处理，最终形成控制指令。

3 智慧教室系统功能模块分析

3.1 教学模块

教学模块主要包含投影仪、音响、问答器以及麦克风等硬件设施。这些设施在智慧教室系统的控制下能够在一定程度上取代黑板和粉笔，降低教师和学生受到的粉尘危害，有助于其身体的健康;另外该系统的运用还能够使教师在课堂教学中摆脱黑板的制约，可以在任何区域来开展教学，增强教师和学生之间的交互性。有助于课堂教学效果的进一步提升。

3.2 LED显示模块

LED显示模块通常都都多块LED面板所组成，其最基本的功能就是显示室内环境的基本参数以及教师、班级与科目等内容。

3.3 室内环境智能感知模块

该模块是本系统的核心模块，主要包含传感器、数据传输以及数据处理技术，为系统的运转来提供数据支撑。具体来讲，就是传感器收集到的相关数据经过网络传输到系统的数据处理中心，然后控制中心发出指令来实现对各种设备的智能化控制。

3.4 空调或换气扇智能化调整

优秀的教学质量需要良好的教室室内环境，所以，为保证教室室内环境的优良性，现代中学的教室通常都具有空调或者换气扇。智慧教室系统能够对空调与换气扇等来进行智能化的调控，保证教室内部環境的优良性。

3.5 教室环境监控评价质量和系统工作状态显示

该模块最主要的功能就是对中学课堂环境的相关数据来进行反馈，以便于用户能够实时的对教室内部环境状况进行了解。比如课程、班级、教师、设备运行状态等信息都会进行显示。

4 结语

综上所述，基于物联网技术的智慧教室系统应用到中学课堂教学中，能够将中学教室中的相关设备进行统一的智能化控制，进一步提升中学教学的智能化水平，为中学教师和学生创造优质的教学环境，使他们能够更好的开展教学和学习。

参考文献

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[2]刘君.基于物联网技术的中学智慧教室的设计研究[J].陕西理工学院学报（自科版）， 2017， 33 （05）： 52-57.

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