物联网智慧教室建设研究

李志刚

摘 要：21世纪信息技术的飞速发展为学校现代化建设提供了机遇和挑战。为了方便学生学习，教室目前实行开放式管理，这也给课室的灯光、空调、多媒体等设备管理带来了困难，文章讲述的智慧教室是应用物联网管理技术的现代化教学方式，不仅可实现多媒体教室本地教学设备和教学环境智慧控制，还在数字化多媒体教室解决方案中实现示范课录播直播、安防监控、门禁考勤、电子班牌及IP广播等系统功能，形成以信息化建设为基础的智慧型教学整体解决方案。

关键词：智慧教室；控制；物联网

物联网智慧教室基于物联网技术，运用传感器、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）等技术，使信息传感设备实时感知需要的信息，通过ZigBee接入方式，把设备与网络相连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对设备的智慧化识别、跟踪、监控和管理。

1 物联网智慧教室技术特点

物联网智慧教室终端机，内置了工业级计算机和物联网路由器，安装于教室内可实现教室的物联网覆盖，WiFi覆盖，实现对教室各种电教设备的统一管理，通过一个控制面板直接操作多个电教设备，提高设备的使用率和使用效率；实现设备之间的互联互通采集设备使用数据上传至后台管理系统，自动检测和记录设备故障，实时查看设备运行状态添加计划任务，远程控制设备开关机等，使设备管理更高效、便捷。物联网智慧教室包括电教设备统一管理；设备和环境监控，电源管理；数据云端统计、分析；故障申报；物联控制；融合录播系统、音视频校园广播系统、照明管理系统、空调控制系统等，实现本地和远程集中控制，从而提高校园设备的管理效率，延长设备的使用寿命，有效降低整体能耗[1]。

2 物联网智慧教室技术分析

2.1 多媒体控制

物联网智慧教室将所有电教设备的操作集成在一个平台上，通过控制面板，便可以直接操作电脑、投影机、实物展台、电子白板等教学设备。自定义场景设置，可实现信号通道自由快速切换，完成投影开关、幕布升降、灯光开关、信号源播放、音量调节、门禁甚至整套设备的一键开关机等操作。教室计算机和各种设备都可以通过物联网教室终端机连接校园网，不同设备之间可以互联互通。教室各种数据自动采集并上传到智慧校园物联网后台管理系统。系统支持对投影机、投影幕、话筒的音量调节、视频的切换、灯光的明暗和开关、电动窗帘的开合、空调开关等设备的一系列集中控制。

2.2 数字广播系统控制

物联网智慧教室融合校园电教设备的智能管理，校园IP数字广播系统将功放、交换机、麦克风、编码器等硬件设备高度集成与整合，实现一网多用，三网合一。系统支持定时广播：支持一次性、每天、每周、每月定时播放，支持开机自动运行。通过将电脑音频输出连至扩音机（功放机），可用于学校自动定时广播打铃声、校园歌曲、广播体操、背景音乐等，无需单独重新购置广播系统、操作简单、维护方便。

2.3 智能安防系统

智能安防系统由网络摄像头、人体探测传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、紧急按钮以及声光报警器等设备组成。基于无线网络或有线网络的远程视频监控功能；人体探测传感器、烟雾传感器以及温湿度传感器实时监控室内各种环境信息，一旦有异常情况发生，自动生成报警信号。

2.4 录播系统控制

物联网智慧教室融合全自动录播系统，内嵌实时录制、实时直播、后期点播、图像跟踪、触摸屏控制、本地监控等功能模块。利用计算机网络和多媒体技术将教学过程实时数字化，转化为教学视频，将传统演播室延伸到普通教室，简化了资源建设的流程，节约了人力，在录制的同时还能提供网络直播、点播等功能。支持MP4/FLV/TS/MOV/MKV/AVI 6种格式同步录播，IE网页直接播放，满足不同平台和系统的应用；标准HTTP/RTSP/RTMP/HLS直播及点播接口，XML数据交换技术，轻松对接云平台。

2.5 物联网中控管理系统

智慧教室中控网关与各个智能终端相连，通过运行在数据中心的管理软件向中控主机发送命令可统一管理各传感器与窗帘电机、灯光、门禁系统、监控系统等设备。通过ZigBee或WiFi网络把传感器与控制电器联系起来，使之成为一个整体，互相影响，互相协作运行，实现对实验室的管理自动化、安防自动化等功能。软件提供远程服务，用户通过软件可实施远程设备控制，并实现远程监控。智慧实验室中控管理系统与物联网信息平台中的有线交换机连接，将服务器中的数据显示在一体机上。

2.6 安防报警系统

物联网智慧教室融合防火报警系统，通過设置在教室内的多个感烟探测器、温度探测器、红外及微波探测器等，自动进行判断并发布火灾预警信号。通过模拟火灾报警，增强师生抗灾演习，提高应对突发情况的处置能力；全校范围内构建防火警报，可有效降低意外火灾造成的人员伤害和财产损失；防火报警系统与消防指挥中心联动，及时处置火情灾害。

2.7 新风系统

物联网智慧教融合新风系统，将室外的新鲜空气源源不断地送入室内，使教室内空气的洁净度始终维持在较高的水平。另外，当教室内气温高于室外的气温时，系统将自动启动，增强教室内散热，防止老师和学生因空气闷热、潮湿等引起的不舒适，保护师生身心健康。

智慧教室场景如图1所示。

3 物联网智慧教室应用价值

物联网智慧教室包括电教设备统一管理；设备和环境监控，电源管理；故障申报；物联控制；融合、照明管理系统、空调控制系统等，实现本地和远程集中控制，从而提高校园设备的管理效率，延长设备的使用寿命，有效降低整体能耗。其应用价值如下[2]。

3.1 简单易用

物联网智慧教室重点展示与教学活动相关的常用功能，便于教师在教学活动中，简单快速操作相关设备，避免因丢失遥控器或找不到电源开关等因素影响教学效率。系统支持场景设置，可轻松实现一键开、关机及设备组合使用；可快速分区域远程控制指定设备。

3.2 绿色节能

物联网智慧教室支持远程设备状态查看和功耗信息展示。系统自动检测各设备运行状况，实时记录设备功耗，适时休眠或关闭未使用设备，以保护和延长设备使用寿命，在控制设备使用成本的同时，也有效地降低了能源消耗。

3.3 方便维护

物联网智慧教室可对设备进行在线故障申报、跟踪和定位，方便故障的判定，协助管理人员及时分析和解决设备故障问题并自动生成和保存维护记录，保障教学工作顺利进行。

3.4 实时监控

物联网智慧教室可针对环境进行实时监测，通过对光照、温度、湿度、声音、烟尘及有害气体等传感信息的实时监测，方便管理人员及时掌握教学环境状况，为广大师生打造舒适、良好的教学环境，有益师生身心健康。

3.5 数据分析

物联网智慧教室自动将设备监测数据进行汇总，方便管理人员随时查阅，在必要的时候可作为设备更新和采购的选择依据。系统将根据一段时间和设备应用范围、数量等信息，向管理人员推荐安全、可靠、性价比高的品牌及型号产品，从而提高采购效率，有效控制采购成本。

3.6 安全智能

物联网智慧教室支持无人值守，通过广泛分布于校园内的各类传感器及摄像头，实时监控整个校园环境。通过设定异常提醒和报警，及时发现安全隐患并迅速通知相关工作人员，确保校园内人员及设备安全。

4 结语

随着物联网化浪潮推进，教育的物联网化建设受到社会的广泛关注。新科技革命到来，物联网技术突飞猛进，推进建设智慧化校园，打造智能感知的学习环境，保障校园学生安全问题已成为以人为本的教育业发展的关键。智能感应是物联网最主要的特征及优势，智慧教室通过应用物联网技术能够对学生安全、教学活动、教学资源等进行有效管理，有利于创建和谐、智能、便捷的学习环境。

[参考文献]

[1]刘春立.基于物联网的智慧校园建设与发展研究[J].中国新通信，2016（14）：76.

[2]贾丽美，曹乐泉.浅析物联网在教育中的应用[J].赤峰学院学报（自然科学版），2014（2）：170-172.