基于物联网的智慧教学楼的研究与设计

宋蕾

摘要    伴随着物联网技术的快速发展，智能应用被广泛应用于千家万户之中。基于物联网的三层结构，研究与设计了智慧教学楼的架构信息。在分析物联网的三层软件的基础上，设计与分析了智慧教学楼的整体架构与局部细节信息。

【关键词】物联网 智慧教学楼

1 绪论

物联网以标准、互通的通信协议为基础，具有自我配置能力的全球性动态的网络设施。在物联网的这个网络中，所有实质和虚拟的物体都有特定的编码和物理特性，通过智能界面来实现无缝连接，实现信息共享。

物联网整体架构包括应用层、传输层和传感层。本文的智慧教学楼的设计主要与物联网的应用层进行连接与通信，应用层从智慧教学楼接收到数据后，进过相关协议与栈组织与传输层进行通信，传输层中的数据从应用层接收到，加上相关数据帧头与数据簇之后，将信息传递至传感层，由传感层进行综合识别与感知，进而完成物联网的智慧教学楼的一系列操作。

2 基于物联网的智慧教学楼的整体设计

将物联网于教学楼进行结合，进而形成物联网下的智慧教学楼。目前物联网主要由三个部分构成，包括应用层、传输层与传感层

具体的介绍内容如下：

2.1 应用层

在应用层面上，本文将传感器节点安装在各个教室内部，以便进行温湿度控制、电源开关控制、声波控制等自动化软件系统操作。传感器节点由传感层经过数模转换器，或者通过光钎将电信号转化为光信号。不论是自动化办公软件、自动化监控软件还是及时通信软件都在应用层布置传感器节点，以便于上层及时通信。

2.2 传输层

应用层的数据转换为光信号后，将由传输层的以太网交换机、光钎交换机等网络设备进行信号接收，进而将光信号转发出去。该层实现了感知层数据和控制信息的双向传输、路由以及控制，在传输大量感知信息的同时，对传输的信息进行了融合等处理。

2.3 应用层

该层是物联网与用户的接口，针对不同的用户与应用提供了相应的管理平台和运行平台，并且与不同行业的专业知识和业务模型相结合，实现了更加准确个精细的智能化信息管理。由传输层的光信号传输至应用层，经过数模转换器，将信号转换成电脑可以识别的二进制数字，传送到应用层的电脑所控制的终端节点，由相关管理人员进行操控。

3 智慧教学楼的模块化设计

物联网应用层、传输层与传感层分别对应于智慧教学楼的自动化办公软件模块、自动化监控软件模块和及时通信软件模块。

3.1 自动化控制软件

该模块主要负责对环境的感知与控制，其核心是直接數字控制器DDC，主要在各种建筑物中进行温湿度调节、开关控制以及程序操作的电子机械组件。将每个DDC控制器通过Zigbee协议，由无线传感器网络来实现对教学楼内每间教室的控制，中间经过传输线路，传输至楼宇自动化管理平台（终端电脑），进而由一台或者几台终端电脑直接操控智慧教学楼里面每间教室。

传输线路可以由双绞线来部署，将终端设备与智慧教学楼之间的距离尽量缩短至双绞线传输不产生误差的距离。

3.2 自动化监控软件

该软件模型包括了图像信息的采集，图像/数字转换器，数字控制模型，图像的输出，视频的采样与录像。

图像的采集与输出主要通过已成型的监控设备以及视频输入输出转换器来进行架构，监控设备实时监控教学楼的点滴变化，形成图像化信息。

数字控制模型，图像信息转换为数字信息之后，通过传输设备在该模型下进行存储，主要负责数字信息的存储与处理，主要位于视屏分配器处得位置。

不同设备之间通过同轴电缆来进行连接，考虑到数据输入输出速率不匹配的问题，可以在不同模型之间添加Mini-USB，也就是连接两个不同接口，中间穿插两个缓存器，有mini核心控制器来组成的器件，通常Mini-USB隐藏在传输线路之内。

3.3 及时通信软件

该模块主要用于即时通信与及时反馈。在网络通信协议中，存在着单播、多播和任播三种通信模式。本文借鉴这三种模式介绍该模块主要实现的功能。

单播模式，此处的设计，类似于信访制度，目的是实现老师与老师之间、学生与学生之间，以及师生之间的及时交流。

多播模式，在该模块中可以作为广播模拟装置。在教学楼各个教室之间安装广播器作为前端装置，通过传输广播线，可选用RVV2*1.5规格的广播线进行音频传输。以总线连接的方式，与终端的通信设备进行连接。以实现消息及时传达、广播的效果。

任播模式，是指在自动化监视软件实现之后，一对一的通信反馈即时问题，作为应急处理措施，优先级别为最高。在理论操控上，可以作为报警系统来看待。也就是，在监视软件处，凡认为重要优先的地段，如考场、医院等，穿插安装报警系统。

4 总结

物联网与教学楼的结合，可以满足人们对建筑环境信息化、智能化的需求，三大模块的出现提供给师生们了安全舒适的办公环境。

参考文献

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