无线传感网技术在智慧教室系统中的应用

山东华宇工学院信息工程学院 李国良

在优化智慧教室系统的过程中，需要对智慧教室系统功能、远程控制、智能化设备管理、无线通信等方面进行综合分析，通过信息数据传输与信息处理，提升智慧教室系统的无线传输水平。结合无线传感网的特点，对智慧教室系统的运行状态、故障检测、设备应用等方面进行综合分析，在数据加密与传输处理的基础上，提升智慧教室系统的应用价值。

1 智慧教室介绍

智慧教室系统可以通过PST框架进行设计，将学习空间、信息技术与教育教学融合在一起，这对实现探究式教学、小班教学、混合式教学、翻转课堂与远程化教学等方面有积极作用。智慧教室系统的概念是以内容呈现、环境管理、资源获取、及时交互、情境感知等为中心，并建立智慧管理模块，提高智慧教室系统的实际应用水平。智慧教室系统可以通过视觉、听觉两种形式，提高学生对教学信息的理解水平。环境管理则是对教室所有设备、环境等进行分析，例如：针对监控、空调、灯光、温度、湿度、二氧化碳浓度等进行网络化、智能化管控。资源获取可获得本地资源、网络资源、云端资源等相关数据，在进行数据交互与信息处理的基础上，提高教学的智慧化发展水平。

2 智慧教室系统的框架设计

在对智慧教室系统进行框架设计与分析中，由大数据分析、集中管理平台智慧教学与教学环境管理等功能构成；在实际操作中，可以通过学习软件与教育硬件构成的方式，提高智慧教学服务水平。在智慧教室系统的网络架构设计中，以教室层、网络层、管理层为中心，通过集中管理平台，对教室的设备、环境等方面进行控制，优化智能化教学系统，提高智慧教室的综合发展水平。

3 智慧教室系统的硬件设计

无线传感网下的智慧教室系统设计包含传感节点的硬件设计、控制节点等内容，在对环境变化进行优化的基础上，可提升硬件监控与信息处理水平。在智慧教室系统的功能设计中以CC2530F256为核心，并通过ZigBee协议，提高节点密度管理与数据的负荷管理水平。在网状网络的工作环境下，可通过ADC0809转换器将信息数据转化为数字量，通过ZigBee数据终端可以将数字量传输到控制平台，其转换结构如图1所示。

图1 ADC0809转换时序

在对网关节点数据进行分析处理的过程中，可通过网络节点的数据汇总与信息处理对信息数据进行整合，以帧的方式对数据信息进行传输与控制。智慧教室系统在优化的过程中可以通过无线网对节点数据信息进行整合，并对教育教学信息反馈、数据整合过程等方面进行优化，在对网络数据进行有效处理的基础上，可提升教育教学相关数据信息的处理水平。

4 智慧教室系统的构成与功能分析

在智慧教室系统设计中包含智能教学系统、精品录播系统、智慧考勤系统、智慧学情分析系统、智慧设备管控系统、智慧温湿度环境控制系统、智慧空气环境质量控制系统、智慧护眼光环境控制系统等，在数据分析与功能模块设计的基础上，可提升数据信息处理水平。无线网的智慧教室系统优化与功能设计，考虑智慧考试的实际需求，对教室环境、课堂准备、教学过程等方面进行优化，通过教学设计与教学方式拓展，达到提高教学水平的目的。

智能教学系统。以智能化教学系统为中心，以多点触控、高清液晶显示等集成化设计，对数据交互过程、信息处理等方面进行完善。通过智慧教室系统完成板书、PPT演示、课堂提问等相关操作，学生可以自主、快速加入到小组讨论中，并进行画面投屏、动态预览、动态批注等操作，这对形象化展示知识以及提高学生的学习兴趣等方面有积极作用。

录播功能。利用智慧教室系统，教师可以对课堂内容进行跟踪拍摄与录制，并对授课板书、学习交互等教学场景进行切换与教学资源调度，这对教学创新与教学资源优化等方面有积极作用。在支持接入电脑信号进行录制的过程中，可对教学内容进行编辑与处理，从而满足教学反思与教学反馈的实际需求。

智慧考勤系统。结合智慧教室系统的功能设计，以深度学习算法为主要手段，利用无线网以及信息识别技术实现智慧考勤，并对课堂考勤进行优化，提高教室日常管理水平。

智慧学情分析。通过智慧教室系统抓拍学生课堂行为，并对学生的课堂行为进行分析，充分了解学生的学习状态，从而实现多元化、个性化教学拓展。

智慧设备管控系统。在智慧教室系统中建立集控管理平台，对远程管控、信息搜集、数据分析、数据监测、数据统计、故障报警等相关功能进行设计。利用大数据平台，对教室信息设备的运行、数据、状态等方面进行综合分析，提高设备的可视化管理水平。

智慧温湿度环境控制系统。根据教室的环境测量值，在智慧教室系统中设置目标参数对空调的运行进行调控，在对温湿度环境变化进行统计与控制的基础上，改善教室的环境。

空气环境质量控制。建立CO2智能感知模块、PM2.5感知模块以及环境控制终端等，在对空气环境进行质量检验与环境评估的基础上，可实现空气数据的检验与数据处理。

智慧护眼光环境控制。在对智慧调光过程进行优化中，可通过自动调节设备功率，提高教室的护眼管理水平。

5 智慧教室系统的应用

5.1 工作模式优化

基于无线网的智慧教室系统工作模式优化，需要以智慧教学模式为中心，并建立智慧互动课堂。智慧教室系统的工作模式具有可选择性，在对教学场景进行优化中，可以通过通用型、协作型、分享型、远程型、巨屏型等方式进行操作处理。通用型是通过云平台与多端设备的应用，可实现单双投影的教学方式，满足智慧教室教学的创新需求。协作型智慧教室系统的实际应用是以教学小组为单位，建立合作性学习教学方案，在对学习环境以及TBL/PBL教学方式等进行优化的基础上，提升协作教学在智慧课堂中的应用效果。分享型的教学系统是通过计算机实训优化智慧教学场景，通过多屏互动、数据共享的方式，对智慧教室系统的工作模式进行优化，提升互动教学水平。

5.2 智慧教室系统的维护与管理

在对智慧教室系统的实际应用进行分析中，则是从智慧教室系统的数据源与核心联动的角度来进行控制。例如，在进行环境监控的过程中，可以利用温度、湿度、二氧化碳等相关传感器对环境进行监控。通过无线网络与通信技术对通信数据采集、数据传输、数据存储等方面进行优化，在通信组网与智能监控的基础上，提升监控数据的处理水平。在对智慧教室系统的数据传输过程、数据信息处理等方面进行优化中，可通过智慧教室系统对出勤率、教室的环境数据以及课件准备等方面进行集成化管理，在系统运行控制与数据操作的基础上，可通过无线网络提升智慧教室系统下的课堂教学水平。

5.3 智慧教室系统的智慧化设计

在建立智慧教室系统的过程中，可通过智慧教室系统改善智能教学环境，优化智能管理过程，在利用传感器的基础上，可对教室环境、智慧管理等方面进行优化，提高教室的智慧管理水平。例如，利用光线识别系统判断是否启动照明；温度感应则可以通过环境检验，控制空调的开启状态；人脸识别技术则是通过多媒体设备，对教师、学生的实际出勤情况、教学维护等方面进行综合控制。在此基础上，可通过智慧教室系统完善学生学习生活系统，对学生的日常生活、出勤、安全等方面进行监管，在进行无线传输与信息处理的基础上，可提升智慧教室系统的操作与控制水平。

结束语：在无线传感网视角下，智慧教室系统的设计与应用以提高智慧教学水平为核心目标，并通过控制系统对教室环境、教学设备管控等方面进行优化，提升智慧教室系统的实际应用水平。智慧教室系统通过无线传感网络，通过多种终端，覆盖教学空间。