基于PHP技术的智慧教室监控平台设计研究

冯英伟 吕 国

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 引 言

在物联网技术的基础上构建智慧型教室，可以提高现代化教学的质量.用户通过智慧教室监控平台可以实时的对教室环境进行监控和管理，这样有助于学校教学的有序开展，智慧教室的建设已经成为推动现代化教育的重要手段.

1 PHP技术

PHP技术作为免费使用的开源访问代码，是为WEB开发设计的一种脚本语言，成本低功能强.在监控平台的设计中采用PHP语言对WEB应用程序进行开发，可以提高智慧教室监控平台的安全性，并实现监控平台系统的模块化管理.Apache作为服务器设计中采用的开源服务器软件，具有跨平台性和安全性，可以实现在任何的系统上安装运行，本文对服务器设计主要采用Apache服务器软件.MySQL作为常用的关系型数据库管理系统，可以实现对数据的安全有效保存，提高了数据在服务器中存储的效率，并进一步提升了数据库的运行速度.PHP、Apache和MySQL共同构建了本系统监控平台的开发环境.

2 监控平台设计

2.1 需求分析

智慧教室监控平台的设计满足用户对教室进行监控和管理的基本需求，对教室环境中的温度、湿度、甲醛浓度和PM2.5浓度等数据进行实时监测.系统通过物联网传感器原理对监测的各种数据进行存储和处理，在主控制器中对数据进行汇总和处理，然后通过无线通信单元把数据传输到数据库，这样用户可以通过监控平台的远程控制功能，对教室环境进行监测并执行相应的功能，满足用户对教室管理和控制的基本需要.例如：如果教室发生空气质量超标情况，那么安装在教室的报警器就会自动报警，无线通信单元就会把报警数据发送给管理人员，这样可以在第一时间对故障进行处理，保护教师学生的身体健康；用户通过智慧教室监控平台实现对教室内空调的开关操作，并可以对空调的温度进行调整；通过监控平台可以实现对教室内窗帘开关以及对灯光的亮度进行调节；通过监控平台对排气扇进行控制实现对室内空气中二氧化碳以及PM2.5浓度的调节，改善室内环境质量.

2.2 总体结构设计

监控平台总体结构的设计采用B/S结构，方便用户对系统的开发和维护.本系统采用PHP+Apache+MySQL模式对监控平台开发环境进行搭建，监控平台总体结构设计如图1所示：

图1 监控平台总体结构图

用户可以通过监控平台的网页对教室进行实时监控和管理.用户通过监控平台网页界面，登录监控平台系统，实现对各个教室的环境信息进行实时的监控和管理，环境信息包括温度、湿度、甲醛含量以及PM2.5含量等信息.用户可以通过监控平台对教室的视频监控信息进行实时查看，并通过监控平台的功能对教室的空调、灯光以及窗帘等设备的开关进行控制和管理.用户也可以通过智能手机等移动终端设备对监控平台进行登录和使用，这样就不受空间的限制，为用户对监控平台的使用提供了便利.监控平台功能结构图如图2所示：

用户登录模块设计：在WEB浏览器中登录平台界面，进入登录界面输入账号和密码，点击登录按钮提交账号和密码数据，如果输入信息和数据库中的数据相对应，就可以进入到平台控制界面.如果数据错误弹出错误信息对话框，重新登录或者注册新用户.用户登录网页和服务器之间的数据交互设计：首先在服务器上建立control.h文件，control.h文件构建的作用是从数据库中获取control表单数据，这样可以实现用户登录网页和服务器之间的数据交互.

视频监控模块设计采用IP Camera网络摄像头，在对摄像头进行使用的时候，只要对监控摄像头的IP和端口进行配置就可以，然后通过平台界面的远程控制功能实现对教室环境的监控.用户登录监控平台的网页就可以查看监控情况，并可以24小时的全方位对教室环境进行在线监控.另外，监控摄像头可以对教室监控的信息进行实时的存储，这样用户可以根据自己的需要查看某一时间段的教室监控信息.

教室环境监测模块设计主要是设置温度监测传感器、湿度监测传感器、甲醛监测传感器、二氧化碳监测传感器以及PM2.5监测传感器，通过各个节点传感器对教室环境参数数据进行采集和处理，并把传感器收集的数据经过无线通信单元传输到主控制器中的服务器进行存储和处理.教室环境监测设置多个传感器节点，由传感器节点负责对环境参数信息进行采集，然后由ZigBee无线通信传输到主控制单元中，主控制单元在对数据进行处理后把指令返回到传感器节点并执行.

空调控制模块采用红外遥控单元进行设计，并通过红外通信技术对数据进行传输.空调红外遥控单元对数据信号采集和处理是通过STM9单片机实现的，并附加一个内存为512KB的AT24C256C存储芯片对数据进行短时间存储，防止断电后单片机中的数据丢失，附加存储芯片可以对数据进行短暂存储，完整的掌握教室空调的数据信息，更有利于用户对空调功能的控制和管理.

在灯光控制模块中，光照传感器设计采用传感器BH1800FVI对光照强度进行检测，并在传感器内安装32位的AD转换器，实现对数据信息的准确输出.光照传感器可以安装在教室黑板位置，这样可以监控教室整体的光照情况.通过灯光控制模块对教室区域内光照的数据进行采集和处理，然后由监控平台的主控制器对灯光数据进行处理，最后把命令返回到灯光控制模块并执行.

2.3 硬件设备和监控平台通信设计

硬件系统和平台之间的无线通信是通过SIM900A模块连接的.SIM900A模块采用AT命令接口，并对GSM短信以及GPRS上网功能提供支持，可以在GPRS网络的支持下实现无线通信.硬件设备与平台进行无线通信是通过三个接口实现数据交换的，无线通信单元采用POST模式，把传感器上检测和收集的数据信息发送到A接口，然后SIM900A模块向B接口发送请求命令，并接收B接口返回的执行命令，再对硬件系统进行控制操作.在无线通信过程中，B接口要频繁的接收到请求命令，设定频率为1s一次.在无线通信过程中，当命令执行完毕后将执行结果会返回给C接口，然后监控平台对硬件系统的命令执行情况进行判断，看命令执行是否成功.监控平台会对命令执行的有效性进行验证，如果命令执行有效，那么把数据进行分解之后存储到数据库中.硬件设备与平台进行无线通信是通过三个接口实现数据交换的，过程图如图3所示：

图3 硬件设备与平台进行无线通信数据交换图

监控平台接收到SIM900A模块设备发送的GPRS的请求后，会读取数据库中的控制信息，然后把数据发送到无线通信单元，并交给平台的主控制单元对其进行执行.在监控平台的主控制单元中采用ZigBee无线通信，实现与系统内各个传感器节点之间的通信.系统内传感器节点采集的数据通过ZigBee无线通信传输到主控制单元，由主控制单元对数据进行处理然后传输到服务器.ZigBee无线通信模块采用CC2650芯片，可以有效的解决IEE 802.15.4协议的问题，功耗低并且功能强大，在物联网中得到广泛的应用.

3 总 结

本文是在物联网技术基础上，采用PHP技术对系统的开发环境进行设计，构建了智慧教室监控平台.通过智慧教室监控平台，实时的对教室环境进行监控和管理，为数字化教学的发展提供了重要的保障.