張鑫 華澤鐸 楊玥

摘 要：智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，給教育行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。本文對(duì)智能教室進(jìn)行了研究，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能教室控制系統(tǒng)的應(yīng)用；利用各種傳感器采集傳輸信息，將數(shù)據(jù)信息通過無線方式傳送到上位機(jī)，系統(tǒng)根據(jù)采集的信息與數(shù)據(jù)庫里的參數(shù)進(jìn)行比較；通過系統(tǒng)的整合，使整個(gè)系統(tǒng)的安裝和調(diào)試更加系統(tǒng)，減少重復(fù)投資，降低安裝和調(diào)試的費(fèi)用，生產(chǎn)物美價(jià)廉的產(chǎn)品，使智能教室管理系統(tǒng)得到更好的普及和推廣。

關(guān)鍵詞：智能教室；CC2530；控制系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）07-0183-02

Abstract：as a new form of education and modern teaching methods， smart classroom brings new opportunities to education industry. This paper studies the intelligent classroom and puts forward the application of intelligent classroom control system based on the Internet of things. Using various sensors to collect and transmit information， the data information is transmitted wirelessly to the upper computer， and the system is compared with the parameters of the database. Through the system integration， installation and debugging the whole system more system， reduce duplication of investment， reduce the cost of installation and commissioning， cheap and fine products， make the intelligent classroom management system better popularization and promotion.

Key Words：smart classroom； CC2530； Control system； The Internet of things

智慧教室使用各種傳感器件，通過模塊無線接入智能教室管理系統(tǒng)。學(xué)生通過智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識(shí)與感知、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識(shí)，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V專業(yè)知識(shí)；具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。

1 智能教室的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能教室管理系統(tǒng)包括三個(gè)部分：主控芯（CC2530）、環(huán)境監(jiān)控部分（各種傳感器）和環(huán)境調(diào)節(jié)部分（各種外設(shè)）。本系統(tǒng)通過溫濕度傳感器、紅外傳感器、氣體傳感器、光敏傳感器、RFID標(biāo)簽和讀卡器、傳感器網(wǎng)關(guān)等，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，主要功能是識(shí)別物體、采集信息，與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的作用類似。它解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題。它首先通過傳感器、RFID標(biāo)簽等設(shè)備，采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過ZigBee無線通信技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)；系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

智能教室控制系統(tǒng)采用CC2530開發(fā)，它有三個(gè)不同的存儲(chǔ)器訪問總線（SFR、DATA和CODE/XDATA），以單周期訪問SFR、DATA 和主SRAM。它還包括一個(gè)調(diào)試接口和一個(gè)18輸入的擴(kuò)展中斷單元。中斷控制器提供了18個(gè)中斷源，分為六個(gè)中斷組，每組與四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)相關(guān)。當(dāng)設(shè)備從空閑模式回到活動(dòng)模式，也會(huì)發(fā)出一個(gè)中斷服務(wù)請(qǐng)求。驅(qū)動(dòng)電路部分通過CC2530的端口輸出高低電平來控制各用電器的工作。硬件主要電路圖如圖2所示。

2 智能教室的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該智能教室的軟件系統(tǒng)，主要分為以下九個(gè)子模塊：教學(xué)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、人員考勤系統(tǒng)、智能電器中央控制系統(tǒng)、門窗監(jiān)視系統(tǒng)、智能安防控制系統(tǒng)、健康度檢查系統(tǒng)、遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。

2.1服務(wù)器端

智能教室管理系統(tǒng)的PC服務(wù)器端口，作為整套設(shè)備的核心設(shè)備，它具備服務(wù)器開放關(guān)閉的選擇，傳感器接收數(shù)據(jù)的顯示，和遠(yuǎn)程Android數(shù)據(jù)的傳輸，并可以根據(jù)每個(gè)傳感器所檢測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)每項(xiàng)數(shù)據(jù)形成折線圖，顯示在電腦界面。實(shí)際界面效果如圖3所示：

PC-服務(wù)器端可以查看傳感器的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊打開串口，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度檢測(cè)、光強(qiáng)檢測(cè)、煙霧檢測(cè)、熱紅外檢測(cè)。同時(shí)也可對(duì)鏈接在節(jié)點(diǎn)上的用電器進(jìn)行控制。當(dāng)用戶按下界面按鈕時(shí)，PC端便會(huì)通過串口發(fā)送動(dòng)作事件從而獲得CC2530節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的處理結(jié)果，此時(shí)與節(jié)點(diǎn)相連接的用電器被開啟，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“門鎖”“空氣凈化”等按鈕時(shí)會(huì)使用電器處于不同的工作狀態(tài)。

2.2 Android手機(jī)端

用戶通過安裝在Android手機(jī)平臺(tái)的“智能教室管理系統(tǒng)”手機(jī)軟件APP對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)所檢測(cè)到數(shù)據(jù)和用電器的狀態(tài)進(jìn)行查看，點(diǎn)擊PC端的啟動(dòng)服務(wù)器，服務(wù)器即顯示IP地址，我們?cè)贏ndroid手機(jī)平臺(tái)輸入該服務(wù)器地址即可實(shí)現(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)的功能與PC端一樣，這里就不再贅述；同時(shí)可以根據(jù)用電器狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。如控制燈的開關(guān)、控制各類用電器（投影儀，空調(diào)，窗簾，門鎖，燈，風(fēng)扇，門）等。

點(diǎn)擊PC端的啟動(dòng)服務(wù)器，服務(wù)器即顯示IP地址，我們?cè)贏ndroid手機(jī)平臺(tái)輸入該服務(wù)器地址即可實(shí)現(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)的功能與PC端一樣，這里就不再贅述；

之后，打開串口選擇COM口以及啟動(dòng)服務(wù)器，開啟網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，即自動(dòng)刷新獲取傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，顯示在電腦終端。此時(shí)，可以查看到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并在下方的窗口繪制折線圖。同時(shí)可以點(diǎn)擊軟件界面的投影儀控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、智能門控系統(tǒng)、智能窗簾系統(tǒng)、門鎖、空氣凈化等開關(guān)按鈕控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)所鏈接的用電器。

同時(shí)我們可以通過Android手機(jī)軟件控制這套設(shè)備。首先將手機(jī)和電腦終端服務(wù)器置于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)。通過在手機(jī)端輸入電腦終端的IP地址鏈接服務(wù)器。實(shí)際演示過程如圖4所示：

鏈接成功后，此時(shí)可以在手機(jī)端對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行控制，如查看傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)、控制投影儀、空調(diào)、窗簾、門鎖、燈、風(fēng)扇、門等用電器的工作狀態(tài)。

3 結(jié)語

實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)可維護(hù)性高、安裝操作簡單、適用范圍廣，系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)工作，效率高于單個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立工作，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)集成控制。系統(tǒng)核心采用成熟的單片機(jī)控制，電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、控制可靠、成本低。相對(duì)于現(xiàn)有的系統(tǒng)在可靠性價(jià)格等方面有著極大的優(yōu)勢(shì)。

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