殷建

摘要：隨著物聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，其在教育領域的應用日益廣泛。文章針對教室管理存在的問題，設計并實現(xiàn)了一個基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)，旨在通過實時監(jiān)測和智能控制提高教室管理效率和安全性。該系統(tǒng)采用ARM Cortex-M系列微控制器作為主控芯片，結合DHT22溫濕度傳感器和MQ-2煙霧傳感器，實現(xiàn)對教室環(huán)境和設備的實時監(jiān)測。在軟件部分，該系統(tǒng)利用MySQL數據庫進行數據存儲和管理，開發(fā)了一個Web應用程序實時顯示教室的環(huán)境數據，設計了一個用戶友好的控制界面允許遠程控制設備。研究結果表明，該系統(tǒng)能夠有效地提高教室管理的效率和安全性，具有很高的應用價值和市場前景。

關鍵詞：物聯(lián)網；教室管理系統(tǒng)；實時監(jiān)測；設備控制

中圖分類號：TP393? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著信息技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網技術已經廣泛應用于各個領域，為人們的生活和工作帶來了極大的便利。傳統(tǒng)教室管理在靈活性、個性化教學以及技術運用等方面都存在明顯的缺陷，需要進行改革和創(chuàng)新，以適應新時代的教育需求?；谖锫?lián)網的教室管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)教室環(huán)境的實時監(jiān)測、設備控制以及教學資源管理等功能，提高教室管理的效率和質量。本文旨在設計和實現(xiàn)一個基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)，為教室管理提供智能化的解決方案。

1 物聯(lián)網技術概論

物聯(lián)網技術（Internet of Things，IoT）是信息科技產業(yè)的第三次革命，它通過信息傳感設備，如射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等，按約定的協(xié)議將任何物體與網絡相連接，實現(xiàn)物體與物體之間、物體與人之間的信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。物聯(lián)網從架構上面可以分為感知層、網絡層和應用層。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)架構設計

基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)主要分為監(jiān)測模塊、IoT終端模塊、繼電器模塊、監(jiān)測服務器及智能決策管理單元。其中，監(jiān)測模塊包括煙霧監(jiān)測模塊、溫濕監(jiān)測模塊；監(jiān)測模塊、繼電器模塊與IoT終端模塊連接。監(jiān)測模塊監(jiān)測室內煙霧濃度、溫濕度、電磁門狀態(tài)、電燈狀態(tài)等實時數據，通過IoT終端模塊上傳至監(jiān)測服務器。其中，智能決策管理單元工作流程，如圖1所示。

實時監(jiān)測：通過IoT終端模塊，將繼電器模塊和智能監(jiān)測模塊采集的數據上傳至監(jiān)測服務器。

火災報警：智能決策管理單元分析，當檢測到室內煙霧以及溫濕度處于異常的情況下，系統(tǒng)則將異常情況通過手機通知到相關負責人。

智能控制：智能管理決策單元通過分析實時監(jiān)測回來的教室數據與從教室管理處獲得數據進行比較，當在使用教室時，則自動開啟電磁門、電燈等設備，當不在使用教室時，自動關閉電磁門、電燈等設備。

2.2 功能模塊設計

功能模塊設計是物聯(lián)網教室管理系統(tǒng)設計的核心內容，它直接決定了系統(tǒng)的實用性和效率。本系統(tǒng)主要包括監(jiān)測模塊和設備控制模塊，旨在通過精確的數據采集和自動化的設備控制，實現(xiàn)對教室環(huán)境的實時監(jiān)測和智能管理，提高教室管理的效率和質量。

2.2.1 監(jiān)測模塊

在基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)中，監(jiān)測模塊扮演至關重要的角色。它主要負責對教室環(huán)境以及教室內的各種設備進行實時、持續(xù)的監(jiān)測，確保這些環(huán)境和設備的狀態(tài)處于可控范圍內［1］。具體來說，監(jiān)測模塊的作用體現(xiàn)在以下幾個方面。

環(huán)境參數監(jiān)測：監(jiān)測模塊可以實時監(jiān)測教室內的溫度、濕度、光照等環(huán)境參數。這些數據不僅可以讓教室管理人員直觀地看到當前教室環(huán)境的實時參數，還可以通過對歷史參數的分析，找出條件閾值，為后期與電控設備的聯(lián)動控制提供參考值，使教室管理更加智能化。

異常事件監(jiān)測：當監(jiān)測數據出現(xiàn)異常時，監(jiān)測模塊立即發(fā)出警報，通知管理人員進行處理。這有助于及時應對各種突發(fā)情況，保障教室內的安全和穩(wěn)定。

提供數據支持：監(jiān)測模塊收集的大量數據還可以為教室管理提供數據支持。通過對這些數據的分析，管理人員可以了解教室的使用情況，優(yōu)化資源配置，提高教室的利用率。

綜上所述，監(jiān)測模塊在基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)中起到了至關重要的作用，它不僅是實現(xiàn)教室智能化管理的基礎，也是保障教學順利進行的關鍵。

2.2.2 設備控制模塊

在基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)中，設備控制模塊作用顯著。它支持遠程操作，管理員可遠程、實時控制教室設備，提高管理便捷性并降低成本［2］。同時，實時設備操作確保教學準備充分，節(jié)約能源。此外，通過與環(huán)境監(jiān)測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)設備自動化和智能化管理，維持舒適教學環(huán)境。

2.3 安全性設計

系統(tǒng)采用多種安全措施保障數據的安全性，包括數據加密傳輸、訪問控制機制、用戶身份驗證等。同時，系統(tǒng)定期對數據進行備份和恢復，確保數據的完整性和可用性［3］。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

在系統(tǒng)實現(xiàn)階段，本研究關注硬件部分的設計和選型，以確保系統(tǒng)能夠有效地采集數據和執(zhí)行控制任務。本階段主要包括硬件和軟件2個部分，硬件部分負責實現(xiàn)物理設備的選擇和連接，而軟件部分則負責編寫和實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能和算法。

3.1 硬件部分

硬件是物聯(lián)網教室管理系統(tǒng)的基礎，它直接關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在硬件部分，本研究主要關注主控芯片、溫濕度傳感器和煙霧傳感器等關鍵元器件的選型和設計。

3.1.1 主控芯片

系統(tǒng)主控芯片模塊選用ESP32-S2，該芯片具備高集成度、低功耗及廣泛應用等特點。它專為物聯(lián)網、移動設備、可穿戴設備及智能家居等設計，高度集成減少了外圍電路和元件，實現(xiàn)產品微型化和輕量化。其低功耗WiFi子系統(tǒng)確保設備長續(xù)航，支持多種低功耗工作狀態(tài)，延長設備壽命。在智能家居領域，ESP32-S2可作為核心處理器，實現(xiàn)設備連接和智能控制，提升生活便捷性。此外，它還具有高安全性和高性價比，滿足市場需求，競爭力強。

3.1.2 溫濕度傳感器

本系統(tǒng)選用TH10S-B溫濕度傳感器，因為其擁有高精度、防水高溫防塵以及方便的通信方式等特點，成為本系統(tǒng)應用場景下溫濕度監(jiān)測的理想選擇。TH10S-B溫濕度傳感器都能夠提供穩(wěn)定、可靠的性能表現(xiàn)。

3.1.3 煙霧傳感器

本系統(tǒng)選用MQ-2煙霧傳感器，其具有高靈敏度，能迅速響應環(huán)境變化并發(fā)出警報。同時，它具備良好的抗干擾能力，可排除非可燃性煙霧干擾，確保穩(wěn)定準確檢測。此外，MQ-2傳感器使用壽命長，性能穩(wěn)定，減少誤報或漏報。價格適中，使用方便，為系統(tǒng)提供可靠保障。

3.2 硬件設計

在設計硬件設備的時候，考慮實際使用場景和線路連接問題，機箱應具備防靜電功能，機箱設計如圖2所示。

3.3 軟件部分

除了硬件部分的設計外，軟件部分也是物聯(lián)網教室管理系統(tǒng)的重要組成部分。在軟件方面，本研究主要關注數據庫、實時數據查看和控制模塊的設計與實現(xiàn)。這些軟件模塊是系統(tǒng)的核心功能，能夠實現(xiàn)數據的存儲、處理和應用，從而實現(xiàn)教室環(huán)境的智能監(jiān)測和管理。

3.3.1 數據庫

MySQL數據庫因其成熟穩(wěn)定、性能卓越、開源免費、易于擴展、豐富的功能和工具以及社區(qū)支持等特點，成為本系統(tǒng)數據庫管理的理想選擇。通過合理利用MySQL的特性，本系統(tǒng)可以構建穩(wěn)定、高效、可擴展的數據庫環(huán)境，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和數據處理提供有力保障。

本系統(tǒng)采用的是Python語言，通過代碼與MySQL數據庫進行連接，實現(xiàn)數據的實時存儲、讀取、修改等操作。

3.3.2 實時數據查看

在實時數據查看中，用戶可以選擇不同的教室號，對不同教室的狀態(tài)進行查看，若未選擇，則會根據時間對所有房間實時狀態(tài)進行顯示。查看功能如圖3所示。

3.3.3 控制模塊

在控制模塊中，用戶可以選擇不同的教室號，對不同教室的不同設備進行實時控制，也可以對同一教室的所有設備進行同時控制，還可以對不同教室的所有設備進行同時控制?？刂颇K功能，如圖4所示。

4 結語

本次基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)項目，成功整合物聯(lián)網與數據庫技術，實現(xiàn)了功能完善、操作便捷的智能化管理。系統(tǒng)提升了教室使用效率和管理水平，優(yōu)化了教學環(huán)境。在設計方面，筆者針對實際需求，設計了環(huán)境監(jiān)測、設備監(jiān)控與控制等功能模塊，利用數據庫技術確保數據準確安全。在實現(xiàn)過程中，本研究克服數據實時傳輸與處理、設備集成與控制等技術挑戰(zhàn)，積累了豐富經驗。

雖然本次基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)項目取得了一定的成果，但仍然存在一些改進和拓展的空間。筆者將從系統(tǒng)功能的優(yōu)化與擴展、系統(tǒng)性能的提升、數據安全與隱私保護等多方面持續(xù)研究?？傊?，基于物聯(lián)網的教室管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)是一個具有廣闊前景和實際應用價值的項目。通過不斷地技術創(chuàng)新和功能優(yōu)化，本研究可以為師生提供更加智能、便捷的教學環(huán)境，推動教育信息化的發(fā)展。

參考文獻

［1］譚云月.基于物聯(lián)網技術的教室管理系統(tǒng)設計［J］.電腦知識與技術，2024（2）：97-99.

［2］陳浩，胡兆鵬，楊雨薇，等.基于物聯(lián)網技術的智能教室實現(xiàn)方案［J］.信息與電腦（理論版），2020（19）：182-183.

［3］楊明潔.物聯(lián)網中的信息安全風險分析［J］.網絡安全技術與應用，2024（2）：19-21.

（編輯 王永超）

Design and implementation of classroom management system based on Internet of Things

YIN? Jian

（Nanning College of Technology， Guilin 541006， China）

Abstract：? With the rapid development of the Internet of Things （IoT） technology， its application in the field of education is becoming more and more widespread. This study designs and realizes an IoT-based classroom management system for the problems of classroom management， aiming to improve the efficiency and safety of classroom management through real-time monitoring and intelligent control. The system adopts ARM Cortex-M series microcontroller as the main control chip， combined with DHT22 temperature and humidity sensor and MQ-2 smoke sensor to realize real-time monitoring of classroom environment and equipment. In the software part， a MySQL database is utilized for data storage and management， a C/S architecture application is developed to display the classroom environment data in real time， and a user-friendly control interface is designed to allow remote control of the equipment. The results show that the system can effectively improve the efficiency and safety of classroom management， and has high application value and market prospect.

Key words： Internet of Things; classroom management system; real-time monitoring; equipment control