CN110225618B - 一种教室智能多媒体系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种教室智能多媒体系统，属于物联网技术领域。该教室智能多媒体系统包括监控主机、显示单元、亮度调节单元、温度调节单元和学生点到单元，亮度调节单元被配置为检测教室内的光照强度并根据监控主机的指令调节教室内LED灯具的亮度，温度调节单元被配置为检测教室内的温度并根据监控主机的指令控制教室内风扇的转速，学生点到单元被配置为检测教室内的各个座椅的状态并计算到场学生的数量。通过使教室内的多项教学设施实现智能化控制，使得教室内的设备更加智能化，根据环境的变化实时调节设备的状态，营造环境舒适、智能的教学环境，使教师或学生可以全身心投入教学或学习中，有助于提高教学质量或学习质量。

Description

一种教室智能多媒体系统

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及一种教室智能多媒体系统。

背景技术

随着科技水平的不断进步，物联网技术的应用越来越广泛，给我们带来了便捷。

在教学领域，会涉及到许多设备，例如风扇、LED灯具等，这些设备需要手动进行调节，调节不方便。

发明内容

鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种教室智能多媒体系统，提供一种智能化控制方式，使得教室内的设备更加智能化，根据环境的变化实时调节设备的状态，营造环境舒适、智能的教学环境，使教师或学生可以全身心投入教学或学习中，有助于提高教学质量或学习质量。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供了一种教室智能多媒体系统，所述教室智能多媒体系统包括监控主机、显示单元、亮度调节单元、温度调节单元和学生点到单元。

其中，所述亮度调节单元被配置为检测教室内的光照强度并根据所述监控主机的指令调节教室内LED灯具的亮度，所述温度调节单元被配置为检测教室内的温度并根据所述监控主机的指令控制教室内风扇的转速，所述学生点到单元被配置为检测教室内的各个座椅的状态并计算到场学生的数量，所述监控主机被配置为接收所述亮度调节单元、所述温度调节单元和所述学生点到单元的环境信息并向对应单元发送调节指令，所述显示单元被配置为显示所述监控主机接收的环境信息。

作为上述实施例的可选方案，所述监控主机包括主控制板，所述主控制板采用STM32芯片，所述STM32芯片具有ADC模块、PWM模块和多个引脚。

作为上述实施例的可选方案，所述亮度调节单元包括光敏元件，所述光敏元件与所述ADC模块连接，所述ADC模块被配置为接收所述光敏元件的信息并计算教室内的光照强度，所述PWM模块与教室内的LED灯具电源线连接，所述PWM模块被配置为根据所述ADC模块计算的光照强度向教室内的LED灯具输出对应的第一电压波。

作为上述实施例的可选方案，所述多个引脚包括第一引脚，所述温度调节单元包括温度传感器，所述温度传感器与所述第一引脚连接，所述第一引脚被配置为检测所述温度传感器的脉冲信息并计算教室内的温度，所述PWM模块与教室内的风扇电源线连接，所述PWM模块被配置为根据所述第一引脚计算的温度向教室内风扇的电机输出对应的第二电压波。

作为上述实施例的可选方案，所述多个引脚包括第二引脚，所述学生点到单元包括检测模块，所述检测模块包括检测电路和多个检测按键，所述检测电路采用矩阵式分布，所述检测电路上设置有多个与所述检测按键一一对应的第一端口，所述检测电路与所述第二引脚连接，所述多个检测按键与教室内的座椅一一对应且在座椅上有人时使对应的所述检测按键触发，所述STM32芯片根据所述检测电路的通断情况计算到场学生的数量并将数量信息发送至所述显示单元进行显示。

作为上述实施例的可选方案，所述学生点到单元还包括用于检测座椅活动板状况的机械检测机构，其中，座椅活动板可翻转且具有无人乘坐的第一止点和有人乘坐的第二止点。

所述活动板处于所述机械检测机构包括安装座、安装管、压杆和压力弹簧。

所述安装座具有夹持部和安装部，所述夹持部用于夹持座椅支撑座。

所述安装管安装于所述安装部，所述安装管的两端开口，所述安装管的一端为开口端，所述安装管的另一端通过封闭块封闭形成封闭端，所述封闭块设置有外螺纹，所述安装管的内表面设置有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述封闭块和所述安装管之间螺纹啮合且所述封闭块在所述安装管内的位置可调。

所述压杆可滑动的穿设于所述安装管内，所述压力弹簧位于所述安装管内，所述压力弹簧的两端分别抵接于所述压杆和所述封闭块，所述检测按键固定于所述封闭块且伸入所述安装管内，所述压力弹簧具有预设压力阈值，调节所述封闭块在所述安装管内的位置能够调节预设压力阈值。

所述压力弹簧受到的压力位于所述预设压力阈值内时，所述压杆能够触发所述检测按键。

所述压杆的端部位于座椅的活动板的第二止点，所述活动板翻转到所述第二止点时能够挤压所述压杆。

作为上述实施例的可选方案，所述教室智能多媒体系统还包括投影设备控制单元，所述投影设备控制单元被配置为控制教室内投影设备的状态，所述监控主机被配置为接收所述投影设备控制单元的信息并向其发送调节指令，所述多个引脚包括第三引脚，所述投影设备控制单元包括控制电路和多个控制按键，所述控制电路上设置有多个与所述控制按键一一对应的第二端口，所述控制电路与所述第三引脚连接，所述多个控制按键分别与投影仪的功能键配合，以使所述控制按键触发时，所述主控制板触发对应的投影仪的功能键。

本发明的有益效果是：

本发明提供的教室智能多媒体系统，通过亮度调节单元、温度调节单元和学生点到单元等，使教室内的多项教学设施实现智能化控制，使得教室内的设备更加智能化，根据环境的变化实时调节设备的状态，营造环境舒适、智能的教学环境，使教师或学生可以全身心投入教学或学习中，有助于提高教学质量或学习质量。同时，学生点到单元可以有效减轻教师点到的工作量，到场学生数量一目了然，有效提高教师的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种教室智能多媒体系统的结构示意图；

图2示出了监控主机的MCU示意图；

图3示出了监控主机的IO的其中一部分示意图；

图4示出了监控主机的IO的另一部分示意图；

图5示出了监控主机的CAMERA示意图；

图6示出了监控主机的EEPROM示意图；

图7示出了监控主机的CAN示意图；

图8示出了监控主机的FLASH示意图；

图9示出了监控主机的BOOT示意图；

图10示出了监控主机的TF CARD示意图；

图11示出了监控主机的REF的其中一部分示意图；

图12示出了监控主机的REF的另一部分示意图；

图13示出了监控主机的SWD示意图；

图14示出了监控主机的SWD USB示意图；

图15示出了监控主机的USB Function示意图；

图16示出了监控主机的USB USART的第一部分示意图；

图17示出了监控主机的USB USART的第二部分示意图；

图18示出了监控主机的USB USART的第三部分示意图；

图19示出了监控主机的供电结构的第一部分示意图；

图20示出了监控主机的供电结构的第二部分示意图；

图21示出了监控主机的供电结构的第三部分示意图；

图22示出了监控主机的开关示意图；

图23示出了监控主机的指示灯示意图；

图24示出了监控主机的RESET示意图；

图25示出了监控主机的OLED示意图；

图26示出了监控主机的ESP的第一部分示意图；

图27示出了监控主机的ESP的第二部分示意图；

图28示出了监控主机的ESP的第三部分示意图；

图29示出了显示单元示意图；

图30示出了亮度调节单元示意图；

图31示出了温度调节单元示意图；

图32示出了学生点到单元示意图；

图33示出了机械检测机构的结构示意图；

图34示出了安装管、压杆和压力弹簧的配合关系示意图；

图35示出了投影设备控制单元示意图。

附图标记：

100-机械检测机构；101-安装座；102-夹持部；103-安装部；111-安装管；112-压杆；113-压力弹簧；114-封闭块；115-检测按键。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1所示，本发明的实施例提供了一种教室智能多媒体系统，该教室多媒体系统主要用于使教室内的多项设备智能化。

具体的，教室智能多媒体系统包括监控主机、显示单元、亮度调节单元、温度调节单元、学生点到单元和投影设备控制单元。

其中，监控主机用于接收信息、处理信息并下达调节指令。

请参照图1-图28所示，监控主机包括主控制板，主控制板采用STM32芯片，STM32芯片为32位内嵌式处理器，具有长线驱动功能、采用信号长距离传输失真增益补偿技术、采用同步信号校正技术、采用可编程逻辑阵列电路，任意交互切换、输入和输出端采用AMP公司的BNC接口、兼容市场所有同类产品的代码和指令、专用端口，能直接和明控无线触摸屏连接，即插即用、特有TCP/IP网络控制管理功能，能通过以太网控制、全贴片SMD工艺，特有ESD静电保护功能。

STM32芯片，使得系统更加稳定，同时方便更改。

STM32芯片具有ADC模块、PWM模块和多个引脚，多个引脚包括但不限于第一引脚、第二引脚和第三引脚。

其中，ADC模块能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便于监控主机能够进行计算、处理、存储、控制等。PWM模块是指脉冲宽度调制模块，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。引脚，又叫管脚，就是从集成电路(芯片)内部电路引出与外围电路的接线，所有的引脚就构成了这块芯片的接口，引线末端的一段，通过软钎焊使这一段与印制板上的焊盘共同形成焊点。

请参照图29所示，显示单元用于显示监控主机接收的环境信息，例如教室内的亮度信息、温度信息、学生到场数量信息等。

信息显示虽然不影响系统功能的使用，但是它是整个系统的脸，将系统功能的各个信息显示出来，供应使用者观看。本系统利用STM32芯片的引脚功能去对外加液晶显示器进行驱动，通过引脚驱动液晶屏发送数据显示需要了解的一些详细信息，这样，才能更好的利用科技化产品来进行教育平台。

请参照图30所示，亮度调节单元的主要作用是用于检测教室内的光照强度并根据监控主机的指令调节教室内LED灯具的亮度。

亮度调节单元包括光敏元件，光敏元件可以是光敏电阻等结构。

光敏元件与ADC模块连接，ADC模块被配置为接收光敏元件的信息并计算教室内的光照强度，PWM模块与教室内的LED灯具电源线连接，PWM模块被配置为根据ADC模块计算的光照强度向教室内的LED灯具输出对应的第一电压波。

当教室内的亮度发生变化，光敏元件的阻值发生变化，ADC模块实时监测光敏元件的阻值，并将其换算成光照强度数据，主控制板根据光照强度数据，通过PWM模块和预设的光照强度、电压对应关系，向教室内的LED灯具输出对应的第一电压波，第一电压波不同，则LED灯具的亮度不同，从而使得LED灯具发出适当强度的光照，保证教室内的光照强度处于较为稳定的状态。

请参照图31所示，温度调节单元的主要作用是用于检测教室内的温度并根据监控主机的指令控制教室内风扇的转速。

温度调节单元包括温度传感器，温度传感器可以采用现有技术，例如基于三极管的结构。

温度传感器与第一引脚连接，第一引脚被配置为检测温度传感器的脉冲信息并计算教室内的温度，PWM模块与教室内的风扇电源线连接，PWM模块被配置为根据第一引脚计算的温度向教室内风扇的电机输出对应的第二电压波。

当教室内的温度发生变化，温度传感器的脉冲信号随之变化，第一引脚实时接收温度传感器的脉冲，并将其换算成温度数据，主控制板根据温度数据，通过PWM模块和预设的温度、电压对应关系，向教室内的风扇输出对应的第二电压波，第二电压波不同，则风扇的转速不同，从而使得风扇转速匹配教室内的温度，教室内温度越高，则风扇的转速越大，反之则越小，保证教室内的温度处于较为稳定的状态。

请参照图32所示，学生点到单元的主要作用是用于检测教室内的各个座椅的状态并计算到场学生的数量。

学生点到单元包括检测模块，检测模块包括检测电路和多个检测按键。

检测电路采用矩阵式分布，检测电路上设置有多个与检测按键一一对应的第一端口，检测电路与第二引脚连接，多个检测按键与教室内的座椅一一对应且在座椅上有人时使对应的检测按键触发，STM32芯片根据检测电路的通断情况计算到场学生的数量并将数量信息发送至显示单元进行显示。

利用STM32芯片的硬件外部中断功能去检测按键的按下，通过中断数量多少判断有多少按键按下，通过STM32芯片对液晶驱动和发送数据，从而根据按键的按下显示人数多少，减少老师上课点到的时间，更好的学习。

学生点到单元需要涉及到外部触发部件，当教室内的座椅符合一定的条件时，检测模块触发，具体的，请参照图33所示，学生点到单元还包括用于检测座椅活动板状况的机械检测机构100，其中，座椅活动板可翻转且具有无人乘坐的第一止点和有人乘坐的第二止点；

活动板处于机械检测机构100包括安装座101、安装管111、压杆112和压力弹簧113。

安装座101具有夹持部102和安装部103，夹持部102用于夹持座椅支撑座。

请参照图34所示，安装管111安装于安装部103，安装管111的两端开口，安装管111的一端为开口端，安装管111的另一端通过封闭块114封闭形成封闭端，封闭块114设置有外螺纹，安装管111的内表面设置有与外螺纹配合的内螺纹，封闭块114和安装管111之间螺纹啮合且封闭块114在安装管111内的位置可调。

压杆112可滑动的穿设于安装管111内，压力弹簧113位于安装管111内，压力弹簧113的两端分别抵接于压杆112和封闭块114，检测按键115固定于封闭块114且伸入安装管111内，压力弹簧113具有预设压力阈值，调节封闭块114在安装管111内的位置能够调节预设压力阈值。

压杆112的端部位于座椅的活动板的第二止点，活动板翻转到第二止点时能够挤压压杆112。

压力弹簧113受到的压力位于预设压力阈值内时，压杆112能够触发检测按键115。预设压力阈值相对要大一些，例如大于或等于30KG，只有当压力弹簧113到达预设压力阈值时，压杆112才能出发检测按键115，例如，当预设压力阈值为30KG时，检测按键115触发，这是为了防止学生代为答到，一般人的体重在40KG以上，当学生坐在座椅上时，活动板会抵住压杆112，压杆112受到的压力较大，此时，检测按键115才会被触发，若活动板对压杆112的压力较小，例如学生将书包等放置在座椅上时，压力弹簧113缩短量较小，此时，压杆112和控制按键之间具有一定的间距，控制按键不会被触发，从而避免误操作或代答到情况的发生。

请参照图35所示，投影设备控制单元的主要作用是用于控制教室内投影设备的状态，监控主机被配置为接收投影设备控制单元的信息并向其发送调节指令。

投影设备控制单元包括控制电路和多个控制按键，控制电路上设置有多个与控制按键一一对应的第二端口，控制电路与第三引脚连接，多个控制按键分别与投影仪的功能键配合，以使控制按键触发时，主控制板触发对应的投影仪的功能键。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种教室智能多媒体系统，其特征在于，所述教室智能多媒体系统包括监控主机、显示单元、亮度调节单元、温度调节单元和学生点到单元；

其中，所述亮度调节单元被配置为检测教室内的光照强度并根据所述监控主机的指令调节教室内LED灯具的亮度，所述温度调节单元被配置为检测教室内的温度并根据所述监控主机的指令控制教室内风扇的转速，所述学生点到单元被配置为检测教室内的各个座椅的状态并计算到场学生的数量，所述监控主机被配置为接收所述亮度调节单元、所述温度调节单元和所述学生点到单元的环境信息并向对应单元发送调节指令，所述显示单元被配置为显示所述监控主机接收的环境信息；

所述监控主机包括主控制板，所述主控制板采用STM32芯片，所述STM32芯片具有ADC模块、PWM模块和多个引脚；

所述多个引脚包括第二引脚，所述学生点到单元包括检测模块，所述检测模块包括检测电路和多个检测按键，所述检测电路采用矩阵式分布，所述检测电路上设置有多个与所述检测按键一一对应的第一端口，所述检测电路与所述第二引脚连接，所述多个检测按键与教室内的座椅一一对应且在座椅上有人时使对应的所述检测按键触发，所述STM32芯片根据所述检测电路的通断情况计算到场学生的数量并将数量信息发送至所述显示单元进行显示；

所述学生点到单元还包括用于检测座椅活动板状况的机械检测机构，其中，座椅活动板可翻转且具有无人乘坐的第一止点和有人乘坐的第二止点；

所述机械检测机构包括安装座、安装管、压杆和压力弹簧；

所述安装座具有夹持部和安装部，所述夹持部用于夹持座椅支撑座；所述安装管安装于所述安装部，所述安装管的两端开口，所述安装管的一端为开口端，所述安装管的另一端通过封闭块封闭形成封闭端，所述封闭块设置有外螺纹，所述安装管的内表面设置有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述封闭块和所述安装管之间螺纹啮合且所述封闭块在所述安装管内的位置可调；

所述压杆可滑动的穿设于所述安装管内，所述压力弹簧位于所述安装管内，所述压力弹簧的两端分别抵接于所述压杆和所述封闭块，所述检测按键固定于所述封闭块且伸入所述安装管内，所述压力弹簧具有预设压力阈值，调节所述封闭块在所述安装管内的位置能够调节预设压力阈值；

所述压力弹簧受到的压力位于所述预设压力阈值内时，所述压杆能够触发所述检测按键；

所述压杆的端部位于座椅的活动板的第二止点，所述活动板翻转到所述第二止点时能够挤压所述压杆。

2.根据权利要求1所述的教室智能多媒体系统，其特征在于，所述亮度调节单元包括光敏元件，所述光敏元件与所述ADC模块连接，所述ADC模块被配置为接收所述光敏元件的信息并计算教室内的光照强度，所述PWM模块与教室内的LED灯具电源线连接，所述PWM模块被配置为根据所述ADC模块计算的光照强度向教室内的LED灯具输出对应的第一电压波。

3.根据权利要求1所述的教室智能多媒体系统，其特征在于，所述多个引脚包括第一引脚，所述温度调节单元包括温度传感器，所述温度传感器与所述第一引脚连接，所述第一引脚被配置为检测所述温度传感器的脉冲信息并计算教室内的温度，所述PWM模块与教室内的风扇电源线连接，所述PWM模块被配置为根据所述第一引脚计算的温度向教室内风扇的电机输出对应的第二电压波。

4.根据权利要求1所述的教室智能多媒体系统，其特征在于，所述教室智能多媒体系统还包括投影设备控制单元，所述投影设备控制单元被配置为控制教室内投影设备的状态，所述监控主机被配置为接收所述投影设备控制单元的信息并向其发送调节指令，所述多个引脚包括第三引脚，所述投影设备控制单元包括控制电路和多个控制按键，所述控制电路上设置有多个与所述控制按键一一对应的第二端口，所述控制电路与所述第三引脚连接，所述多个控制按键分别与投影仪的功能键配合，以使所述控制按键触发时，所述主控制板触发对应的投影仪的功能键。

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