CN110286623A - 一种基于物联网的教室监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的教室监控系统，利用温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员的出勤情况和教室的温度情况进行监控，其中，使用温度传感器对教室的温度进行检测，再使用信号处理电路对温度传感器采集的温度信号进行信号放大和信号滤波处理，以此提高了温度监控的精度，同时使用图像采集单元、图像处理单元、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员的出勤情况进行统计及预警，采取分级预警的方式更有针对性。

Description

一种基于物联网的教室监控系统

技术领域：

本发明涉及智能设备领域，尤其涉及一种基于物联网的教室监控系统。

背景技术：

信息化时代的今天，越来越多的人认识到教育现代化是推动基础教育改革的关键，各地中小学纷纷装备了“班班通”工程。所谓班班通，即学校的每个教学班装备基于网络环境下的以投影机、电视机或电子交互白板等为终端显示的设备，每个班级都能同时上网，网络和教学资源共享，中小学“班班通”强大功能，在实现信息技术与学科课程教学整合的突破过程中起到很大的作用，充分发掘和拓展“班班通”应有的功能，才能真正实现信息技术对教育发展的革命性影响。

随着宽带技术的发展，远程集中监控的需要越来越多，规模也越来越大，一种是重建专用网，利用现有的CATV技术，包括WDM技术，将模拟信号不做处理直接传到监控中心，进行集中监控，其缺点是网络建设费用非常高，采用WDM技术，必须是裸光钎(中间是无源的)，在有些应用场合，在一个小的区域范围内，还是可行的，只是实现集中监控的代价很大，费用很高。另一种方法技术利用现有的数字网络，对视音频信号进行数字化压缩，将压缩码流组成IP报文，通过TCP/IP协议，把这些IP报文传到监控中心实时解码出视频图像，进行集中监控，这个数字网络可以是VPN，可以是专网，也可以是公网，如PSTN、ISDN、GPRS、CDMA、ADSL、宽带城域网、INTERNET等。

目前，以计算机网络、中控系统应用、闭路电视监控为辅助工具的多媒体教室管理系统越来越普及，大大减轻了管理人员以及教师的工作量，但是学生上课效率、险情报警、学生考勤问题也随之而来。为进一步提高多媒体教室管理的智能化水平，利用摄像机视频信息进行教室学生计数以及课堂管理就成为一个值得研究的课题。

对于教室这一人员较为固定的场所，对教室内学生人数及其行为进行识别是教室管理中的核心问题和难点。现有的教室管理系统主要有三种方式。第一种方式是采用IC卡验证方式，IC卡实名认证且一人一卡，学生进教室刷卡。但这种方法有很大的一个缺点就是只能识别IC卡而不能识别学生本身，可能会出现有学生代刷IC卡或者未带IC卡不能签到等问题；第二种方式是采用一种流动人数统计装置，该装置由进出判别器、可逆计数器、译码驱动器和显示电路构成，利用红外线传感器等设备统计出具体的人数。此方法虽然能够实现人数的统计，但是它的判定条件过低，只要有物体对传感器信号有遮挡便计入人数，可能会出现多计或者漏计的问题；第三种方式是用监控摄像头采集教室内的图像信息，利用图像处理的方法对教室内学生人数进行统计。此方法用软硬件结合的方法对人数进行统计，具有很好的实时性，准确性和易用性较高，是市面上采用最为广泛的方法。

在当前的学校教育中，一般都采用点名的方式确认学生是否出勤，这种方式存在诸多缺陷，如点名时间长和他人代替点名等，因此不能完全准确了解学生是否前来上课。同时，将图像识别技术应用到考察学生是否出勤也存在误判/误差等问题，也就是说，精度不高。且目前市面上存在的教室视频监控系统大多只能实现对学生人数的识别，除此以外，对于温度进行高精度监控缺少成熟的方案。

发明内容：

因此，为了克服上述问题，本发明提供一种基于物联网的教室监控系统，利用温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员(学生)的出勤情况和教室的温度情况进行监控，其中，使用温度传感器对教室的温度进行检测，再使用信号处理电路对温度传感器采集的温度信号进行信号放大和信号滤波处理，以此提高了温度监控的精度，同时，使用、图像采集单元、图像处理单元、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员(学生)的出勤情况进行统计及预警，采取分级预警的方式更有针对性。

本发明提供的基于物联网的教室监控系统包括温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端。

其中，温度传感器设置于教室内，温度传感器用于监测教室内的温度信息，图像采集单元设置于教室入室门上，图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，温度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，图像采集单元的输出端与图像处理单元的输入端连接，信号处理电路的输出端与图像处理单元的输出端均与中央处理装置的输入端连接，显示单元的输入端、报警单元的输入端以及图像比对单元的输入端均与中央处理装置的输出端连接，图像比对单元的输出端与考勤记录单元的输入端连接，考勤记录单元的输出端与报警单元的输入端连接，报警单元通过无线传输单元传输至第一移动终端或第二移动终端。

优选的是，图像采集单元设置于教室入室门上，图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，图像采集单元将采集到的图像信息传输至图像处理单元进行图像处理，图像处理单元将接收到的图像进行图像处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对单元，图像比对单元内存储有教室内人员的图像信息和与图像信息一一对应的人员信息，人员信息为人员姓名，图像比对单元将接收到的图像信息与其存储的教室内人员而定图像信息进行比对，若图像比对单元内存储的图像信息没有接收到相应的匹配图像，则图像比对单元将未接收到相应的匹配图像的图像对应的人员信息传输至考勤记录单元。

优选的是，考勤记录单元内存储有教室内人员的个人信息，个人信息包括缺勤分数、姓名、家庭住址、家庭电话、父母手机信息，考勤记录单元接收到人员信息后，考勤记录单元调取接收到的人员信息的信息，并将该人员的缺勤分数加1，若考勤记录单元接收到同一人员信息n次，n为自然数，则考勤记录单元记该人员的缺勤分数为n，考勤记录单元每天定时将其存储的个人信息传输至报警单元。

优选的是，报警单元将接收到的个人信息中的缺勤分数信息与第一阈值和第二阈值进行比较：若人员的缺勤分数信息小于第一阈值，则报警单元不作业；若人员的缺勤分数信息大于等于第一阈值但小于第二阈值，则报警单元将该人员的个人信息通过无线传输单元传输至第一移动终端，若人员的缺勤分数信息大于等于第二阈值，则报警单元将该人员的个人信息中的缺勤分数信息通过无线传输单元传输至第二移动终端。

优选的是，温度传感器用于监测教室内的温度信息，将采集的温度信号转换为电流信号I0，并将电流信号I0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置将接收到的电压信号转换为温度值后传输至显示单元进行显示。

优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10。

其中，温度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C2和电阻R2并联后的一端与电阻R2的另一端连接，电容C2和电阻R2并联后的另一端与信号滤波单元连接，电容C1的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的输出端与集成运放A2的输入端连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与+15V电源连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与-15V电源连接，电容C4的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的V-端连接，电阻R4的另一端还与三极管VT4的基极连接，电阻R3的一端与集成运放A2的V+端连接，电阻R3的一端与三极管VT3的基极连接，电阻R3的一端还与三极管VT1的集电极连接，电阻R3的另一端与+15V电源连接，电阻R10的一端与三极管VT2的集电极连接，三极管VT2的集电极还与-15V电源连接，电阻R10的另一端与三极管VT4的发射极连接，电阻R9的一端与三极管VT2的基极连接，电阻R9的另一端与电阻R10的另一端连接，三极管VT2的集电极与三极管VT4的基极连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与三极管VT4的集电极连接，三极管VT4的集电极与三极管VT3的集电极连接，三极管VT3的基极与三极管VT1的集电极连接，电阻R6的一端与三极管VT1的基极连接，电阻R6的另一端与三极管VT3的集电极连接，电阻R5的一端与三极管VT1的集电极连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端连接。

优选的是，信号滤波单元包括电阻R11-R20、电容C5-C11以及集成运放A3-A6。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电阻R15的一端接地，电阻R15的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R15的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R14的另一端还与集成运放A4的输出端连接，电阻R13的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的另一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R13的另一端还与电容C7的一端连接，电容C7的另一端与集成运放A3的输出端连接，电容C7的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电容C6的一端连接，电阻R12的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接，电容C6的另一端与电容C5的另一端连接，电容C5的另一端还与电容C8的一端连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端与电阻R18的一端连接，电阻R19的另一端与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R18的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R18的另一端还与集成运放A6的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的反相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A6的反相输入端连接，电阻R17的另一端还与电容C10的一端连接，电容C10的另一端与集成运放A5的输出端连接，电容C10的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C9的一端连接，电阻R16的另一端还与集成运放A6的同相输入端连接，电容C9的另一端与电容C8的另一端连接，电容C8的另一端还与电容C11的一端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电容C11的另一端连接，电阻R20的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。

优选的是，图像处理单元包括图像锐化模块、图像增强模块以及图像平滑模块。

其中，图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，图像采集单元的输出端与图像锐化模块的输入端连接，图像锐化模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与中央处理装置的输入端连接。

将图像采集单元传输至图像处理单元的进入教室人员的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像锐化模块对图像f(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，

优选的是，图像增强模块对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

优选的是，图像平滑模块对图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，

s(x，y)＝q(x，y)*h(x，y)；

其中，﹡为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提供基于物联网的教室监控系统，利用温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员(学生)的出勤情况和教室的温度情况进行监控，其中，使用温度传感器对教室的温度进行检测，再使用信号处理电路对温度传感器采集的温度信号进行信号放大和信号滤波处理，以此提高了温度监控的精度，同时使用图像采集单元、图像处理单元、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员(学生)的出勤情况进行统计及预警，采取分级预警的方式更有针对性。

(2)本发明提供的基于物联网的教室监控系统，本发明的发明点还在于由于温度传感器采集的信号为微弱的电流信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10对温度传感器输出的电流I0进行放大处理，由集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10构成的信号放大单元只有1.25μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内2.25nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R11-R20、电容C5-C11以及集成运放A3-A6对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了对教室温度检测的精度。

(3)本发明提供的基于物联网的教室监控系统，图像处理单元对采集的图像依次进行图像锐化、图像增强、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集单元的图像信息，可提高对进入教室人员图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

附图说明：

图1为本发明的基于物联网的教室监控系统的功能图。

图2为本发明的图像处理单元的功能图。

图3为本发明的信号处理电路的电路图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明提供的基于物联网的教室监控系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于物联网的教室监控系统包括温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端。

其中，温度传感器设置于教室内，温度传感器用于监测教室内的温度信息，图像采集单元设置于教室入室门上，图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，温度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，图像采集单元的输出端与图像处理单元的输入端连接，信号处理电路的输出端与图像处理单元的输出端均与中央处理装置的输入端连接，显示单元的输入端、报警单元的输入端以及图像比对单元的输入端均与中央处理装置的输出端连接，图像比对单元的输出端与考勤记录单元的输入端连接，考勤记录单元的输出端与报警单元的输入端连接，报警单元通过无线传输单元传输至第一移动终端或第二移动终端。

上述实施方式中，利用温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员(学生)的出勤情况和教室的温度情况进行监控，其中，使用温度传感器对教室的温度进行检测，再使用信号处理电路对温度传感器采集的温度信号进行信号放大和信号滤波处理，以此提高了温度监控的精度，同时使用图像采集单元、图像处理单元、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端对教室人员(学生)的出勤情况进行统计及预警，采取分级预警的方式更有针对性。

由于学生进入教室时时间不定，可能间隔一段时间进入，也可能同一时间进入，因此，采用图像采集单元用于采集进入教室人员(学生)的图像信息，则可以准确获知进入教室人员(学生)的准确信息。

教室的温度不仅能够表示教室内的环境是否适合学习，对其精确测试则能更好的为教室内进行的教学活动服务，更进一步地，教室的温度还能反映教室是否发生火灾，也就是说，若教室内的温度过高(即高于正常温度阈值)，则教室内有可能发生火灾。

具体地，图像采集单元设置于教室入室门上，图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，图像采集单元将采集到的图像信息传输至图像处理单元进行图像处理，图像处理单元将接收到的图像进行图像处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对单元，图像比对单元内存储有教室内人员的图像信息和与图像信息一一对应的人员信息，人员信息为人员姓名，图像比对单元将接收到的图像信息与其存储的教室内人员而定图像信息进行比对，若图像比对单元内存储的图像信息没有接收到相应的匹配图像，则图像比对单元将未接收到相应的匹配图像的图像对应的人员信息传输至考勤记录单元。

上述实施方式中，本发明提供的图像处理单元能够将图像采集单元采集的图像信息清晰的显示出来，以免发生误判。图像比对单元内存储的图像信息与接收到的图像信息相同，即认为图像比对单元内存储的图像信息接收到相应的匹配图像。

图像比对单元内存储的教室内人员的图像信息能够通过中央处理装置进行动态更新，即根据教室内的实际人员(学生)以动态更新图像比对单元内存储的教室内人员的图像信息。

具体地，考勤记录单元内存储有教室内人员的个人信息，个人信息包括缺勤分数、姓名、家庭住址、家庭电话、父母手机信息，考勤记录单元接收到人员信息后，考勤记录单元调取接收到的人员信息的信息，并将该人员的缺勤分数加1，若考勤记录单元接收到同一人员信息n次，n为自然数，则考勤记录单元记该人员的缺勤分数为n，考勤记录单元每天定时将其存储的个人信息传输至报警单元。例如，若考勤记录单元接收到同一人员信息2次，则考勤记录单元记该人员的缺勤分数为2。

具体地，报警单元将接收到的个人信息中的缺勤分数信息与第一阈值和第二阈值进行比较：若人员的缺勤分数信息小于第一阈值，则报警单元不作业；若人员的缺勤分数信息大于等于第一阈值但小于第二阈值，则报警单元将该人员的个人信息通过无线传输单元传输至第一移动终端，若人员的缺勤分数信息大于等于第二阈值，则报警单元将该人员的个人信息中的缺勤分数信息通过无线传输单元传输至第二移动终端。

上述实施方式中，第一移动终端为老师手机，第二移动终端为考勤分数大于等于第二阈值的学生的家长手机。

如图3所示，温度传感器用于监测教室内的温度信息，将采集的温度信号转换为电流信号I0，并将电流信号I0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置将接收到的电压信号转换为温度值后传输至显示单元进行显示。

具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10。

其中，温度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C2和电阻R2并联后的一端与电阻R2的另一端连接，电容C2和电阻R2并联后的另一端与信号滤波单元连接，电容C1的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的输出端与集成运放A2的输入端连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与+15V电源连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与-15V电源连接，电容C4的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的V-端连接，电阻R4的另一端还与三极管VT4的基极连接，电阻R3的一端与集成运放A2的V+端连接，电阻R3的一端与三极管VT3的基极连接，电阻R3的一端还与三极管VT1的集电极连接，电阻R3的另一端与+15V电源连接，电阻R10的一端与三极管VT2的集电极连接，三极管VT2的集电极还与-15V电源连接，电阻R10的另一端与三极管VT4的发射极连接，电阻R9的一端与三极管VT2的基极连接，电阻R9的另一端与电阻R10的另一端连接，三极管VT2的集电极与三极管VT4的基极连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与三极管VT4的集电极连接，三极管VT4的集电极与三极管VT3的集电极连接，三极管VT3的基极与三极管VT1的集电极连接，电阻R6的一端与三极管VT1的基极连接，电阻R6的另一端与三极管VT3的集电极连接，电阻R5的一端与三极管VT1的集电极连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端连接。

具体地，信号滤波单元包括电阻R11-R20、电容C5-C11以及集成运放A3-A6。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电阻R15的一端接地，电阻R15的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R15的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R14的另一端还与集成运放A4的输出端连接，电阻R13的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的另一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R13的另一端还与电容C7的一端连接，电容C7的另一端与集成运放A3的输出端连接，电容C7的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电容C6的一端连接，电阻R12的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接，电容C6的另一端与电容C5的另一端连接，电容C5的另一端还与电容C8的一端连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端与电阻R18的一端连接，电阻R19的另一端与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R18的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R18的另一端还与集成运放A6的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的反相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A6的反相输入端连接，电阻R17的另一端还与电容C10的一端连接，电容C10的另一端与集成运放A5的输出端连接，电容C10的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C9的一端连接，电阻R16的另一端还与集成运放A6的同相输入端连接，电容C9的另一端与电容C8的另一端连接，电容C8的另一端还与电容C11的一端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电容C11的另一端连接，电阻R20的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。

上述实施方式中，信号处理电路的噪声在2.25nV以内，漂移为1.25μV/℃，集成运放A1的型号均为LT1056，集成运放A2的型号为LT1010,集成运放A3-A6的型号为LT1192，三极管VT1的型号均为2N3906，三极管VT2的型号均为2N3904，三极管VT3的型号均为MJE2955，三极管VT4的型号均为MJE3055。

在信号放大单元中，电阻R1的阻值为10kΩ，电阻R2的阻值为10kΩ，电阻R3的阻值为33Ω，电阻R4的阻值为33Ω，电阻R5的阻值为0.18Ω，电阻R6的阻值为1kΩ，电阻R7的阻值为100Ω，电阻R8的阻值为100Ω，电阻R9的阻值为1kΩ，电阻R10的阻值为0.18Ω，电容C1的电容值为22μF，电容C2的电容值为15pF，电容C3的电容值为22μF，电容C4的电容值为22μF。

由于传感器采集的信号较为微弱，容易被噪声覆盖/影响，因此，本实施例提供的信号放大单元的电路结构提供了一个抗噪、快速增加集成运放A2的输出功率，对于放大本发明中传感器采集的信号效果较佳，克服了现有技术中传感器采集精度不高的问题。

电阻R3和电阻R4采集集成运放A2的供电信号，其负载采用了接地的电阻R8。电阻R3和电阻R4上的压降偏置三极管VT3和VT4，另外，采用电阻R7形成闭合的反馈回路，以保障信号放大信号的稳定输出，通过电阻R2直接反馈到集成运放A1控制放大，三极管VT1和三极管VT2感测电阻R5和R10上的压降，可有效抑制噪声信号。

集成运放A1的稳定性通过电容C1使其滚降来保证，而电容C2的反馈电容微调边缘响应，本实施例中的信号放大单元中采用的三极管具有低频率响应，因此，在信号放大单元中不必再考虑进行额外的频率补偿。

信号放大单元的输出电压信号为V01。

在信号滤波单元中，电阻R15-R24的阻值、电容C10-C11的电容值为根据滤波需求进行设置。

本实施例中优选一组电阻R11-R20的阻值、电容C5-C11的电容值的值，其中，电阻R11的阻值为100kΩ，电阻R12的阻值为66.5kΩ，电阻R13的阻值为66.5kΩ，电阻R14的阻值为66.5kΩ，电阻R15的阻值为66.5kΩ，电阻R16的阻值为75kΩ，电阻R17的阻值为75kΩ，电阻R18的阻值为75kΩ，电阻R19的阻值为75kΩ，电阻R20的阻值为100kΩ，电容C5的电容值为5.161nF，电容C6的电容值为35.05nF，电容C7的电容值为10nF，电容C8的电容值为3.251nF，电容C9的电容值为12.03nF，电容C10的电容值为10nF，电容C11的电容值为6.505nF。

由于温度传感器采集的信号为微弱的电流信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10对温度传感器输出的电流I0进行放大处理，由集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10构成的信号放大单元只有1.25μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内2.25nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R11-R20、电容C5-C11以及集成运放A3-A6对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了对教室温度检测的精度。

如图2所示，图像处理单元包括图像锐化模块、图像增强模块以及图像平滑模块。

其中，图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，图像采集单元的输出端与图像锐化模块的输入端连接，图像锐化模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与中央处理装置的输入端连接。

将图像采集单元传输至图像处理单元的进入教室人员的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像锐化模块对图像f(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，

上述实施方式中，图像锐化模块补偿图像采集单元采集的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰。

具体地，图像增强模块对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

上述实施方式中，图象增强模块的目的是为了改进经过图像锐化模块处理后的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。

具体地，图像平滑模块对图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，

s(x，y)＝q(x，y)*h(x，y)；

其中，﹡为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的。

上述实施方式中，图像平滑模块将经过图像增强处理后的图像亮度进行平缓渐变，减小突变梯度，从而改善图像质量。

图像处理单元对采集的图像依次进行图像锐化、图像增强、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集单元的图像信息，可提高对进入教室人员图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述基于物联网的教室监控系统包括温度传感器、信号处理电路、图像采集单元、图像处理单元、显示单元、中央处理装置、图像比对单元、考勤记录单元、报警单元、第一移动终端、无线传输单元以及第二移动终端；

其中，所述温度传感器设置于教室内，所述温度传感器用于监测教室内的温度信息，所述图像采集单元设置于教室入室门上，所述图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，所述温度传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述图像采集单元的输出端与所述图像处理单元的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述图像处理单元的输出端均与所述中央处理装置的输入端连接，所述显示单元的输入端、所述报警单元的输入端以及所述图像比对单元的输入端均与所述中央处理装置的输出端连接，所述图像比对单元的输出端与所述考勤记录单元的输入端连接，所述考勤记录单元的输出端与所述报警单元的输入端连接，所述报警单元通过所述无线传输单元传输至所述第一移动终端或所述第二移动终端。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述图像采集单元设置于教室入室门上，所述图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，所述图像采集单元将采集到的图像信息传输至所述图像处理单元进行图像处理，所述图像处理单元将接收到的图像进行图像处理后传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的图像信息传输至所述图像比对单元，所述图像比对单元内存储有教室内人员的图像信息和与图像信息一一对应的人员信息，所述人员信息为人员姓名，所述图像比对单元将接收到的图像信息与其存储的教室内人员而定图像信息进行比对，若所述图像比对单元内存储的图像信息没有接收到相应的匹配图像，则所述图像比对单元将未接收到相应的匹配图像的图像对应的人员信息传输至所述考勤记录单元。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述考勤记录单元内存储有教室内人员的个人信息，个人信息包括缺勤分数、姓名、家庭住址、家庭电话、父母手机信息，所述考勤记录单元接收到人员信息后，所述考勤记录单元调取接收到的人员信息的信息，并将该人员的缺勤分数加1，若考勤记录单元接收到同一人员信息n次，n为自然数，则所述考勤记录单元记该人员的缺勤分数为n，所述考勤记录单元每天定时将其存储的个人信息传输至所述报警单元。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述报警单元将接收到的个人信息中的缺勤分数信息与第一阈值和第二阈值进行比较：若人员的缺勤分数信息小于第一阈值，则所述报警单元不作业；若人员的缺勤分数信息大于等于第一阈值但小于第二阈值，则所述报警单元将该人员的个人信息通过所述无线传输单元传输至所述第一移动终端，若人员的缺勤分数信息大于等于第二阈值，则所述报警单元将该人员的个人信息中的缺勤分数信息通过所述无线传输单元传输至所述第二移动终端。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述温度传感器用于监测教室内的温度信息，将采集的温度信号转换为电流信号I0，并将电流信号I0传输至所述信号处理电路，V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号，所述信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，所述温度传感器的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置的输入端连接，所述中央处理装置将接收到的电压信号转换为温度值后传输至所述显示单元进行显示。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A2、电容C1-C4、三极管VT1-VT4和电阻R1-R10；

其中，所述温度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C2和电阻R2并联后的一端与电阻R2的另一端连接，电容C2和电阻R2并联后的另一端与所述信号滤波单元连接，电容C1的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的输出端与集成运放A2的输入端连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与+15V电源连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与-15V电源连接，电容C4的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的V-端连接，电阻R4的另一端还与三极管VT4的基极连接，电阻R3的一端与集成运放A2的V+端连接，电阻R3的一端与三极管VT3的基极连接，电阻R3的一端还与三极管VT1的集电极连接，电阻R3的另一端与+15V电源连接，电阻R10的一端与三极管VT2的集电极连接，三极管VT2的集电极还与-15V电源连接，电阻R10的另一端与三极管VT4的发射极连接，电阻R9的一端与三极管VT2的基极连接，电阻R9的另一端与电阻R10的另一端连接，三极管VT2的集电极与三极管VT4的基极连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与三极管VT4的集电极连接，三极管VT4的集电极与三极管VT3的集电极连接，三极管VT3的基极与三极管VT1的集电极连接，电阻R6的一端与三极管VT1的基极连接，电阻R6的另一端与三极管VT3的集电极连接，电阻R5的一端与三极管VT1的集电极连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端连接。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R11-R20、电容C5-C11以及集成运放A3-A6；

其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电阻R15的一端接地，电阻R15的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R15的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R14的另一端还与集成运放A4的输出端连接，电阻R13的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的另一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R13的另一端还与电容C7的一端连接，电容C7的另一端与集成运放A3的输出端连接，电容C7的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电容C6的一端连接，电阻R12的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接，电容C6的另一端与电容C5的另一端连接，电容C5的另一端还与电容C8的一端连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端与电阻R18的一端连接，电阻R19的另一端与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R18的另一端与电阻R17的一端连接，电阻R18的另一端还与集成运放A6的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的反相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A6的反相输入端连接，电阻R17的另一端还与电容C10的一端连接，电容C10的另一端与集成运放A5的输出端连接，电容C10的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C9的一端连接，电阻R16的另一端还与集成运放A6的同相输入端连接，电容C9的另一端与电容C8的另一端连接，电容C8的另一端还与电容C11的一端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电容C11的另一端连接，电阻R20的另一端与所述中央处理装置的输入端连接，所述信号滤波单元将电压信号V1传输至所述中央处理装置的ADC端口。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述图像处理单元包括图像锐化模块、图像增强模块以及图像平滑模块；

其中，所述图像采集单元用于采集进入教室人员的图像信息，所述图像采集单元的输出端与所述图像锐化模块的输入端连接，所述图像锐化模块的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述中央处理装置的输入端连接；

将所述图像采集单元传输至所述图像处理单元的进入教室人员的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，所述图像锐化模块对图像f(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，

9.根据权利要求8所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述图像增强模块对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

10.根据权利要求9所述的基于物联网的教室监控系统，其特征在于，所述图像平滑模块对图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，

s(x，y)＝q(x，y)*h(x，y)；

其中，﹡为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的。