CN117100061A - 一种基于智慧桌椅的高校管理系统 - Google Patents

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CN117100061A CN202311046949.0A CN202311046949A CN117100061A CN 117100061 A CN117100061 A CN 117100061A CN 202311046949 A CN202311046949 A CN 202311046949A CN 117100061 A CN117100061 A CN 117100061A
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龙福生
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张黄军
张安仡
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Abstract

一种基于智慧桌椅的高校管理系统，包括智慧桌椅数据库服务器，在教室内进行编号且与服务器信号互联的多套智能桌椅，与服务器信号互联且控制照明灯开关的照明灯控制装置，与服务器信息交互的学生客户端APP和教师客户APP；每套智能桌椅上安装有MCU控制器、显示屏、读卡装置、人体红外感应器、数据接收传输系统和桌面卡位装置；MCU控制器通过数据接收传输系统与服务器连接进行信号交互；读卡装置读取学生卡片的信息，并将卡片信息通过MCU控制器处理上传到服务器与预约信息进行核对，若信息一致则反馈信号至MCU控制器，MCU控制器控制桌面卡位装置缩回，学生可以正常使用课桌。本发明便于学生远程预约座位和老师对学生平时成绩的考核。

Description

一种基于智慧桌椅的高校管理系统
技术领域
本发明涉及计算机数据处理技术领域，具体涉及一种基于智慧桌椅的高校管理系统。
背景技术
目前，高校普遍存在的问题有：1.高校教师上课学生较多，每年学生变动大，课堂上老师认不清学生叫不出名字，不便于高效课堂教学秩序管理、学生考勤、平时成绩的考核。2.学生查询自习室时需要寻找在各个楼层查看可供自习的教室，不仅速度慢，而且浪费同学精力；同时，还存在部分学生自习和上课占座的现象，还有占座不到、到处找自习座位导致的课桌资源浪费和学生时间浪费问题。3.晚自习教室照明灯不能精准开关导致资源浪费问题。
发明内容
针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种基于智慧桌椅的高校管理系统，能实现学生课题考勤、平时成绩考核，以及学生远程预约占座功能；能有效的解决上述问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于智慧桌椅的高校管理系统，包括：智慧桌椅数据库服务器，在教室内进行编号且与服务器信号互联的多套智能桌椅，分别安装在用户移动设备上并与服务器信息交互的学生客户端APP和教师客户端APP；
每套智能桌椅上均安装有MCU控制器，以及与MCU控制器连接的显示屏、读卡装置、人体红外感应器、数据接收传输系统和桌面卡位装置；
所述每套智能桌椅的MCU控制器存储有本套桌椅的编号,并通过数据接收传输系统与服务器连接，进行信息交互；
学生通过移动设备在学生客户端APP上登录智慧桌椅数据库服务器，选择桌椅的编号并输入自己的学号信息进行智能桌椅的预约操作；
所述的读卡装置用于读取学生卡片的信息，并将卡片信息传送至MCU控制器，MCU控制器将读取到的卡片信息、课座编号进行整合后上传到桌椅数据库服务器；
服务器程序接收到的信息后，将该信息与学生预约桌椅时填入的信息进行核对，若核对不通过，服务器则反馈信息至MCU控制器，使得MCU控制器控制桌面卡位装置保持原样；若核对通过，服务器则反馈信息至MCU控制器，使得MCU控制器控制桌面卡位装置缩回，学生可以正常使用课桌；
学生离开桌椅后，智能桌椅上的人体红外感应器检测到无人状态，并把信息传输至MCU控制器，MCU控制器处理该信息，判断学生离开时间达到设定的无人使用状态阈值时，MCU控制器控制桌面卡位装置回归原位，智能桌椅恢复至空闲状态；
服务器程序监测教室某个照明灯范围下的课座空闲数量，如果达到设置照明灯关闭阈值，服务器发送信息到对应的照明灯控制装置，照明灯控制装置发送指令到对应的继电器，断开电路开关，教室该照明灯关闭。
进一步的，所述的智慧桌椅数据库服务器中录入有课表信息、在校学生信息、考试学生信息、教师信息、智能桌椅信息和照明灯信息；
所述的课表信息：课程名、上课时间、上课教室、上课教师工号、上课学生学号；
所述的在校学生信息包括：姓名、学号、手机号、性别、身份证号、账号、密码；
所述的教师信息包括：姓名、工号、手机号、性别、身份证号、职称、账号、密码；
所述的智能桌椅信息包括：学校编号、校区编号、教学楼编号、教室编号、桌椅编号；
述的照明灯信息包括：照明灯编号、学校编号、校区编号、教学楼编号、教室编号。
进一步的，所述的智慧桌椅数据库服务器还保存有后台数据，所述的后台数据包括：上课记录、预约记录和课堂平时成绩与考勤记录；所述的上课记录包括：课程名、教师姓名、教师账号、学生姓名、学生账号、桌椅编号、上课时间；预约记录包括：学生账号、学生姓名、桌椅编号、预约时间；课堂平时成绩与考勤记录包括：课程、教师工号、学号、日期、到勤、课程平时成绩。
进一步的，所述的学生客户端APP是由学生在移动设备上下载安装，再由学生在高校智慧桌椅系统客户端进行注册，学生进入客户端APP界面，在右下角菜单“我的”中进行注册，输入姓名、手机号，发送信息至服务器，服务器接收到信息后，将接收到的信息与在先录入的在校学生信息进行对比，当上传的信息与平台服务器数据库中的信息一致，则设置登录密码，服务器进行保存；
所述的教师客户端APP是由教师在移动设备上下载安装，再由教室在高校智慧桌椅系统客户端进行注册，教师进入客户端APP界面，在右下角菜单“我的”中进行注册，输入教师账号、姓名、手机号，发送信息至服务器，服务器接收到信息后，将接收到的信息与在先录入的在校学生信息进行对比，当上传的信息与平台服务器数据库中的信息一致，则设置登录密码，服务器进行保存；
服务器根据上课时间和课程名，将信息发送至关联教师的教师客户端APP中，信息包括：上课时间，上课地点，地点包含至校区、教学楼、教室；如果教师需要调补课，则教师需要在教师APP客户端输入调补课的时间，以及上课的校区、教学楼、教室信息，并传送至服务器进行保存。
进一步的，所述的桌面卡位装置包括嵌入式安装在桌面中部的电机，以及与电机传动连接的伸缩推杆；电机的正转或反转带动推杆伸出或缩回；所述的电机驱动电路与MCU控制器信号连接；当智能桌椅处于空闲状态时，电动推杆处于伸出状态；反之，则为缩回状态。
进一步的，所述的人体红外感应器安装在课桌的桌肚底板上，靠进坐位边的中间位置处；人体红外感应器感应到学生离开座位，则将信息传送至MCU控制器，MCU控制器根据教师上传的课表上课时间进行判断，若时间段在课表上课时间之外，则不记录时间阈值；若时间段在课表上课时间之内，则记录学生离开的时间，上传至服务器；同时，当学生离开的时间达到设定课桌无使用状态阈值后，MCU控制器控制桌面卡位装置伸出，并将信息上传至服务器，变更该座位为空闲状态。
进一步的，学生上课前可在所述的学生客户端APP提前预约桌椅，在APP界面上点击预约课桌菜单，APP界面中显示教室中为空闲课桌，可进行点击选择，在选择到心仪的座位后，输入预约信息进行预约保存，预约信息通过网络发送到平台服务器，并存储在服务器的预约记录数据库；学生到预约的座位上进行刷卡，学生卡的信息通过安装在课桌上的显示屏进行显示，并由读卡器读卡，将信息上传核对；
没有提前预约上课教室桌椅的学生，到上课教室后，通过登录学生客户端APP，从APP界面中查看教室平面图得知空闲课桌，可在空闲课桌的读卡装置上刷学生卡，读卡器识别学生卡的信息，通过MCU控制模块整合后发送到服务器，服务器识别该学生是否为该教室上课的学生，若审核通过，则发送相关指令到MCU控制器，MCU控制器发送信号至桌面卡位装置，控制电机转动，带动伸缩杆缩回至与桌面平齐，使得学生正常使用该套智能桌椅；
学生通过刷学生卡片落座后，学生姓名在对应的智能桌椅的显示屏上进行显示，并将学生的姓名对应智能桌椅的编号上传至服务器，服务器根据学生落座信息制作教室平面图，将各个学生的姓名显示在对应的桌椅位置上，并将教室平面图发送至学生客户端APP和教师客户端APP进行显示。
进一步的，学生在上自习课时可通过所述的学生客户端APP提前预约智能桌椅，自习课预约智能桌椅可通过自选模式或推荐模式进行选座；
自选模式：学生登录学生客户端APP，点击左上角预约课桌模块进入预约课桌的界面进行自习课桌预约，输入自习时间，选择校区、教学楼和教室，输入的信息通过网络传输到平台服务器，平台服务器根据当前教室桌椅已预约情况，将预约情况发送到学生客户端APP，学生根据教室平面图中显示进行选座，绿色为可预约的课桌，点击选择可预约课桌，点击保存，并将预约课桌信息发送到平台服务器预约记录数据库，服务器发送预约成功信息到学生客户端APP；
用户需在预约的 时间段来到预约的位置，在桌面的读卡装置位置刷学生卡后，正常使用预约的课桌；同时人体感应器启动，进行人体感应工作，自习预约时间内离开预约桌椅时，人体感应器发送信号到MCU控制模块，再通过MCU控制器连接的通信模块传输到平台服务器数据库中，平台服务器检测学生离开时间，当时间超过设定的阈值时，平台服务器判定学生自习结束，该课桌重置为空闲状态；若用户在预约自习时间开始后30分钟内仍未进行刷卡识别，则预约取消，平台服务器重置该课桌为空闲状态，可接受行新预约；
推荐模式：学生登录学生客户端APP，点击左上角预约课桌模块进入预约课桌的界面进行自习课桌预约，输入自习时间，选择校区、教学楼和教室，服务器自动选择无课空闲教室对学生进行推荐；教室的推荐采用组合推荐法，根据当前教室内的空闲桌椅情况和无课的时长，在考虑到节能省电的情况下向学生推荐空闲教室用于自习；推荐的步骤包括：
第一步：假设同学x想选择自习教室，根据学生选择的校区，假设在b教学楼中有满足学生自习时长的空闲教室编号是f1，f2，f3，…，fn；
第二步：根据编号是f1，f2，f3，…，fn教室内的桌椅被预约情况，从多到少进行排序后教室编号是f1¹，f2¹，f3¹，…，fn¹；
第三步：根据同学x预约自习时长tx，统计排序后编号f1¹，f2¹，f3¹，…，fn¹教室内的桌椅被预约时长大于tx数量，从多到少进行新排序，教室编号为f1²，f2²，f3²，…，fn²，然后服务器按照这个序列依次向同学x的客户端推荐教室，直到该同学确认自习课桌；
第四步，同学x选择校区、教学楼、教室、课桌编号信息上传到服务器数据库，服务器发送预约成功信息到同学x客户端，预约完成；后续学生到教室使用预约课桌过程和模式与上述相同。
进一步的，所述的教师客户端APP中设置有课堂管理界面；课堂管理界面上有学生请假信息统计、出勤统计、坐置统计、提问统计和统计平时成绩；
学生请假信息统计：当有学生需要请假时，学生登录学生客户端APP，录入学号，选择请假时间和请假事由，将其保存上传至服务器，服务器接收到信息后将信息保存，并根据请假的时间段将学生的请假信息发送至对应的教师客户端APP，教师客户端APP登录课堂管理界面，可以查看学生的请假信息；
到勤统计：老师在课堂管理界面设置统计时段，点击查询，发送查询指令到平台服务器，平台服务器通过对应的教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中记录的到勤，迟到，早退和迟到早退；；并将教室需要的统计时段内相应上课日期的学生到勤、早退和请假信息以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，可以点击下载保存，将查询到的考勤信息Excel表保存到教师手机中；
其中，到勤的计算是由学生卡在上课时间段之前刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之后的，则记录学生状态为到勤状态；迟到的计算是由学生卡在上课时间段之后刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之后的，则记录学生状态为迟到状态；早退的计算是由学生卡在上课时间段之前刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之前的，则记录学生状态为早退状态；迟到早退的计算是由学生卡在上课时间段之后刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之前的，则记录学生状态为迟到早退状态；
坐置统计：老师在课堂管理界面设置统计时段，坐置条件：如前三排；发送查询指令到平台服务器，平台服务器通过教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中学生卡刷卡的座位，统计查询同一学科下在查询的时段内前三排桌椅学生卡的刷卡次数，将刷卡次数从大到小进行排序得出经常靠前就坐上课的同学统计信息，该信息以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，点击下载保存，则上课坐置统计信息的Excel表保存到教师手机中；
提问统计：教师上课时，可以在课堂管理界面点提问成绩，发送信息到平台服务器，平台服务器把学生落座后形成的将教室平面图发送至师客户端APP，教室可清晰的了解当前教室中学生位置，点选学生回答问题；选中学生后，界面跳出五分制下拉框和百分之输入框，根据学生回答问题的情况给出对应成绩，点击保存，成绩信息传送到平台服务器课堂平时成绩与考勤记录数据库；
统计平时成绩：教师在课程结束后统计学生上课平时成绩，在课堂管理界面点击平时成绩，发送查询指令到平台服务器，平台服务器数据库中根据公式计算平时成绩，并将该科目的所有学生的平时成绩以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，点击保存，Excel文件保存到教师手机。
进一步的，计算平时成绩的公式为：
平时成绩=考勤权值×考勤统计＋坐置权值×坐置统计＋提问权值×提问平均分 （1）。
所述照明灯关闭阈值的计算步骤包括：
第一步：根据教室某一个灯照明范围，确定该范围内桌椅编号；在平台服务器数据库中确定在a校区b教学楼中ei教室照明灯D-g-h照明范围内对应的桌椅编号h1，h2，…，hj；D-01-01表示学校HYGXY的01校区05教学楼101教室的第1行1号照明灯，D-01-01照明范围内容的桌椅是蓝色桌椅，对于桌椅编号01-01、02-01、03-01、04-01、01-02、02-02、03-02、04-02；
第二步：平台服务器程序统计教室照明灯D-g-h照明范围内编号h1，h2，…，hj桌椅被学生占用数量z；若z=0，平台服务器通过网络发送指令到a校区b教学楼中ei教室照明灯控制装置中的控制模块发送指令到HF49FD继电器断开电路开关，教室照明灯D-g-h关闭；
第三步：若灯是关闭状态，有学生到a校区b教学楼中ei教室使用编号hj课桌，平台服务器程序统计编号hj课桌属于教室照明灯D-g-h照明范围，D-g-h照明范围桌椅占用数量z＞0，平台服务器通过网络发送指令到a校区b教学楼中ei教室照明灯D-g-h灯控系统的灯光 MCU控制模块，灯光 MCU控制模块发送指令到HF49FD继电器打开电路开关，教室照明灯D-g-h打开；ei中的i=1，2，3，……，n。
有益效果
本发明提出的一种基于智慧桌椅的高校管理系统，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
本技术方案可以使得学生在上课和自习前，提前登陆学生客户端APP预约智能桌椅，学生到预约的课桌后，通过刷学生卡进行身份的识别，由与MCU控制器相连的读卡器读取学生卡片的信息，在学生卡片读取后，课座编号、学号信息被MCU控制器处理上传到桌椅数据库服务器，服务器程序将识别的信息与预约时填入的信息进行核对校验，在校验成功后，服务器发送信息到MCU控制器，MCU控制器传输信息至课桌中间的电机驱动电路，带动电机旋转，将伸出状态的电动推杆进行缩回，电动推杆接收执行MCU控制器缩回指令并缩回和桌面平齐，学生正常使用预约的课桌。
本技术方案还可以通过安装在智能桌以上的人体感应器对人体进行感应；当学生在预约的时间内，人体离开桌椅超过20min，服务器就会判定学生自习结束，该课桌重置为空闲状态，发送指令到MCU控制器，然后MCU控制器发送指令控制课桌卡位装置的伸缩杆升起，将课桌回归为空闲状态，其他学生可以重新预约该桌椅。同时，若用户在预约自习开始时间后30分钟内仍未进行刷卡识别，服务器则单方面将预约取消，重置该课桌为空闲状态，可进行新预约。实现了及时判定课桌空闲，提高课桌使用效率。
本技术方案在学生预约自习的桌椅时，还可以通过推荐的模式向学生推荐座位；推荐自习座位的模式会考虑到节能省电的情况下，根据当前教室内的空闲桌椅情况和无课的时长，向学生推荐空闲教室用于自习；尽量将学生安排在有人自习的教室中，增加自习教室的满员率，减少学生的分散情况，节省教室的使用，从而可以实现节能省电的效果。
本技术方案中的平台服务器通过教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，对学生的考勤、落座的座位信息、提问后的回答状态进行统计。平台服务器通过教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中学生卡刷卡的座位号，统计查询时段前三排桌椅同一课程下学生卡刷卡次数从大到小进行排序得出经常靠前就坐上课同学统计信息。
本技术方案通过在教室客户端APP的课堂管理中提问统计的设置，在课堂上有学生不认真听课时，教师可通过点击课堂管理界面的提问成绩模块获得学生姓名与座位对应的教室平面图，点选不认真听课学生来回答问题，跳出五分制下拉框和百分之输入框，根据学生回答问题情况给出对应成绩，点击保存，成绩信息传送到平台服务器的课堂平时成绩与考勤记录数据库。使得老师可以精准提问学生管理课堂秩序，实现精准高效课堂管理。
本技术方案通过在教室客户端APP的课堂管理中平时成绩的统计，服务器可以通过在先的统计，直接将每个学生对应的考勤统计、坐置统计和提问平均分进行统计计算，得到学生的平时成绩，并将该学科所有学生的平时成绩以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，教师点击下载保存，即可将 Excel文件保存到教师的移动设备中。服务器通过考勤统计、坐置统计和提问平均分以及与公式计算得出的该学科的课堂平时成绩更加科学合理，也节约了老师的课堂平时成绩统计的工作量。
本技术方案通过照明灯控制装置的设置，以及与服务器的相互配合，可以实现教室精准化的照明灯关闭功能；有效解决目前的普通桌椅和教室照明系统不能够互动，导致少数学生甚至空教室照明灯全亮的电力资源浪费问题。
附图说明
图1是本发明的整体架构连接示意框图。
图2是本发明中智能桌椅的控制电路连接示意框图。
图3是本发明中智能桌椅中课桌的结构图。
图4是本发明中MCU控制模块的电路连接示意图。
图5是本发明中显示屏的电路连接示意图。
图6是本发明中读卡装置的电路连接示意图。
图7是本发明中人体红外感应器的电路连接示意图。
图8是本发明中桌面卡位装置的电路连接示意图。
图9是本发明中ESP-12E WIFI 通信模块的电路连接示意图。
图10是本发明中CAN通信模块的电路连接示意图。
图11是本发明中4G通信模块的电路连接示意图。
图12是本发明中智慧桌椅数据库服务器的架构示意图。
图13是本发明中学生客户端APP的界面示意图。
图14是本发明中教师客户端APP的界面示意图。
图15是本发明中教师客户端APP中课堂管理界面的示意图。
图16是本发明中学生落座后形成的教室平面图。
图17是本发明中学生客户端APP中预约课桌界面的示意图。
图18是本发明中自习预约智能桌椅的使用流程示意图。
图19是本发明中教室灯控系统电路图。
图20是本发明中照明灯控制界面的教室桌椅排列示意图。
图21是本发明中照明灯与教室桌椅排列的对应示意图。
实施方式
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。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
实施例
一种基于智慧桌椅的高校管理系统，包括：智慧桌椅数据库服务器，在教室内进行编号且与服务器信号互联的多套智能桌椅，与服务器信号互联且控制照明灯开关的照明灯控制装置，分别安装在用户移动设备上并与服务器信息交互的学生客户端APP和教师客户端APP。如图1所示。
如图2所示，每套智能桌椅上均安装有MCU控制器，以及与MCU控制器连接的显示屏、读卡装置、人体红外感应器、数据接收传输系统和桌面卡位装置。
桌面卡位装置包括嵌入式安装在桌面中部的电机，以及与电机传动连接的伸缩推杆；电机的正转或反转带动推杆伸出或缩回；所述的电机驱动电路与MCU控制器信号连接；当智能桌椅处于空闲状态时，电动推杆处于伸出状态；反之，则为缩回状态。
人体红外感应器安装在课桌的桌肚底板上，靠进坐位边的中间位置处；人体红外感应器感应到学生离开座位，则将信息传送至MCU控制器，MCU控制器根据教师上传的课表上课时间进行判断，若时间段在课表上课时间之外，则不记录时间阈值；若时间段在课表上课时间之内，则记录学生离开的时间，上传至服务器；同时，当学生离开的时间达到设定课桌无使用状态阈值后，MCU控制器控制桌面卡位装置伸出，并将信息上传至服务器，变更该座位为空闲状态。
每套智能桌椅的MCU控制器存储有本套桌椅的编号,并通过数据接收传输系统与服务器连接，进行信息交互。MCU控制器采用的是型号为GD32F470IGH6 MCU控制模块单片机；显示屏采用的是4.3寸IPS/480*272液晶显示屏，读卡装置采用的是型号为M3650A-H的读卡器，人体红外感应器采用的是型号为1A21-E的红外感应装置、数据接收传输系统采用的是型号为ESP-12E WIFI 通信模块，包括CAN通信模块和4G通信模块。各模块的电路连接示意图如图3至图11所示。
如图12所示，智慧桌椅数据库服务器中录入有课表信息、在校学生信息、考试学生信息、教师信息、智能桌椅信息和照明灯信息；还保存有后台数据。
课表信息：课程名、上课时间、上课教室、上课教师工号、上课学生学号。
在校学生信息包括：姓名、学号、手机号、性别、身份证号、账号、密码。
教师信息包括：姓名、工号、手机号、性别、身份证号、职称、账号、密码。
智能桌椅信息包括：学校编号、校区编号、教学楼编号、教室编号、桌椅编号。
照明灯信息包括：照明灯编号、学校编号、校区编号、教学楼编号、教室编号。
后台数据包括：上课记录、预约记录和课堂平时成绩与考勤记录。上课记录包括：课程名、教师姓名、教师账号、学生姓名、学生账号、桌椅编号、上课时间。
预约记录包括：学生账号、学生姓名、桌椅编号、预约时间。
课堂平时成绩与考勤记录包括：课程、教师工号、学号、日期、到勤、课程平时成绩。
学生客户端APP是由学生在移动设备上下载安装，再由学生在高校智慧桌椅系统客户端进行注册，学生进入客户端APP界面；学生客户端APP的界面如图13所示。在右下角菜单“我的”中进行注册，输入姓名、手机号，发送信息至服务器，服务器接收到信息后，将接收到的信息与在先录入的在校学生信息进行对比，当上传的信息与平台服务器数据库中的信息一致，则设置登录密码，服务器进行保存。
教师客户端APP是由教师在移动设备上下载安装，再由教室在高校智慧桌椅系统客户端进行注册，教师进入客户端APP界面，教师客户端APP的界面如图14所示。在右下角菜单“我的”中进行注册，输入教师账号、姓名、手机号，发送信息至服务器，服务器接收到信息后，将接收到的信息与在先录入的在校学生信息进行对比，当上传的信息与平台服务器数据库中的信息一致，则设置登录密码，服务器进行保存。
服务器根据上课时间和课程名，将信息发送至关联教师的教师客户端APP中，信息包括：上课时间，上课地点，地点包含至校区、教学楼、教室；并显示到教师APP界面图14。如果教师需要调补课，则教师需要在教师APP客户端输入调补课的时间，以及上课的校区、教学楼、教室信息，并传送至服务器进行保存。
教师客户端APP可以实现学生考勤、平时成绩的考核功能，具体的实现方式为：
教师客户端APP中设置有课堂管理界面；课堂管理界面如图15所示，课堂管理界面上有学生请假信息统计、出勤统计、坐置统计、提问统计和统计平时成绩。
学生请假信息统计：当有学生需要请假时，学生登录学生客户端APP，录入学号，选择请假时间和请假事由，将其保存上传至服务器，服务器接收到信息后将信息保存，并根据请假的时间段将学生的请假信息发送至对应的教师客户端APP，教师客户端APP登录课堂管理界面，可以查看学生的请假信息。
到勤统计：老师在课堂管理界面设置统计时段，点击查询，发送查询指令到平台服务器，平台服务器通过对应的教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中记录的到勤，迟到，早退和迟到早退；；并将教室需要的统计时段内相应上课日期的学生到勤、早退和请假信息以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，可以点击下载保存，将查询到的考勤信息Excel表保存到教师手机中。
其中，到勤的计算是由学生卡在上课时间段之前刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之后的，则记录学生状态为到勤状态；迟到的计算是由学生卡在上课时间段之后刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之后的，则记录学生状态为迟到状态；早退的计算是由学生卡在上课时间段之前刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之前的，则记录学生状态为早退状态；迟到早退的计算是由学生卡在上课时间段之后刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之前的，则记录学生状态为迟到早退状态。
坐置统计：老师在课堂管理界面设置统计时段，坐置条件：如前三排；发送查询指令到平台服务器，平台服务器通过教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中学生卡刷卡的座位，统计查询同一学科下在查询的时段内前三排桌椅学生卡的刷卡次数，将刷卡次数从大到小进行排序得出经常靠前就坐上课的同学统计信息，该信息以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，点击下载保存，则上课坐置统计信息的Excel表保存到教师手机中。
提问统计：教师上课时，可以在课堂管理界面点提问成绩，发送信息到平台服务器，平台服务器把学生落座后形成的教室平面图（如图16所示）发送至师客户端APP，教室可清晰的了解当前教室中学生位置，点选学生回答问题；选中学生后，界面跳出五分制下拉框和百分之输入框，根据学生回答问题的情况给出对应成绩，点击保存，成绩信息传送到平台服务器课堂平时成绩与考勤记录数据库。
统计平时成绩：教师在课程结束后统计学生上课平时成绩，在课堂管理界面点击平时成绩，发送查询指令到平台服务器，平台服务器数据库中根据公式计算平时成绩，计算平时成绩的公式为：
平时成绩=考勤权值×考勤统计＋坐置权值×坐置统计＋提问权值×提问平均分 （1）。
服务器通过计算得到学生的平时成绩后，将该科目的所有学生的平时成绩以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，点击保存， Excel文件保存到教师手机。这种方法得出的该课程课堂平时成绩更加科学合理，也节约了老师课程课堂平时成绩统计的工作量。
学生客户端APP可以实现学生上课座位的预约和自习占座的预约。
正常上课座位的预约，座位的预约以及使用，具体的实现方式为：
学生上课前可在学生客户端APP提前预约桌椅。学生通过移动设备在学生客户端APP上登录智慧桌椅数据库服务器，学生客户端APP界面如图13所示；在APP界面上点击预约课桌菜单，APP界面中显示教室中绿色的为空闲课桌，可进行点击选择；如图17所示。学生选择桌椅的编号，点击后输入自己的学号信息进行智能桌椅的预约操作。在选择到心仪的座位后，输入预约信息进行预约保存，预约信息通过网络发送到平台服务器，并存储在服务器的预约记录数据库。
学生到预约的座位上进行刷卡，智能桌椅中的读卡装置用于读取学生卡片的信息，学生卡的信息通过安装在课桌上的显示屏进行显示；并将卡片信息传送至MCU控制器，MCU控制器将读取到的卡片信息、课座编号进行整合后上传到桌椅数据库服务器。
服务器程序接收到的信息后，将该信息与学生预约桌椅时填入的信息进行核对，若核对不通过，服务器则反馈信息至MCU控制器，使得MCU控制器控制桌面卡位装置保持原样；若核对通过，服务器则反馈信息至MCU控制器，使得MCU控制器控制桌面卡位装置缩回，学生可以正常使用课桌。
没有提前预约上课教室桌椅的学生，到上课教室后，通过登录学生客户端APP，从APP界面中查看教室平面图得知空闲课桌，可在空闲课桌的读卡装置上刷学生卡，读卡器识别学生卡的信息，通过MCU控制模块整合后发送到服务器，服务器识别该学生是否为该教室上课的学生，若审核通过，则发送相关指令到MCU控制器，MCU控制器发送信号至桌面卡位装置，控制电机转动，带动伸缩杆缩回至与桌面平齐，使得学生正常使用该套智能桌椅。
学生通过刷学生卡片落座后，学生姓名在对应的智能桌椅的显示屏上进行显示，并将学生的姓名对应智能桌椅的编号上传至服务器，服务器根据学生落座信息制作教室平面图，如图16所示；将各个学生的姓名显示在对应的桌椅位置上，并将教室平面图发送至学生客户端APP和教师客户端APP进行显示。
学生离开桌椅后，智能桌椅上的人体红外感应器检测到无人状态，并把信息传输至MCU控制器，MCU控制器处理该信息，判断学生离开时间达到20分钟时，MCU控制器控制桌面卡位装置回归原位，智能桌椅恢复至空闲状态。
学生在上自习课之前，可通过学生客户端APP提前预约智能桌椅进行占座，自习课预约智能桌椅可通过自选模式或推荐模式进行选座。自习预约智能桌椅使用流程如图18所示。
自选模式：学生登录学生客户端APP，点击左上角预约课桌模块进入预约课桌的界面进行自习课桌预约，输入自习时间，选择校区、教学楼和教室，输入的信息通过网络传输到平台服务器，平台服务器根据当前教室桌椅已预约情况，将预约情况发送到学生客户端APP，学生根据教室平面图中显示进行选座，绿色为可预约的课桌，点击选择可预约课桌，点击保存，并将预约课桌信息发送到平台服务器预约记录数据库，服务器发送预约成功信息到学生客户端APP。
用户需在预约的时间段来到预约的位置，在桌面的读卡装置位置刷学生卡后，正常使用预约的课桌；同时人体感应器启动，进行人体感应工作，自习预约时间内离开预约桌椅时，人体感应器发送信号到MCU控制模块，再通过MCU控制器连接的通信模块传输到平台服务器数据库中，平台服务器检测学生离开时间，当时间超过设定的20分钟时，平台服务器判定学生自习结束，该课桌重置为空闲状态。
若用户在预约自习时间开始后30分钟内仍未进行刷卡识别，则预约取消，平台服务器重置该课桌为空闲状态，可接受行新预约。
推荐模式：学生登录学生客户端APP，点击左上角预约课桌模块进入预约课桌的界面进行自习课桌预约，输入自习时间，选择校区、教学楼和教室，服务器自动选择无课空闲教室对学生进行推荐；教室的推荐采用组合推荐法，根据当前教室内的空闲桌椅情况和无课的时长，在考虑到节能省电的情况下向学生推荐空闲教室用于自习；推荐的步骤包括：
第一步：假设同学x想选择自习教室，根据学生选择的校区，假设在b教学楼中有满足学生自习时长的空闲教室编号是f1，f2，f3，…，fn；
第二步：根据编号是f1，f2，f3，…，fn教室内的桌椅被预约情况，从多到少进行排序后教室编号是f1¹，f2¹，f3¹，…，fn¹；
第三步：根据同学x预约自习时长tx，统计排序后编号f1¹，f2¹，f3¹，…，fn¹教室内的桌椅被预约时长大于tx数量，从多到少进行新排序，教室编号为f1²，f2²，f3²，…，fn²，然后服务器按照这个序列依次向同学x的客户端推荐教室，直到该同学确认自习课桌；
第四步，同学x选择校区、教学楼、教室、课桌编号信息上传到服务器数据库，服务器发送预约成功信息到同学x客户端，预约完成。
后续学生到教室使用预约课桌过程和模式与上述相同。
在智能桌椅恢复至空闲状态后，服务器程序监测教室某个照明灯范围下的课座空闲数量，如果达到设置照明灯关闭阈值，服务器发送信息到对应的照明灯控制装置，照明灯控制装置发送指令到对应的继电器，断开电路开关，教室该照明灯关闭。照明灯关闭阈值的计算方式为：
第一步：根据教室某一个灯照明范围，确定该范围内桌椅编号。在平台服务器数据库中确定在a校区b教学楼中ei（i=1，2，3，……，n）教室照明灯D-g-h照明范围内对应的桌椅编号h1，h2，…，hj。如图21所示，D-01-01表示学校HYGXY的01校区05教学楼101教室的第1行1号照明灯，D-01-01照明范围内容的桌椅是蓝色桌椅，对于桌椅编号01-01、02-01、03-01、04-01、01-02、02-02、03-02、04-02。
第二步：平台服务器程序统计教室照明灯D-g-h照明范围内编号h1，h2，…，hj桌椅被学生占用数量z。如果z=0，平台服务器通过网络发送指令到a校区b教学楼中ei（（i=1，2，3，……，n））教室照明灯D-g-h灯控系统的STM8S003F3P6 MCU控制模块，STM8S003F3P6 MCU控制模块发送指令到HF49FD继电器断开电路开关，教室照明灯D-g-h关闭。照明灯控制装置的电路连接方式如图19所示。
如果灯是关闭状态，有学生到a校区b教学楼中ei（（i=1，2，3，……，n））教室使用编号hj课桌，安装在hj课桌洞底板靠坐位边中间位置的人体红外感应器检测到并把使用的桌椅编号信息传输到连接的MCU控制器，然后MCU控制器处理上传到桌椅数据库服务器，平台服务器程序统计编号hj课桌属于教室照明灯D-g-h照明范围，D-g-h照明范围桌椅占用数量z＞0，平台服务器通过网络发送指令到a校区b教学楼中ei（（i=1，2，3，……，n））教室照明灯D-g-h灯控系统STM8S003F3P6 MCU控制模块，STM8S003F3P6 MCU控制模块发送指令到HF49FD继电器打开电路开关，教室照明灯D-g-h打开。

Claims (10)

1.一种基于智慧桌椅的高校管理系统，其特征在于：包括：智慧桌椅数据库服务器，在教室内进行编号且与服务器信号互联的多套智能桌椅，与服务器信号互联且控制照明灯开关的照明灯控制装置，分别安装在用户移动设备上并与服务器信息交互的学生客户端APP和教师客户端APP；
每套智能桌椅上均安装有MCU控制器，以及与MCU控制器连接的显示屏、读卡装置、人体红外感应器、数据接收传输系统和桌面卡位装置；
所述每套智能桌椅的MCU控制器存储有本套桌椅的编号,并通过数据接收传输系统与服务器信号连接，进行信息交互；
学生通过移动设备在学生客户端APP上登录智慧桌椅数据库服务器，选择桌椅的编号并输入自己的学号信息进行智能桌椅的预约操作；
所述的读卡装置用于读取学生卡片的信息，并将卡片信息传送至MCU控制器，MCU控制器将读取到的卡片信息、课座编号进行整合后上传到桌椅数据库服务器；
服务器程序接收到的信息后，将该信息与学生预约桌椅时填入的信息进行核对，若核对不通过，服务器则反馈信息至MCU控制器，使得MCU控制器控制桌面卡位装置保持原样；若核对通过，服务器则反馈信息至MCU控制器，使得MCU控制器控制桌面卡位装置缩回，学生可以正常使用课桌；
学生离开桌椅后，智能桌椅上的人体红外感应器检测到无人状态，并把信息传输至MCU控制器，MCU控制器处理该信息，判断学生离开时间达到设定的无人使用状态阈值时，MCU控制器控制桌面卡位装置回归原位，智能桌椅恢复至空闲状态；
服务器程序监测教室某个照明灯范围下的课座空闲数量，如果达到设置照明灯关闭阈值，服务器发送信息到对应的照明灯控制装置，照明灯控制装置发送指令到对应的继电器，断开电路开关，教室该照明灯关闭。
2.根据权利要求1所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述的智慧桌椅数据库服务器中录入有课表信息、在校学生信息、考试学生信息、教师信息、智能桌椅信息和照明灯信息；
所述的课表信息：课程名、上课时间、上课教室、上课教师工号、上课学生学号；
所述的在校学生信息包括：姓名、学号、手机号、性别、身份证号、账号、密码；
所述的教师信息包括：姓名、工号、手机号、性别、身份证号、职称、账号、密码；
所述的智能桌椅信息包括：学校编号、校区编号、教学楼编号、教室编号、桌椅编号；
所述的照明灯信息包括：照明灯编号、学校编号、校区编号、教学楼编号、教室编号。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述的智慧桌椅数据库服务器还保存有后台数据，后台数据包括：上课记录、预约记录和课堂平时成绩与考勤记录；
所述的上课记录包括：课程名、教师姓名、教师账号、学生姓名、学生账号、桌椅编号、上课时间；
所述的预约记录包括：学生账号、学生姓名、桌椅编号、预约时间；
所述的课堂平时成绩与考勤记录包括：课程、教师工号、学号、日期、到勤、课程平时成绩。
4.根据权利要求2所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述的学生客户端APP是由学生在移动设备上下载安装，再由学生在高校智慧桌椅系统客户端进行注册，学生进入客户端APP界面，在右下角菜单“我的”中进行注册，输入姓名、手机号，发送信息至服务器，服务器接收到信息后，将接收到的信息与在先录入的在校学生信息进行对比，当上传的信息与平台服务器数据库中的信息一致，则设置登录密码，服务器进行保存；
所述的教师客户端APP是由教师在移动设备上下载安装，再由教室在高校智慧桌椅系统客户端进行注册，教师进入客户端APP界面，在右下角菜单“我的”中进行注册，输入教师账号、姓名、手机号，发送信息至服务器，服务器接收到信息后，将接收到的信息与在先录入的在校学生信息进行对比，当上传的信息与平台服务器数据库中的信息一致，则设置登录密码，服务器进行保存；
服务器根据上课时间和课程名，将信息发送至关联教师的教师客户端APP中，信息包括：上课时间，上课地点，地点包含至校区、教学楼、教室；如果教师需要调补课，则教师需要在教师APP客户端输入调补课的时间，以及上课的校区、教学楼、教室信息，并传送至服务器进行保存。
5.根据权利要求1所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述的桌面卡位装置包括嵌入式安装在桌面中部的电机，以及与电机传动连接的伸缩推杆；电机的正转或反转带动推杆伸出或缩回；所述的电机驱动电路与MCU控制器信号连接；当智能桌椅处于空闲状态时，电动推杆处于伸出状态；反之，则为缩回状态。
6.根据权利要求1所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述的人体红外感应器安装在课桌的桌肚底板上，靠进坐位边的中间位置处；人体红外感应器感应到学生离开座位，则将信息传送至MCU控制器，MCU控制器根据教师上传的课表上课时间进行判断，若时间段在课表上课时间之外，则不记录时间阈值；若时间段在课表上课时间之内，则记录学生离开的时间，上传至服务器；同时，当学生离开的时间达到设定课桌无使用状态阈值后，MCU控制器控制桌面卡位装置伸出，并将信息上传至服务器，变更该座位为空闲状态。
7.根据权利要求1所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：学生上课前可在所述的学生客户端APP提前预约桌椅，在APP界面上点击预约课桌菜单，APP界面中显示教室中为空闲课桌，可进行点击选择，在选择到心仪的座位后，输入预约信息进行预约保存，预约信息通过网络发送到平台服务器，并存储在服务器的预约记录数据库；学生到预约的座位上进行刷卡，学生卡的信息通过安装在课桌上的显示屏进行显示，并由读卡器读卡，将信息上传核对；
没有提前预约上课教室桌椅的学生，到上课教室后，通过登录学生客户端APP，从APP界面中查看教室平面图得知空闲课桌，可在空闲课桌的读卡装置上刷学生卡，读卡器识别学生卡的信息，通过MCU控制模块整合后发送到服务器，服务器识别该学生是否为该教室上课的学生，若审核通过，则发送相关指令到MCU控制器，MCU控制器发送信号至桌面卡位装置，控制电机转动，带动伸缩杆缩回至与桌面平齐，使得学生正常使用该套智能桌椅；
学生通过刷学生卡片落座后，学生姓名在对应的智能桌椅的显示屏上进行显示，并将学生的姓名对应智能桌椅的编号上传至服务器，服务器根据学生落座信息制作教室平面图，将各个学生的姓名显示在对应的桌椅位置上，并将教室平面图发送至学生客户端APP和教师客户端APP进行显示。
8.根据权利要求1所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：学生在上自习课时可通过所述的学生客户端APP提前预约智能桌椅，自习课预约智能桌椅可通过自选模式或推荐模式进行选座；
自选模式：学生登录学生客户端APP，点击左上角预约课桌模块进入预约课桌的界面进行自习课桌预约，输入自习时间，选择校区、教学楼和教室，输入的信息通过网络传输到平台服务器，平台服务器根据当前教室桌椅已预约情况，将预约情况发送到学生客户端APP，学生根据教室平面图中显示进行选座，绿色为可预约的课桌，点击选择可预约课桌，点击保存，并将预约课桌信息发送到平台服务器预约记录数据库，服务器发送预约成功信息到学生客户端APP；
用户需在预约的 时间段来到预约的位置，在桌面的读卡装置位置刷学生卡后，正常使用预约的课桌；同时人体感应器启动，进行人体感应工作，自习预约时间内离开预约桌椅时，人体感应器发送信号到MCU控制模块，再通过MCU控制器连接的通信模块传输到平台服务器数据库中，平台服务器检测学生离开时间，当时间超过设定的阈值时，平台服务器判定学生自习结束，该课桌重置为空闲状态；若用户在预约自习时间开始后30分钟内仍未进行刷卡识别，则预约取消，平台服务器重置该课桌为空闲状态，可接受行新预约；
推荐模式：学生登录学生客户端APP，点击左上角预约课桌模块进入预约课桌的界面进行自习课桌预约，输入自习时间，选择校区、教学楼和教室，服务器自动选择无课空闲教室对学生进行推荐；教室的推荐采用组合推荐法，根据当前教室内的空闲桌椅情况和无课的时长，在考虑到节能省电的情况下向学生推荐空闲教室用于自习；推荐的步骤包括：
第一步：假设同学x想选择自习教室，根据学生选择的校区，假设在b教学楼中有满足学生自习时长的空闲教室编号是f1，f2，f3，…，fn；
第二步：根据编号是f1，f2，f3，…，fn教室内的桌椅被预约情况，从多到少进行排序后教室编号是f1¹，f2¹，f3¹，…，fn¹；
第三步：根据同学x预约自习时长tx，统计排序后编号f1¹，f2¹，f3¹，…，fn¹教室内的桌椅被预约时长大于tx数量，从多到少进行新排序，教室编号为f1²，f2²，f3²，…，fn²，然后服务器按照这个序列依次向同学x的客户端推荐教室，直到该同学确认自习课桌；
第四步，同学x选择校区、教学楼、教室、课桌编号信息上传到服务器数据库，服务器发送预约成功信息到同学x客户端，预约完成；后续学生到教室使用预约课桌过程和模式与上述相同。
9.根据权利要求1所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述的教师客户端APP中设置有课堂管理界面；课堂管理界面上有学生请假信息统计、出勤统计、坐置统计、提问统计和统计平时成绩；
学生请假信息统计：当有学生需要请假时，学生登录学生客户端APP，录入学号，选择请假时间和请假事由，将其保存上传至服务器，服务器接收到信息后将信息保存，并根据请假的时间段将学生的请假信息发送至对应的教师客户端APP，教师客户端APP登录课堂管理界面，可以查看学生的请假信息；
到勤统计：老师在课堂管理界面设置统计时段，点击查询，发送查询指令到平台服务器，平台服务器通过对应的教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中记录的到勤，迟到，早退和迟到早退；并将教室需要的统计时段内相应上课日期的学生到勤、早退和请假信息以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，可以点击下载保存，将查询到的考勤信息Excel表保存到教师手机中；
其中，到勤的计算是由学生卡在上课时间段之前刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之后的，则记录学生状态为到勤状态；迟到的计算是由学生卡在上课时间段之后刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之后的，则记录学生状态为迟到状态；早退的计算是由学生卡在上课时间段之前刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之前的，则记录学生状态为早退状态；迟到早退的计算是由学生卡在上课时间段之后刷卡，且人体感应器发送离开信号时间在上课时间段之前的，则记录学生状态为迟到早退状态；
坐置统计：老师在课堂管理界面设置统计时段，坐置条件：如前三排；发送查询指令到平台服务器，平台服务器通过教师数据库、课表数据库和上课记录数据库中数据，关联到该教师和学生该课程的数据库中学生卡刷卡的座位，统计查询同一学科下在查询的时段内前三排桌椅学生卡的刷卡次数，将刷卡次数从大到小进行排序得出经常靠前就坐上课的同学统计信息，该信息以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，点击下载保存，则上课坐置统计信息的Excel表保存到教师手机中；
提问统计：教师上课时，可以在课堂管理界面点提问成绩，发送信息到平台服务器，平台服务器把学生落座后形成的将教室平面图发送至师客户端APP，教室可清晰的了解当前教室中学生位置，点选学生回答问题；选中学生后，界面跳出五分制下拉框和百分之输入框，根据学生回答问题的情况给出对应成绩，点击保存，成绩信息传送到平台服务器课堂平时成绩与考勤记录数据库；
统计平时成绩：教师在课程结束后统计学生上课平时成绩，在课堂管理界面点击平时成绩，发送查询指令到平台服务器，平台服务器数据库中根据公式（1）计算平时成绩，计算平时成绩的公式为：
平时成绩=考勤权值×考勤统计＋坐置权值×坐置统计＋提问权值×提问平均分 （1）
再将该科目的所有学生的平时成绩以Excel表格的形式发送到教师客户端APP，点击保存， Excel文件保存到教师手机。
10.根据权利要求9所述的一种基于智慧桌椅的高校管理系统,其特征在于：所述照明灯关闭阈值的计算步骤包括：
第一步：根据教室某一个灯照明范围，确定该范围内桌椅编号；在平台服务器数据库中确定在a校区b教学楼中ei教室照明灯D-g-h照明范围内对应的桌椅编号h1，h2，…，hj；D-01-01表示学校HYGXY的01校区05教学楼101教室的第1行1号照明灯，D-01-01照明范围内容的桌椅是蓝色桌椅，对于桌椅编号01-01、02-01、03-01、04-01、01-02、02-02、03-02、04-02；
第二步：平台服务器程序统计教室照明灯D-g-h照明范围内编号h1，h2，…，hj桌椅被学生占用数量z；若z=0，平台服务器通过网络发送指令到a校区b教学楼中ei教室照明灯控制装置中的控制模块发送指令到HF49FD继电器断开电路开关，教室照明灯D-g-h关闭；
第三步：若灯是关闭状态，有学生到a校区b教学楼中ei教室使用编号hj课桌，平台服务器程序统计编号hj课桌属于教室照明灯D-g-h照明范围，D-g-h照明范围桌椅占用数量z＞0，平台服务器通过网络发送指令到a校区b教学楼中ei教室照明灯D-g-h灯控系统的灯光MCU控制模块，灯光 MCU控制模块发送指令到HF49FD继电器打开电路开关，教室照明灯D-g-h打开；ei中的i=1，2，3，……，n。
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