CN206470554U - 一种基于物联网的教学控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要涉及控制系统，涉及一种基于物联网的教学控制系统，通过无线遥控模块对教学用的黑板进行控制，并且采集教学者讲课内容图像信息通过物联网传送给上位机进行监控，并具有语音播放功能，对当前教学时间进行播报。基于物联网的教学控制系统的无线遥控模块通过天线与无线接收模块相连，无线接收模块、时钟模块、图像采集模块、按键的输出端连接着主控制器的输入端，上位机通过通信模块连接着主控制器，电源模块的输出端连接着主控制器的输入端，主控制器的输出端连接着语音播放模块、驱动模块的输入端，限位检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，驱动模块的输出端连接着电机、第一继电器、第二继电器的输入端。

Description

一种基于物联网的教学控制系统

技术领域

本实用新型主要涉及控制系统，更具体地说，涉及一种基于物联网的教学控制系统。

背景技术

随着教育模式不断扩大，高等教育的教学质量越来越重要，为了保证教学达到预期的目的，就需要对教学的全过程进行检查、评价和反馈。目前，在很多高校课堂上，对教学质量的统计仍然停留在手工统计数据和手工计算分析上，，因此要投入大量的人力物力，同时，对于一些教学设备，如黑板、多媒体、教室灯光的控制都很传统，不能统一进行控制。上述这些缺点的存在，表明传统的教学监控系统已不能有效监控教学，物联网具有全面感知、可靠传递、智能处理等特点，为实现教学监控提供了可能，因此，提供一种基于物联网的教学控制系统。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于物联网的教学控制系统，通过无线遥控模块对教学用的黑板进行控制，并且采集教学者讲课内容图像信息通过物联网传送给上位机进行监控，并具有语音播放功能，对当前教学时间进行播报。

为解决上述技术问题，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统包括主控制器、无线遥控模块、无线接收模块、时钟模块、图像采集模块、通信模块、上位机、电源模块、按键、语音播放模块、限位检测模块、驱动模块、电机、第一继电器和第二继电器，通过无线遥控模块对教学用的黑板进行控制，并且采集教学者讲课内容图像信息通过物联网传送给上位机进行监控，并具有语音播放功能，对当前教学时间进行播报。

其中，所述无线遥控模块通过天线与无线接收模块相连；所述无线接收模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述图像采集模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述上位机通过通信模块连接着主控制器；所述电源模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述按键的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着语音播放模块的输入端；所述限位检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着驱动模块的输入端；所述驱动模块的输出端连接着电机的输入端；所述驱动模块的输出端连接着第一继电器的输入端；所述驱动模块的输出端连接着第二继电器的输入端。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统所述主控制器采用MSP430F149单片机。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统所述无线遥控模块采用PT2262芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统所述无线接收模块采用PT2272芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统所述图像采集模块采用OV7670图像传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统所述语音播放模块采用SYN6288中文语音合成芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的教学控制系统所述限位模块采用ITR-9608光电开关。

控制效果：本实用新型一种基于物联网的教学控制系统，通过无线遥控模块对教学用的黑板进行控制，并且采集教学者讲课内容图像信息通过物联网传送给上位机进行监控，并具有语音播放功能，对当前教学时间进行播报。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的硬件结构图。

图2为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的主控制器的电路图。

图3为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的无线遥控模块的电路图。

图4为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的无线接收模块的电路图。

图5为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的时钟模块的电路图。

图6为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的图像采集模块的电路图。

图7为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的通信模块的电路图。

图8为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的按键的电路图。

图9为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的语音播放模块的电路图。

图10为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的电源模块的电路图。

图11为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的限位检测模块中的高限位的电路图。

图12为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的限位检测模块中的低限位的电路图。

图13为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的驱动模块的电路图。

图14为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的第一继电器的电路图。

图15为本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的第二继电器的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，本实施方式所述一种基于物联网的教学控制系统包括主控制器、无线遥控模块、无线接收模块、时钟模块、图像采集模块、通信模块、上位机、电源模块、按键、语音播放模块、限位检测模块、驱动模块、电机、第一继电器和第二继电器，通过无线遥控模块对教学用的黑板进行控制，并且采集教学者讲课内容图像信息通过物联网传送给上位机进行监控，并具有语音播放功能，对当前教学时间进行播报。

其中，所述无线遥控模块通过天线与无线接收模块相连，无线遥控模块通过天线向系统发射控制信号，无线接收模块通过天线进行接收，并传送至主控制器的P2.5、P2.6、P2.7、P3.0、P5.4引脚。

所述无线接收模块的输出端连接着主控制器的输入端，无线接收模块的 DI0、DI1、DI2、DI3、VT端与主控制器的P2.5、P2.6、P2.7、P3.0、P5.4引脚相连接，无线接收模块将接收到的控制指令进行解码后传送给主控制器。

所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端，时钟模块用于产生时钟信号给系统提供实时时间，时钟模块的SCLK引脚与主控制器的P6.3引脚相连接；时钟模块的RST引脚与主控制器的P6.5引脚相连接，RST引脚为输入信号，在读、写数据期间，必须为高；时钟模块的I/O引脚与主控制器的P6.6引脚相连接。

所述图像采集模块的输出端连接着主控制器的输入端，图像采集模块采用OV7670图像传感器，OV7670自带FIFO缓存数据，D0、D1、D2、D3、D4、 D5、D6、D7端与主控制器的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 引脚相连接，用于数据传输；FIFO_RRST端与主控制器的P2.0引脚相连接，为读指针复位端；FIFO_WRST端与主控制器的P2.1引脚相连接，为写指针服务端；FIFO_WR_RCK端与主控制器的P2.2引脚相连接，为内存读取时钟控制端； FIFO_WR_CTR端与主控制器的P2.3引脚相连接，为写控制端，高电平时允许写入，低电平时禁止；FIFO_OE端与主控制器的P2.4引脚相连接，为关断控制端；

所述上位机通过通信模块连接着主控制器，通信模块用于传输数据，上位机接收主控制器传送的检测数据信息，其中上位机采用计算机，通信模块采用 GPRS模块，主控制器的P3.4引脚与GPRS模块的TX端相连接，主控制器的 P3.5引脚与GPRS模块的RX端相连接，主控制器的P3.3引脚与GPRS模块的 EN端相连接。

所述电源模块的输出端连接着主控制器的输入端，电源模块用于给系统供电，保证系统正常工作，电源模块采用220V家用交流电源供电，当有交流电接入后，首先降压为12V，然后进入电桥电路中进行整流，将交流整流电为直流电，直流电通过电容滤波后进入稳压器7812，生成+12V直流电，再经过电容滤波后进入稳压器7812，生成+5V直流电，在电路中增加了一块12V蓄电池，在有220交流电输入时，被充电或者不工作，通过VCC端口给系统供电。

所述按键的输出端连接着主控制器的输入端，按键SW1用于开启或关闭系统，通过按键SW1向主控制器的引脚输入中断信号，实现系统的开启或者关闭；当按下SW1时，Q7和D5导通，DC-DC稳压芯片工作，接通主控制器的VCC 端为主控制器供电。主控制器马上将相应的P6.7引脚置为输出高，这时Q6和 Q7导通，整个电路进入工作状态。然后主控制器再将P6.7引脚设置为输入，由于上拉电阻R13的存在，Q6和Q7一直导通。主控制器一直扫描相应P6.7引脚的输入状态，如果SW1没有按下去，则P6.7引脚将始终为高。当SW1再次按下去时，D6导通，主控制器检测到P6.7引脚输入为低，这时主控制器就将P6.7 引脚设置成输出为低的状态。Q6截止，如果按键抬起，Q7也会截止，DC-DC 稳压芯片将不会为主控制器提供电压，整个电路处于关断状态。

所述主控制器的输出端连接着语音播放模块的输入端，主控制器通过P3.6、 P3.7引脚与SYN6288的RXD2、TXD2端相连接，进行通信，SYN6288双声道音频信号分别从BP0和BN0输出，并送入到音频功率放大器PAM8403进行功率放大，放大后的音频报警信息分别从LS1和LS2输出，SYN6288芯片的 Ready/Busy端和主控制器的P6.4引脚相连接，主控制器通过查询的方式来确定 SYN6288是否处于忙状态，当SYN6288的Ready/Busy端为低电平表示可接收主控制器发送的命令和数据，高电平表示正在进行语音合成并播音。SYN6288 的RST端为芯片复位，低电平触发有效。

所述限位检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，限位检测模块采用 ITR-9608光电开关，在黑板上升的过程中，当黑板遮挡住JP1时，系统认为黑板已经上升到指定位置，电机停止转动，限位检测模块的JP1端与主控制器的 P6.1引脚相连接；在黑板下降的过程中，当黑板遮挡住JP2时，系统认为黑板已经下降到指定位置，电机停止转动，限位检测模块的JP2端与主控制器的P6.0 引脚相连接，等待上升指令再进行上升动作。

所述主控制器的输出端连接着驱动模块的输入端，主控制器用于向驱动模块发送驱动信号，驱动模块根据驱动信号驱动电机工作，驱动模块的IN1、IN2、 IN3、IN4、IN5、IN6端与主控制器的P4.1、P4.2、P4.3、P4.4、P4.5、P4.6引脚相连接。

所述驱动模块的输出端连接着电机的输入端，驱动模块根据驱动信号驱动电机工作，从而控制黑板的位置，其中电机采用17PU-H022型步进电机， ULN2003A驱动芯片的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4端与电机相连接。

所述驱动模块的输出端连接着第一继电器的输入端，驱动模块根据驱动信号驱动第一继电器动作，从而控制教室灯光的亮灭，其中第一继电器采用 SRD-5VDC-SL-C，ULN2003A驱动芯片的JDQ1端与第一继电器相连接。

所述驱动模块的输出端连接着第二继电器的输入端，驱动模块根据驱动信号驱动第二继电器动作，从而控制教室多媒体的开关，其中第二继电器采用 SRD-5VDC-SL-C，ULN2003A驱动芯片的JDQ2端与第二继电器相连接。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，所述主控制器采用MSP430F149单片机。所述MSP430F149单片机是 TI公司推出的超低功耗微处理器，有60KB+256字节FLASH，2KBRAM，包括基本时钟电路、看门狗定时器、带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位A/D转换器、2个串行通信接口等模块。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，所述无线遥控模块采用PT2262芯片。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，当无线遥控模块没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控相当于调制度为100％的调幅。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，所述无线接收模块采用PT2272芯片。PT2272是一款用以解码的芯片，编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平给主控制器的P5.4引脚，与此同时相应的数据脚DI0、DI1、DI2、 DI3也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，所述图像采集模块采用OV7670图像传感器。所述OV7670图像传感器是OmmiVision公司生产的，该传感器体积小、功耗低，可控制图像质量、数据格式和传输方式；具有标准的SCCB接口，兼容I²C接口，可通过总线设置传感器模块的功能，适合嵌入式系统应用；可设置多种图像输出格式，支持VGA、 CIF等多种尺寸图像的输出；具有自动曝光、自动白平衡、自动黑电平校准等图像自动影响控制功能和饱和度、色相、伽马、锐度等图像质量控制功能；具有消除噪声、坏点补偿、镜头失光补偿、图像缩放和边缘增强等自动调节功能；最大视场角为25°，光学尺寸1/6″，最大帧率30fpsVGA；OV7670图像传感器带FIFO模块，是带有缓冲存储空间的一种模块，这种模块增加了一个FIFO (先进先出)存储芯片，同样包含20W像素的CMOS图像感光芯片，3.6mm教具的镜头和镜头座。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，所述语音播放模块采用SYN6288中文语音合成芯片。SYN6288中文语音合成芯片是北京宇音天下科技有限公司推出的一款性价比更高，交过更自然的一款中高端宇音合成芯片，SYN6288通过一部串口(UART)通讯方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音的转换。主控制器通过P3.6、P3.7引脚与 SYN6288通信，SYN6288双声道音频信号分别从BP0和BN0输出，并送入到音频功率放大器PAM8403进行功率放大，放大后的音频报警信息分别从LS1和 LS2输出，SYN6288芯片的Ready/Busy端和主控制器的P6.4引脚相连接，主控制器通过查询的方式来确定SYN6288是否处于忙状态，当SYN6288的 Ready/Busy端为低电平表示可接收主控制器发送的命令和数据，高电平表示正在进行语音合成并播音。SYN6288的RST端为芯片复位，低电平触发有效。

具体实施方式七：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15说明本实施方式，所述限位模块采用ITR-9608光电开关。所述ITR-9608光电开关为槽型光电传感器。其工作原理是：通过检查自身发射器发射的光线是否被另一端的接收器接收到，接收到光线表示没有物体通过检测器，没有接收到光线表示有物体经过，光电开关据此产生信号。

本实用新型一种基于物联网的教学控制系统的工作原理为：本实用新型一种基于物联网的教学控制系统，电源模块用于给系统提供电能，保证系统的正常工作，通过按下按键SW1开启系统，图像采集模块采集教学者的教学图像信息，并通过物联网传送给上位机进行监控；通过无线遥控模块对教学用的黑板进行控制，无线遥控模块向系统发送相关的控制信号，由无线接收模块接收并解码输出给主控制器，主控制器根据指令信号驱动电机的正反转，从而控制黑板的上下运动，由限位检测模块检测黑板的位置，当黑板向上运动时，黑板遮挡住JP1时，系统认为黑板已经上升到指定位置，电机停止转动；当黑板向下运动时，黑板遮挡住JP2时，系统认为黑板已经下降到指定位置，电机停止转动；通过无线遥控模块还可以控制教室灯光的亮灭和多媒体的开关，无线遥控模块向系统发送相关的控制信号，由无线接收模块接收并解码输出给主控制器，主控制器根据指令信号驱动第一继电器动作，从而控制教室灯光的亮灭；无线遥控模块向系统发送相关的控制信号，由无线接收模块接收并解码输出给主控制器，主控制器根据指令信号驱动第二继电器动作，从而控制多媒体的开关的开关；时钟模块用于给系统提供实时时间，并通过语音播放模块播报当前时间，通过语音播放模块实现上位机传送给系统的教学讲义的语音播放。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于，所述基于物联网的教学控制系统包括主控制器、无线遥控模块、无线接收模块、时钟模块、图像采集模块、通信模块、上位机、电源模块、按键、语音播放模块、限位检测模块、驱动模块、电机、第一继电器和第二继电器，所述无线遥控模块通过天线与无线接收模块相连；所述无线接收模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述图像采集模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述上位机通过通信模块连接着主控制器；所述电源模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述按键的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着语音播放模块的输入端；所述限位检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着驱动模块的输入端；所述驱动模块的输出端连接着电机的输入端；所述驱动模块的输出端连接着第一继电器的输入端；所述驱动模块的输出端连接着第二继电器的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于：所述主控制器采用MSP430F149单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于：所述无线遥控模块采用PT2262芯片。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于：所述无线接收模块采用PT2272芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于：所述图像采集模块采用OV7670图像传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于：所述语音播放模块采用SYN6288中文语音合成芯片。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的教学控制系统，其特征在于：所述限位模块采用ITR-9608光电开关。