CN207938033U - 一种基于物联网的智慧教室系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于物联网的智慧教室系统，包括：实时传送人数统计数据到云服务器的智能教室人数统计系统；根据云服务器下发的控制指令控制教室内的被控设备和将室内的采集设备传输至云服务器的智能环境控制系统；根据人数统计数据和教室内的采集设备生成控制指令的云服务器；智能教室人数统计系统、智能环境控制系统与云服务器连接。本实用新型实时监测教室人数，合理分配教室使用情况，避免资源浪费。实时监控教室的温度、亮度、空气质量等环境因素，系统并依此进行智能化控制处理。实现将教学环境信息与设备间的策略化管理的智能联动，可以让老师和学生快速方便地掌握教室的环境数据。

Description

一种基于物联网的智慧教室系统

技术领域

本实用新型属于物联网技术领域，特别涉及一种基于物联网的智慧教室系统。

背景技术

随着社会越来越快的生活、学习、工作节奏，传统的生活、学习、工作方式也慢慢改变着。教室作为高等院校大多数学生学习的重要场所，传统的教室不够智能，无法通过感知教室具体的人数，来智能分配使用的教室，导致资源的浪费。同时，针对数量庞大和复杂分布的教室，传统的教室管理模式很难实现对每一个教室进行智能化管理，并且教室也无法根据环境的变化而去适应环境改变。其中就学习角度而言，传统的教学以及学习方式越来越不能适应当今社会的需求。

传统教室是黑板粉笔的教室，夏天炎热，冬天寒冷。现代的课堂比起传统的黑板粉笔教室，多了多媒体投影仪，让老师上课比较方便轻松，但是在身体感知方面，夏天还是炎热，冬天还是寒冷，空气质量得不到保障，温湿度不能控制。要保证学生的学习效率，就要保证学生的体感的舒适度，只有身心愉悦，才能高效的学习。

温湿度控制方便。配合传感器的物联网技术和数据处理技术，有针对性的对温湿度进行调控。

空气质量得到保障，空气中氧气浓度可以保持稳定。让学生在教室里有比较高的学习效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的智慧教室系统，包括：

实时传送人数统计数据到云服务器的智能教室人数统计系统；

根据云服务器下发的控制指令控制教室内的被控设备和将室内的采集设备传输至云服务器的智能环境控制系统；

根据人数统计数据和教室内的采集设备生成控制指令的云服务器；

智能教室人数统计系统、智能环境控制系统与云服务器连接。

所述智能教室人数统计系统，包括：

采集教室门口红外信号传输到控制器的红外光电开关传感器；

根据红外光电开关传感器采集的信号生成人数统计数据并传输到云服务器的控制器；

红外光电开关传感器安装在教室门口，其输出端连接控制器，控制器与云服务器连接。

所述智能环境控制系统，包括：

安装在教室内调节教室内环境状态的被控设备；

安装在教室内采集教室内环境状态的采集设备；

将采集设备采集的信号传输至云服务器和根据云服务器下发的控制指令控制被控设备的中央控制器；

被控设备、采集设备均与中央控制器连接，中央控制器与云服务器连接。

所述采集设备，包括：温湿度传感器、PM2.5传感器、亮度传感器；

所述被控设备，包括：

当PM2.5传感器采集到的教室内PM2.5值超过设定值时开始工作的空气净化器；

当亮度传感器采集到的教室内亮度低于预设最低亮度时开启的灯；

当温湿度传感器采集到的教室内温度低于预设温度下限值时开启热风模式、温湿度传感器采集到的教室内温度高于预设温度上限值时开启冷风模式、温湿度传感器采集到的教室内湿度低于预设湿度上限值时开启抽湿模式的空调；

根据云服务器下发的控制指令工作的投影仪、投影幕布；

温湿度传感器、PM2.5传感器、亮度传感器的输出端连接中央控制器的输入端，空气净化器、灯、空调的输入端连接中央控制器的输出端，投影仪、投影幕布的输入端连接中央控制器的输出端。

本实用新型的有益效果是，

实时监测教室人数，合理分配教室使用情况，避免资源浪费。

实时监控教室的温度、亮度、空气质量等环境因素，系统并依此进行智能化控制处理。

实现将教学环境信息与设备间的策略化管理的智能联动，可以让老师和学生快速方便地掌握教室的环境数据。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的基于物联网的智慧教室系统框图；

图2是本发明具体实施方式的智能教室人数统计系统框图；

图3是本发明具体实施方式的智能教室人数统计系统进行人数统计的流程图；

图4是本发明具体实施方式的协调器工作流程图；

图5是本发明具体实施方式的Zigbee网关程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的技术方案。

本实施方式提供一种如图1所示的基于物联网的智慧教室系统，包括：

实时传送人数统计数据到云服务器的智能教室人数统计系统；

根据云服务器下发的控制指令控制教室内的被控设备和将室内的采集设备传输至云服务器的智能环境控制系统；

根据人数统计数据和教室内的采集设备生成控制指令的云服务器；

智能教室人数统计系统、智能环境控制系统与云服务器连接。

其中，

如图2所示的智能教室人数统计系统，包括：采集教室门口红外信号传输到控制器的红外光电开关传感器；根据红外光电开关传感器采集的信号生成人数统计数据并传输到云服务器的控制器；红外光电开关传感器安装在教室门口，其输出端连接控制器，控制器与云服务器连接。

所述控制器选用CC2530片上系统，红外光电开关传感器采集的信号传输到控制器生成人数统计数据，通过ZigBee网络实时传送到云服务器。智能教室人数统计系统进行人数统计的流程如图3所示，安装在门口的红外光电开关传感器的红外对管对学生进出进行检测，当有人通过(即检测到红外中断信号)时，进一步判断是否有两个红外中断信号产生，根据检测到红外中断信号(Flag1和Flag2)的时间先后来判断该人进出方向，从而对教室人数进行加减，并更新人数统计数据，信号标志服复位后继续检测；若没有两个红外中断信号产生，则延迟等待500s再判断。ZigBee网络中还设置协调器，按照图4所示的流程，通过串口和网关通信：协调器上电复位；协议栈初始化；协调器检测是否有数据包接收成功，是，则通过串口通信，根据上位机指令将数据包发送给指定对象；当检测到智能教室人数统计系统发来的数据包接收成功时，通过串口通信，将数据包发送给云服务器，当检测到智能环境控制系统发送的数据包接收成功时，解包数据，发送给指定教室内的智能环境控制系统。ZigBee网关是通过监听串口，把网络层传输的数据通过网络传递给应用层(智能教室人数统计系统和智能环境控制系统)；可以通过云服务器查询自习室人数，服务器最后更新的数据按照人数多少、楼层高低进行排序并通过网页实时显示。

所述智能环境控制系统，包括：安装在教室内调节教室内环境状态的被控设备；安装在教室内采集教室内环境状态的采集设备；将采集设备采集的信号传输至云服务器和根据云服务器下发的控制指令控制被控设备的中央控制器；被控设备、采集设备均与中央控制器连接，中央控制器与云服务器连接。

智能环境控制系统部署于教室内，通过物联网网关与应用层的被控设备和采集设备连通；

所述采集设备，包括：温湿度传感器、PM2.5传感器、亮度传感器；

所述被控设备，包括：当PM2.5传感器采集到的教室内PM2.5值超过设定值时开始工作的空气净化器；当亮度传感器采集到的教室内亮度低于预设最低亮度时开启的灯；当温湿度传感器采集到的教室内温度低于预设温度下限值时开启热风模式、温湿度传感器采集到的教室内温度高于预设温度上限值时开启冷风模式、温湿度传感器采集到的教室内湿度低于预设湿度上限值时开启抽湿模式的空调；根据云服务器下发的控制指令工作的投影仪、投影幕布；温湿度传感器、PM2.5传感器、亮度传感器的输出端连接中央控制器的输入端，空气净化器、灯、空调的输入端连接中央控制器的输出端，投影仪、投影幕布的输入端连接中央控制器的输出端。

温湿度传感器采集到的教室内温度低于预设温度下限值时中央控制器控制空调开启热风模式，温湿度传感器采集到的教室内温度高于预设温度上限值时中央控制器控制空调开启冷风模式，温湿度传感器采集到的教室内湿度低于预设湿度上限值时中央控制器控制空调开启抽湿模式，PM2.5传感器采集到的教室内PM2.5值超过设定值时中央控制器控制空气净化器开始工作，亮度传感器采集到的教室内亮度低于预设最低亮度时中央控制器控制灯开启，亮度传感器采集到的教室内亮度达到预设亮度时中央控制器控制灯关闭。投影仪、投影幕布的输入端连接中央控制器的输出端，通过中央控制器来控制投影仪开关以及投影幕布的升降。

在智慧教室系统的感知点部署与组网设计中，各传感器和控制器的通信选用I2C总线；选用Beagle Bone Black作为各控制器的核心部件，在Linux中把JDK8作为虚拟机环境，选用以Cortex-A8内核的微处理器的AM3358，实现数据传输、设备控制及人机展现多个环节均采用一套编程语言的目的，以简化开发过程和部署复杂度。在网络层，局部的感知节点需要组建为局域网。其中对于大型教室，采用ZigBee技术组网，一般是由协调器发起组网。协调器选择一个网络ID、一个信道，随后，将全面启动整个拓扑网络。此外，协调器同时也承担着网络的配置工作。在这个过程中ZigBee路由器也充当协调器。在本实施例中ZigBee终端节点和ZigBee路由器选用HFZ-CC2530EM-V1.0模块来开发。该模块选用的是TI的CC2530-F256型号ZigBee射频芯片。在ZigBee终端节点上，需要进行应用程序开发，也可以将已开发好的程序烧写到ZigBee终端节点，通过调试接口，方便地进行程序的调试、下载和协议分析。在智慧教室系统的物联网网关中，智慧教室采用ZigBee技术，则需要设计特定的网关。ZigBee网关不仅承担将ZigBee网络与融合的网络连通的任务，还要担任数据收集网络汇聚点的角色，并将汇聚的数据发送到应用服务端进行处理。在本实施例中选用基于Cortex-A8、以S5PV210为主控芯片的开发板x210ii设计ZigBee网关，通过串口外接CC2530，实现与ZigBee网络的连接，通过外接USB3G模块，从而实现通过蜂窝网接入因特网。ZigBee网关程序流程如图5所示，先设置串口参数和初始化数据库，然后等待接收数据或指令，若接收的数据正确，则对数据处理后存储到数据库中，否则继续等待；若接收的指令正确，则发送给协调器，否则继续等待。

云服务器通过ZigBee网络下发控制指令到部署于教室的中央控制器，中央控制器根据控制指令控制教室内的被控设备，同时可以通过云服务器查询各个智能教室人数统计系统的人数统计数据。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种基于物联网的智慧教室系统，其特征在于，包括：

实时传送人数统计数据到云服务器的智能教室人数统计系统；

根据云服务器下发的控制指令控制教室内的被控设备和将室内的采集设备传输至云服务器的智能环境控制系统；

根据人数统计数据和教室内的采集设备生成控制指令的云服务器；

智能教室人数统计系统、智能环境控制系统与云服务器连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能教室人数统计系统，包括：

采集教室门口红外信号传输到控制器的红外光电开关传感器；

根据红外光电开关传感器采集的信号生成人数统计数据并传输到云服务器的控制器；

红外光电开关传感器安装在教室门口，其输出端连接控制器，控制器与云服务器连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能环境控制系统，包括：

安装在教室内调节教室内环境状态的被控设备；

安装在教室内采集教室内环境状态的采集设备；

将采集设备采集的信号传输至云服务器和根据云服务器下发的控制指令控制被控设备的中央控制器；

被控设备、采集设备均与中央控制器连接，中央控制器与云服务器连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述采集设备，包括：温湿度传感器、PM2.5传感器、亮度传感器；

所述被控设备，包括：

当PM2.5传感器采集到的教室内PM2.5值超过设定值时开始工作的空气净化器；

当亮度传感器采集到的教室内亮度低于预设最低亮度时开启的灯；

当温湿度传感器采集到的教室内温度低于预设温度下限值时开启热风模式、温湿度传感器采集到的教室内温度高于预设温度上限值时开启冷风模式、温湿度传感器采集到的教室内湿度低于预设湿度上限值时开启抽湿模式的空调；

根据云服务器下发的控制指令工作的投影仪、投影幕布；

温湿度传感器、PM2.5传感器、亮度传感器的输出端连接中央控制器的输入端，空气净化器、灯、空调的输入端连接中央控制器的输出端，投影仪、投影幕布的输入端连接中央控制器的输出端。