在學校，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，做好教學互動環(huán)節(jié)，是掌握好教學環(huán)節(jié)的質(zhì)量，提高教學水平的關鍵?，F(xiàn)行的教學過程中，傳統(tǒng)的簽到環(huán)節(jié)、疑問確認環(huán)節(jié)、提問互動環(huán)節(jié)、課堂小測試環(huán)節(jié)存在諸多問題。簽到過程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現(xiàn)象，結(jié)果不便于教師統(tǒng)計;提問互動環(huán)節(jié)和課堂小測試的環(huán)節(jié)中，教師給出簡單選擇后，學生舉手或者口頭回答，不能獲得準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，教師只能根據(jù)大體情況來判斷是否進行教學，沒有準確的數(shù)據(jù)，更不能考慮后期的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。傳統(tǒng)的教學方式已經(jīng)不適應現(xiàn)代化教學的需要，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧教學、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠程控制于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)在逐步的推廣運用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學手段，給教育行業(yè)帶來了新的機遇。

　　1.2 智慧教室主要用途

　　智慧教室設備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個層次(應用層、網(wǎng)絡層、感知層)，運用傳感器、射頻識別(RFID)等技術(shù)，使信息傳感設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(如基于WIFI的無線局域網(wǎng)、移動通信、電信網(wǎng)等)接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實現(xiàn)對物品的智慧化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理。 同時，智慧教室還能滿足學校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)開設的物聯(lián)網(wǎng)導論、傳感器原理及應用、無線傳感器網(wǎng)絡及應用、RFID技術(shù)及應用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應用、物聯(lián)網(wǎng)標準與中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計等課程的實踐實訓教學需要，并為學生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用項目開發(fā)提供平臺。

　　使學生通過智慧教室實驗平臺，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎理論、物理信息系統(tǒng)標識與感知、計算機網(wǎng)絡理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領域?qū)拸V專業(yè)知識，具備一定的工程應用系統(tǒng)的開發(fā)、實踐能力和科學研究能力。

　　二、智慧教室實驗平臺方案

　　智慧教室以物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺為基礎，以光載無線交換機為核心，構(gòu)建WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網(wǎng)絡交換機、網(wǎng)絡路由器，從而建立融合有線網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)關鍵部分——網(wǎng)絡層，各種傳感器件通過標準模塊WiFi設備服務器(串口通信RS232轉(zhuǎn)WiFi無線網(wǎng)絡)無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺，構(gòu)成全面涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個層次的一個統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)工程實驗平臺。同時，其它內(nèi)置WiFi模塊的各種手持設備(筆記本電腦、手機等)也能無線接入該實驗平臺，成為物聯(lián)網(wǎng)實驗設備的一部分;師生教學、科研實踐開發(fā)的其它感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入該實驗平臺，完成測試、驗證。

　　2.1 光載無線交換機及其分布式天線系統(tǒng)

　　光載無線交換機及其配套設備遠端射頻單元為廣州飛瑞敖電子科技有限公司的核心產(chǎn)品，用于實現(xiàn)WiFi無線射頻信號的遠距離、大范圍的光纖分布，是物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡分布的主要分布方式。

　　光載無線交換機安裝在智慧教室的網(wǎng)絡機柜里，與原本有線布線的網(wǎng)絡交換機連接，接入學校計算機網(wǎng)絡。光載無線交換機內(nèi)置2個WiFi接入點(AP)(所有網(wǎng)絡協(xié)議處理、基帶數(shù)據(jù)處理、射頻信號處理都集中在光載無線交換機內(nèi))，通過模擬光纖鏈路將WiFi射頻信號分布到智慧教室內(nèi)，完成智慧教室的WiFi無線覆蓋，將實驗設備和各類WiFi終端接入統(tǒng)一的WiFi無線局域網(wǎng)，構(gòu)成整體物聯(lián)網(wǎng)工程平臺。

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　　2.2 物聯(lián)網(wǎng)工程實驗平臺服務器

　　為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程實驗平臺的統(tǒng)一管理、實驗室實驗設備等管控、以及開展功能復雜的綜合設計和科研項目，在智慧教室的網(wǎng)絡機柜里配置一臺服務器。

　　該服務器安裝系統(tǒng)軟件，及物聯(lián)網(wǎng)工程實驗的服務器端軟件，提供本地、或遠程訪問服務，并實施對物聯(lián)網(wǎng)實驗的監(jiān)控和設備管理。

　　三、智慧教室系統(tǒng)設計方案述

　　智慧教室基于光載無線交換機為核心，建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)共享平臺，所有的設備系統(tǒng)均可以通過標準模塊WiFi設備服務器無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺，通過服務器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設備;同時，我們提供教室智慧系統(tǒng)的設計原理圖，開放足夠多的端口和豐富、完善的接口函數(shù)以及二次開發(fā)包，為教師、學生提供了一個開放的環(huán)境平臺去學習和研究。

　　下圖1是智慧教室總體框圖：

　　智慧教室總體框圖

　　該實驗室建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，用于學生進行創(chuàng)新實驗研究，以及教師開展科學研究。首先通過讀取人員考勤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來判斷教室內(nèi)是否有人員，如果教室內(nèi)無人，則教室內(nèi)所有系統(tǒng)處于關閉狀態(tài);反之，則處于工作狀態(tài)。 智慧教室包括以下幾個系統(tǒng)：

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　　3.1教學系統(tǒng)

　　教學系統(tǒng)由內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機一體機、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟件構(gòu)成。

　　使用內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學，實現(xiàn)無塵教學，保護師生的健康，可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實現(xiàn)師生交互式課堂教學。

　　3.2 LED顯示系統(tǒng)

　　LED顯示系統(tǒng)由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用于顯示正在上課的課程名稱、專業(yè)班級、任課教師、到課率、和教室內(nèi)各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)(室內(nèi)溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等)。

　　3.3人員考勤系統(tǒng)

　　人員考勤系統(tǒng)由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟件構(gòu)成。

　　在教室前后門各安裝一個RFID考勤機，采用RFID標簽(校園一卡通)對學生進行考勤統(tǒng)計，對進入教室的人員進行身份識別，對合法用戶進行考勤統(tǒng)計，對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋，在遠程對考勤情況的監(jiān)控，統(tǒng)計以及存檔打印等。

　　3.4資產(chǎn)管理系統(tǒng)

　　資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構(gòu)成。

　　在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內(nèi)的實驗儀器、設備等資產(chǎn)(貼有RFID標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息)進行出入教室的監(jiān)控與管理，對未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統(tǒng)一管理。

　　3.5燈光控制系統(tǒng)

　　燈光控制系統(tǒng)由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統(tǒng)和配套控制軟件構(gòu)成。

　　首先通過人體傳感器來判斷教室內(nèi)對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)處于關閉狀態(tài);反之，處于工作狀態(tài)。

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　　1：窗簾控制系統(tǒng)：通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設門限值，以窗簾自動開、關來實現(xiàn)教室內(nèi)光照強度的補償;

　　2：燈光控制系統(tǒng)：采集安裝在教室內(nèi)的光照傳感器數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，來控制教室內(nèi)燈光的自動開啟與關閉，并可調(diào)節(jié)燈光的亮度，實現(xiàn)室內(nèi)燈光的智能控制與節(jié)能減排。

　　3.6空調(diào)控制系統(tǒng)

　　空調(diào)控制系統(tǒng)由中央空調(diào)電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構(gòu)成。

　　通過溫濕度傳感器監(jiān)測室內(nèi)溫度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，當室內(nèi)溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調(diào)。當室內(nèi)溫濕度低于最底門限值時自動關閉空調(diào)，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動控制。

　　3.7門窗監(jiān)視系統(tǒng)

　　門窗監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。

　　窗戶門磁模塊用于檢測門和窗戶的開關狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至服務器。同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。

　　3.8通風換氣系統(tǒng)

　　通風換氣系統(tǒng)由抽風機、CO2傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。

　　通過CO2傳感器監(jiān)測室內(nèi)的CO2濃度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，當室內(nèi)CO2濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內(nèi)CO2的濃度。

　　3.9視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。

　　視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、資產(chǎn)出入庫、人員出入情況提供查詢依據(jù)。

　　在教室前后門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫情況，在教室內(nèi)安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實時情況，所采集的影像經(jīng)由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)。

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　　四、實驗項目

　　該實驗方案可以完成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層、應用層和傳感層的課程實驗和綜合實驗，同時支持在此平臺下，開展科研訓練、復雜綜合設計實驗、畢業(yè)設計及創(chuàng)新實驗，下表列出了基本的實驗項目：

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