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高校智慧教室物联网系统设计与实现
资料介绍
为了充分发挥物联网的技术优势,全面提升高校教室信息化水平,设计一种针对高校教室科学管理的专业信息系统.将现代互联网技术与传统的高校教室管理模式进行有机结合,构建智能化课堂管理系统,即智慧教室物联网系统.分析高校智慧教室系统的可行性和系统功能需求,提出高校智慧教室物联网系统设计方案,并对系统的架构、网络架构计、功能模块等进行了详细的设计,构建全新的信息化管理模式和基于现代物联网技术的信息化管理平台.
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（完整内容请下载后查看）2018 年 1 月 15 日
第 41 卷第 2 期
Jan. 2018
现代电子技术
Modern Electronics Technique
Vol. 41 No. 2
30
DOI：10.16652/j.issn.1004-373x.2018.02.008
高校智慧教室物联网系统设计与实现
周恩浩
（华南农业大学 现代教育技术中心，广东 广州 510642）
摘
要：为了充分发挥物联网的技术优势，全面提升高校教室信息化水平，设计一种针对高校教室科学管理的专业信
息系统。将现代互联网技术与传统的高校教室管理模式进行有机结合，构建智能化课堂管理系统，即智慧教室物联网系
统。分析高校智慧教室系统的可行性和系统功能需求，提出高校智慧教室物联网系统设计方案，并对系统的架构、网络架构
计、功能模块等进行了详细的设计，构建全新的信息化管理模式和基于现代物联网技术的信息化管理平台。
关键词：高等院校；智慧教室；教室管理；物联网；系统架构设计；网络架构设计
中图分类号：TN915-34
文献标识码：A
文章编号：1004-373X（2018）02-0030-04
Design and implementation of Internet of Things system for university
intelliZgHeOnUt cElnahasosroom
（Modern Education Technology Center，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）
Abstract：In order to give full play to the technology advantage of Internet of Things（IoT）and improve the information level
for university classroom，a specialized information system for scientific management of university classrooms is designed. The
modern Internet technology is organically combined with the traditional university classroom management mode to build the intel-
ligent classroom management system，namely IoT intelligent classroom system. The feasibility and functional demand of the intel-
ligent university classroom system are analyzed. The design scheme of IoT system for intelligent university classroom is proposed.
The system architecture，network architecture and function module are designed in detail to construct the new information man-
agement mode and the information management platform based on modern IoT technology.
Keywords：college and university；intelligent classroom；classroom management；IoT；system architecture design；net-
work architecture design
在物联网等新兴技术创新发展的带动下，高校教室
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高校智慧教室系统功能需求分析
管理也逐渐呈现出信息化、系统化发展趋势，高校教室
信息化管理水平将直接影响和决定高校教育资源的利
用水平，是高校教育多样性、丰富性的重要基础。智慧
教室泛指一种全新的、增强型的教室模式，具体以高科
技软件与软件技术的应用为基础，打造智能化课堂管理
系统。为了充分发挥物联网的技术优势，全面提升高校
教室信息化水平，必须将现代互联网技术与传统的高校
教室管理模式进行有机结合，从而发挥二者融合优势，
构建全新的、信息化管理模式，创造一种基于现代物联
网技术的信息化管理平台，从而全面提升教室管理效率
水平，真正发挥教室资源的综合价值，为高校师生信息
化应用水平的提升创建良好的实践环境。
智慧教室的核心要素集中体现为对现有教学内容
的科学优化以及对课堂教学资源的综合利用以及良好
教学关系的创建与维护。在进行智慧教室设计开发时，
要重点突出如下三项基本需求：
1.1 物联网软件应用需求特征涉及内容
高校教室的智能化建设主要包括环境智能感知、智
能采光控制、智能门禁、智能通风调节、室内环境实时监
测、管理系统兼容平台等。
1.2 物联网硬件需求特征
1）环境信息采集与传输终端。主要硬件设置包括
摄像头、数据存储硬盘、空气组分监测分析、光照强度监
测分析、环境温度与湿度监测。
2）门窗、教学辅助工具等的自动控制功能。
3）物联网系统的集成控制系统。
收稿日期：2017-06-21
修回日期：2017-08-21
万方数据
周恩浩：高校智慧教室物联网系统设计与实现
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第 2 期
4）与其他软件应用的兼容控制平台。
构建功能多样的信息化管理系统，为高校智慧教室的建
设与运行创造物联网信息系统，从而实现已有硬件与软
件功能的联动与融合，并充分保证系统的升级可能，预
留充足的功能接口满足系统今后的发展要求。本系统
的具体构造如图 1 所示。
1.3 物联网管理平台综合集成拓展
物联网管理平台综合集成拓展具体可以从以下几
个环节入手，完成智慧教室系统与高校已有信息化管理
应用的融合与兼容，从而构建功能完善的综合管理系
统：物联网传感器硬件系统的设计与部署应当与现有信
息系统的功能需求综合考虑，为数据信息的共享和互动
创造良好环境，进而提高信息资源的利用率与系统的全
面性。从高校现有的硬件与软件建设状况出发，在尽量
不影响现有设备、系统运行使用情况的前提下，重点把
握以下内容：现有电力线路的走线与布局；现有门窗的
规划与建设；通风系统的电气状况、摄像终端与投影、显
示终端的建设情况。
图 1 系统架构设计
Fig. 1 Design of system architecture
基于上述硬件建设情况的统计分析，结合物联网技
术应用的建设要求，合理利用现有设备资源，并积极构
建智能化的物联网信息管理系统。在上述工作的基础
上，明确高校智慧教室管理系统的核心功能及其架构，
由上到下，本智能管理系统的框架结构可细分为
四个不同的层次，具体内容如下所述：
1）终端层。终端层面向具体服务，针对用户决策
需求提供相应的支持服务，并满足用户决策的数据与交
互需求。在终端层的功能支持下，教室所拥有的各类多
媒体工具以及传感器设备将全面连通，并在管理系统的
控制下实现智能化运行，从而构建其高效、便捷的智慧
教室体系，创造一种全新的课堂教学模式。
如表 1 所示。
表 1 系统架构
Tab. 1 System architecture
系统架构
应用层
网络层
感知层
核心功能
设备监控及故障恢复
多媒体教室控制
2）室内监控层。室内监控层面向应用，其主要功
能是为物联网技术系统的稳定运行提供必要的室内监
控支持，具体实现对灯光、门窗、设备的智能检测与控
制，从而确保最佳的教室环境，营造良好的教学环境，有
效提升课堂教学质量效果。
RFID、无线通信、传感器、摄像头
基于物联网技术应用，上述各类功能的具体表现以
及相应的技术要求如下：
1）环境感知分析功能。能够实现对室内环境参数
的实时采集、存储与传输。室内环境采集分析的主要内
容包括温湿度、CO2 浓度、光照水平、辐射情况等。
2）室内采光控制系统。能够智能采集识别环境光
照情况，并智能控制教室灯光以及门窗的开启情况，从
而实现最佳室内光照。
3）中间层。中间层面向数据，其主要功能是为系
统的正常运行提供必要的数据支持，包括数据存储、数
据分析、数据传输等数据管理服务，是系统运行的数据
基础。
4）硬件层。硬件层面向物理前端，其主要功能是
满足智慧教室管理的具体要求，实现各类设备之间的有
机整合，从而构建起完整的系统硬件体系，充分满足管
理系统运行的硬件需求。
3）通风透气系统的智能控制。主要对空调、风扇
等系统进行智能控制，根据教室使用情况以及空气质量
状况智能调节通风系统，从而确保最佳空气指数。
4）显示终端的智能监控。显示屏是智慧教室建设
应用的关键环节，是教学现代化的重要体现。在进行智
慧教室建设中，要充分发挥物联网技术优势，结合课堂
教学需要，针对不同的使用环境设计不同的显示模式，
从而最大限度地保障教学需求并提升教学效果。
2.2 系统网络架构设计
在智慧教室管理系统中，物联网应用的正常运行需
要可靠的数据服务为支撑。数据服务器负责对采集到
的数据信息进行存储，并根据运行需要实现数据的具体
使用。在控制系统中，允许管理者根据使用需要对数据
采集、存储规则进行设置，并为各类终端设备的智能控
制提供数据支持。
2
高校智慧教室物联网系统设计
在本智慧教室管理系统中，不同的终端可以通过无
线数据传输网络、校园网、互联网等实现数据交互。数
据交互网络通过分布式方案进行部署，整体架构详见
2.1 系统架构设计
该系统设计以数据分层、分布式功能理念为基础，
万方数据
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