智慧教室建設解決方案
一、系統概述
1.1 智慧教室建設背景
在學(xué)校，課堂教學(xué)環(huán)節是學(xué)生接受系統教育最重要的一環(huán)，做好教學(xué)互動(dòng)環(huán)節，是掌握好教學(xué)環(huán)節的質(zhì)量，提高教學(xué)水平的關(guān)鍵?，F行的教學(xué)過(guò)程中，傳統的簽到環(huán)節、疑問(wèn)確認環(huán)節、提問(wèn)互動(dòng)環(huán)節、課堂小測試環(huán)節存在諸多問(wèn)題。簽到過(guò)程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現象，結果不便于教師統計;提問(wèn)互動(dòng)環(huán)節和課堂小測試的環(huán)節中，教師給出簡(jiǎn)單選擇后，學(xué)生舉手或者口頭回答，不能獲得準確的統計數據，教師只能根據大體情況來(lái)判斷是否進(jìn)行教學(xué)，沒(méi)有準確的數據，更不能考慮后期的數據挖掘和數據統計工作。傳統的教學(xué)方式已經(jīng)不適應現代化教學(xué)的需要，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧教學(xué)、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調節、視頻監控及遠程控制于一體的新型現代化智慧教室系統在逐步的推廣運用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現代化教學(xué)手段，給教育行業(yè)帶來(lái)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物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次(應用層、網(wǎng)絡(luò )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(shí)時(shí)感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過(guò)可能的網(wǎng)絡(luò )(如基于WIFI的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)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(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現對物品的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。 同時(shí)，智慧教室還能滿(mǎn)足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的物聯(lián)網(wǎng)導論、傳感器原理及應用、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )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)應用系統設計等課程的實(shí)踐實(shí)訓教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用項目開(kāi)發(fā)提供平臺。
使學(xué)生通過(guò)智慧教室實(shí)驗平臺，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎理論、物理信息系統標識與感知、計算機網(wǎng)絡(luò )理論與技術(shù)和數據分析與信息處理技術(shù)等知識，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域寬廣專(zhuān)業(yè)知識，具備一定的工程應用系統的開(kāi)發(fā)、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。
二、智慧教室實(shí)驗平臺方案
智慧教室以物聯(lián)網(wǎng)數據網(wǎng)關(guān)平臺為基礎，以云服務(wù)管理平臺為核心，構建融合ZigBee短距離無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)、WiFi無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)為一體的網(wǎng)絡(luò )模式，覆蓋整個(gè)智慧教室，通過(guò)教室內架設的交換機、網(wǎng)絡(luò )路由器，建立融合有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵部分——網(wǎng)絡(luò )層。各種傳感器通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )/WiFi網(wǎng)絡(luò )接入物聯(lián)網(wǎng)數據網(wǎng)關(guān)平臺，形成物聯(lián)網(wǎng)的前端感知部分——傳感層。數據網(wǎng)關(guān)通過(guò)架設的以太網(wǎng)或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )接入云服務(wù)器部署的管理平臺，為用戶(hù)提供各種傳感器信息查詢(xún)、控制、編輯的應用接口，形成物聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)應用終端——應用層。
2.1 智慧教室云服務(wù)管理平臺
1. 平臺簡(jiǎn)介
物聯(lián)網(wǎng)云平臺的應用服務(wù)部署在服務(wù)器虛擬化云計算平臺，向下提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的接入、存儲、計算服務(wù)，向上為用戶(hù)提供物聯(lián)網(wǎng)B/S構架軟件服務(wù)。通過(guò)該服務(wù)可以提供現場(chǎng)的監測點(diǎn)網(wǎng)關(guān)信息查看、現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據查看和存儲以及歷史數據查看和報警、歷史數據曲線(xiàn)展示等功能。用戶(hù)可在登陸該服務(wù)平臺后，通過(guò)該應用方便地查看現場(chǎng)監測數據，及時(shí)作出決策。
2. 平臺構成
物聯(lián)網(wǎng)云平臺是指基于傳感器設備（ZigBee傳感器、WiFi/BT傳感器、有線(xiàn)傳感器）、物聯(lián)網(wǎng)數據網(wǎng)關(guān)平臺、物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺（簡(jiǎn)稱(chēng)云平臺）等軟、硬件所構成的物聯(lián)網(wǎng)監控系統。系統結構如圖所示。
整個(gè)系統的運行可簡(jiǎn)單的理解為“通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將現場(chǎng)傳感器的數據傳輸到云平臺，用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)云平臺并獲取數據的過(guò)程”。
3. 物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗平臺服務(wù)器
為實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗平臺的統一管理、實(shí)驗室實(shí)驗設備等管控、以及開(kāi)展功能復雜的綜合設計和科研項目，在智慧教室的網(wǎng)絡(luò )機柜里配置一臺服務(wù)器。
該服務(wù)器安裝系統軟件，及物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗的服務(wù)器端軟件，提供本地、或遠程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，并實(shí)施對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗的監控和設備管理。
三、智慧教室系統設計方案
智慧教室基于云服務(wù)管理平臺為核心，建成一個(gè)綜合型的物聯(lián)網(wǎng)共享平臺，所有的設備系統均可以通過(guò)標準模塊ZIGBEE設備無(wú)線(xiàn)接入物聯(lián)網(wǎng)數據網(wǎng)關(guān)平臺，通過(guò)服務(wù)器的系統軟件統一管理前端系統設備;同時(shí)，我們提供教室智慧系統的設計原理圖，開(kāi)放足夠多的端口和豐富、完善的接口函數以及二次開(kāi)發(fā)包，為教師、學(xué)生提供了一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境平臺去學(xué)習和研究。
