基于物联网的智能教室管理系统

Technology Analysis

技术分析

DCW

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数字通信世界

2019.04

1 引言

目前，物联网已广泛应用在我们的生活中。智慧校园是将校园中的生活、学习、工作等相关的资源联系在一起，实现管理的智能化。本文主要从智慧校园中教室的‘节能’与‘安全’这两点出发，设计了一套智能教室管理系统，填补了校园教室管理的空白。

2 智能教室管理的设计

2.1 系统的总体设计

如图1所示，STM32作为控制核心连接灯光控制模块、显示模块、窗户控制模块等，各个传感器实时监测环境数据调节对应模块，通过无线模块传输数据、远程控制[1]

。

图1 总体架构设计图

2.2 系统的程序流程

如图2所示，系统工作在学校规定的教室开启时间内。对教室的各个情况都会先进行自动标定数据之后进入循环协调控制教

室设施，达到所期望的功能。

图2 系统流程图

3 系统功能

3.1 窗户自动控制

系统在开启时先进行自检，第一次开启会自动检测环境标定照度等信息，之后不会再检测，若因教室设施变化需要重新标定可通过触摸屏操作内置的设置进行重新标定。之后系统进入各个器件初始化准备获取环境中的各个数据，然后系统开始协调各个环节的设施智能的管理教室。在系统工作时窗户部分获取到室内外温度、湿度加上外界雨滴传感器：一是通过外部湿度大于内部湿度同时检测到雨滴便可确定外界下雨，系统控制步进电机关闭窗户；二是根据季节判断教室内外温度是否适宜，是否需要开窗通风或关窗保暖；三是在夏季强光直射进室内时，看书对眼睛有害，这时可以自动关闭窗帘调节光强。3.2 灯光自动控制

由近日《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》可知，教室桌面维持平均照度不低于300lx ，照度均匀度不低于0.7。黑板面维持平均照度不低于500lx ，照度均匀度不低于0.8。因此通过照度传感器获取教室内的照度，加上用摄像设备获取教室视频，用电脑运用计算机视觉检测室内人数和人员位置。假设窗户、窗帘都开启时，通过获取的照度和人员位置判断开启指定位置的LED 灯管，并用PWM 控制灯光亮度对环境光进行补光使其达到照度标准。测得一组教室开灯时桌面照度数据为（教室桌面：295，297，319，305，291，297，300，304，307，308）我们标定此为教室灯管发光能力，因为采用PWM 调光因此调节起来是线性的可以快速调节到所需的照度。这时再加入窗户关闭、窗帘关闭的情况时就是对教室灯光的补光。这样就可以较好的对教室灯光控制达到预期效果。因为是建立在环境光的补充和PWM 调光下的，所以在灯光的点亮时长可以大幅减少。而人员位置的对应亮灯减少了大量不必要的亮灯。这两者能够帮助我们减少能源的损耗还能延长灯的使用时间同时其智能感提升了大学的科技氛围。3.3 联网控制

通过Wi-Fi 模块，系统连接网络，从而连接到电脑、手机。摄像头将教室的视频信号传输给电脑，电脑间隔抽样视频信号，每次抽样一帧图像，利用计算机视觉技术算出教室内的人数以及人的位置。电脑还利用PYTHON 爬虫算法爬取教务网的课程[2]

。系统通过Wi-Fi 模块与电脑相连，可以获取教室内的人数以及人的位置、课程、网络时间等信息。手机上开发了一款应用程序，系统通过Wi-Fi 模块与手机相连，实现手机上可控制窗户的开关和灯的开关以及灯的亮暗程度。系统将前面所说获取到的教室内的人数、课程、网络时间和由传感器采集的温湿度信息显示在LCD 触控屏上和手机终端，供用户参考。系统（下转第140页）

基于物联网的智能教室管理系统

周子川，付浩东，符裕亮，薛　清（通讯作者）

（淮海工学院理学院，连云港 222005）

摘要：该智能教室管理系统以STM32单片机为控制核心，采用环境传感器对教室的环境参数采集、传输，利用烧录在单片机内的算法程序对环境变量进行协调控制，从而实现对教室的智能控制。该系统能够实现对窗户窗帘的智能控制、协调室内外温度、改善光环境；也能实现对教室内灯光的控制，依据人员位置定点开灯，并且可以控制灯光亮度；同时液晶屏可以显示教室的人数、温湿度、当前课程等信息；利用物联网技术，实现了手机可以远程控制教室的灯光、窗户系统，可以显示教室的工作状态。系统解决了当前教室存在的能源浪费问题，远程察看教室信息的问题，实现了对教室内的灯光、窗户、课表的高效、统一、智能化管理。

关键词：STM32；物联网；教室doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.04.093中图分类号：TP311 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）04-0125-02

基金项目：

淮海工学院优秀本科毕业论文（设计）培育计划资助项目。

透视

Hot-Point Perspective

D

I G I T C W 热点

140DIGITCW

2019.04

4 基于基础设施建设的城市通信工程规划研究

4.1 确定施工工艺

在城市通信工程规划中，各个城市的生态环境及其地理位置都是存在不同差异的，因此在基础设施建设时，也要对这种差异性进行充分考虑。应结合城市所处的环境特征来确定施工工艺，以此确保施工工艺的合理性与适用性。在确定施工工艺时，还要对城市现有的基础管线进行充分考虑，分析通信基础设施建设是否和原有的基础管线发生冲突，当存在冲突时，应尽量避开基础管线，防止通信基础设施建设活动破坏管线。在对施工工艺进行确定时，还要对建设过程中可能发生的突发事件进行考虑，并提前制定相应的施工变更方案作为备用，防止在出现突发事件时造成施工中断。此外，在施工工艺确定上，应确保其能够适用于通信基础设施，并对通信基础设施的所在环境、气候条件等进行考虑，使施工工艺能够有效保护和避免通信基础设施在使用过程中发生危险。4.2 打造一支高素质建设团队

基于基础设施建设的城市通信工程规划，需要打造一支高素质的建设团队来确保其工程建设质量。建设团队的施工水平将直接影响到基础设施的建设水平，更对城市通信工程的规划工作有着重要影响。因此，必须要加强建设团队中施工人员的安全教育工作，制定严格的管理措施，提高施工人员的操作水平，确保其能够了解和掌握基础设施建设中的相关技术流程及注意事项，保证城市通信工程规划工作能够得以顺利完成。4.3 建立科学的城市通信工程考核体系

随着我国现代化城市的不断发展，城市对通信功能的需求也是不断变化的，因此需要建立一个科学统一的考核体系来对规划后的通信工程进行评价，以便于及时找出通信工程在规划工作中所存在的缺陷及漏洞，使通信工程在后续的管理及建设中能够得到不断的完善。在建立城市通信工程考核体系时，应结合相关部门在考核制度上的相关规定，并将考核结果存储于系统中，以此分析通信工程中可能存在的安全隐患及质量缺陷，并在后续工作中进行重点优化与完善，确保通信工程能够始终满足城市对通信功能的相关需求。

5 结束语

总而言之，科学技术的发展，使我国通信领域进入了高速发展时期，各种新设备、新工艺、新理念纷纷被应用于通信领域中，这也使我国城市的通信工程规划水平得到了显著提高，提高了通信基础设施的建设质量，使其在城市通信公共服务中发挥了巨大的作用。城市通信基础设施建设以打造新一代宽带、融合、泛在、安全的战略性公共基础设施为总体目标，合理规划与布局，满足全光网络和无线网络全覆盖的发展需要，有力支撑经济社会发展。参考文献

[1] 欧阳丽，王晓明，赵建夫. 我国城乡规划体系下公用设施规划编制现状探析[J]. 现代城市研究，2015（09）：49-55.

[2] 刘传军，盛晓燕. 智慧城市建设要求下的通信工程建设研究[J]. 信息系统工程，2015（10）：143.

[3] 苏雄生. 通信基础设施专项规划之基站规划探讨[J]. 电信快报，2016（11）：12-15.

[4] 陈汝君. 基于智慧城市建设要求下的通信基础设施规划标准[J]. 城市建设理论研究（电子版），2018（17）：178.

（上接第125页）还加入了手自动切换开关，防止手动控制与自动控制发生冲突[3]。

晚上最后一节课后，自动关闭系统，进入休眠状态，节约能源，包括关闭窗户、窗帘、灯、LCD 触控屏。

4 改进与提升

在智能教室管理系统的设计中，只对教室的窗户、窗帘、灯

光系统、人数统计、课表系统进行了控制，后续可以添加对空调、风扇、投影仪、电脑等的控制系统。近几年愈来愈关注的网络安全问题，也是下一步完善系统需要考虑的。

参考文献

[1] 鲁世涛，葛晨润，侯鹏等.智能教室管理系统[J].科技展望，2016，（11）：11.

[2] 王桐.基于校园一卡通的教室智能管理系统实现[J].山西电子技术，2018，（5）：58-60.

[3] H u ，Dexter H.“Smart Classroom 2.0：Context-aware Educational System.”（2009）.

（上接第119页）术相比，这种技术不仅减少了人力、物力和财力的消耗，而且在很大程度上优化了环保工作，从而实现了对城市垃圾的科学存放和处理。通过利用通信技术创建的智能安居，有助于提高城市智能的水平，而且也实现对相关数据信息的传输与分析，从而为智能化管理提供了很好的依据。3.5 通过利用通信技术能够建设无线智慧城市

随着信息技术的发展，信息技术以其独特的特点被广泛应用于人们的生活、学习和工作中。目前，信息技术已经能够在移动智能终端和手机的帮助下完成大量的工作，从而使生活更加方便。例如，通过移动通信技术，可以在手机上就能完成日常生活缴费以及购物，给人们节约了大量的时间。除此以外，无线网络技术的发展得到了人们的广泛地使用，不仅让人们感受到了高速信息社会的优势，而且在很大程度上也实现了城市网络的覆盖，极大地方便了人们的生活[3]。3.6 通过利用通信技术能够优化组织系统建设

组织系统是现代化城市中不可或缺的重要网络系统，组织系统主要包括医疗、公共安全以及教育等部分，对智慧城市的发展具有重要意义。然而通信技术的应用，让整个城市的向着智慧化的发展。以智慧医疗为例，通过采用通信技术能够实现对医疗设备信息的收集和处理，而且在很大程度上能够对患者进行监测，从而让医疗信息更加的清晰透明。随着通信技术的发展，通信技术在组织系统中具有非常重要的作用，同时也是促进城市智慧化发展的关键技术。

4 结束语

总而言之，现代科学技术的不断更新和进步，为当前城市现代化发展提供了良好的前提条件。通信技术在现代城市建设和发展过程中具有积极的意义。能够给现代居民提供更为健康舒适的生活环境。基于通信技术的智慧城市规划与建设，需要积极采用科学有效、切实合理的方式和手段，不断提升智慧城市的总体建设水平。通过采用通信技术在智慧城市中的应用，能够实现对城市的整体化管理，同时促进城市智慧化。参考文献

[1] 王芮. 智慧城市的支撑技术—通信技术[J]. 智能建筑与智慧城市，2017（7）：60-61.

[2] 罗振，桑梓勤，齐飞. 智慧城市中的信息通信技术标准体系[J]. 信息通信技术，2015（5）：21-26.

[3] 石利萍. 浅谈通信技术与智慧城市[J]. 通讯世界，2016（20）：74-75.