基于物联网的智慧教室系统的开发

发布时间：2020-07-12 03:12

【摘要】：当前我国教室还存在智能化程度不高,环境标准不统一等问题。为解决这一问题,提高我国教育现代化水平,本课题通过总结国内外智慧教室的发展经验,并结合我国的国情开发了一套智慧教室系统。论文首先分析了智慧教室系统国内外的发展现状,论述了在我国发展智慧教室系统的意义,并结合我国的国情制订了一套切实可行的方案。智慧教室系统包括硬件设备和监控平台两部分。硬件部分采用了模块化的设计思路,分为主控制单元、无线通信单元、空调红外遥控单元、灯光控制单元、电源单元五部分,各单元相互协作,共同实现系统的功能。主控制单元实现了对教室环境的检测与处理、窗帘、排气扇的控制及与无线通信单元、灯光控制单元的通信。无线通信单元采用SIM900a模块实现短信报警功能及GPRS上网功能,将主控制单元检测的环境信息以POST方式上传到数据库,同时接收监控平台发送的控制指令并将控制指令传送到主控制单元。空调红外遥控单元可实现对空调红外遥控编码的学习、存储及还原,采用USART串口的方式与主控制单元通信。为实现“人进灯开,人走灯关”的目标,本文还提出了一种新的智能灯光控制策略:当灯光控制单元检测到有学生进入教室后,打开教室内一部分灯光,再利用教室监控摄像头采集教室内图像,根据学生的位置自动开关灯光,并将光照强度保持在合理的范围内,灯光亮度控制采用模糊控制的方法,降低了能耗。监控平台采用PHP语言进行开发,主要包括教室环境信息显示、空调、灯光、窗帘、排气扇的在线远程控制等界面。数据库的开发采用MySQL数据库平台,可以将采集到的各种环境监测信息储存到数据库中。用户登入系统后可以实现实时在线查看教室内环境信息及视频监控,并能实现设备的控制管理,进而实现教室远程监控功能。本系统实现了对教室内环境信息的实时监测及远程控制,降低了老师的工作强度,为学生学习提供了一个优良的环境,满足了学校管理人员查看教学实况的需求。系统在日照某学校安装使用,运行稳定,满足预定的设计目标,是一款在我国值得推广的智慧教室系统。
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【图文】：

系统框图,系统框图,灯光,主控制

无线通信单元主要实现主控制模块采集环境数据上传数据库、报警短信令的接收等功能。空调红外遥控单元以 STM8S103S3P6 芯片为控制核心，可以实现对空调习、存储、还原以及发送等功能。室内环境质量检测包括对温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、甲醛含量息的检测。件设备与服务器的通信通过SIM900a模块实现，通信单元通过GPRS网络主控制单元发送的环境检测信息上传到数据库，同时接收监控平台发送电动窗帘采用减速直流电机驱动，灯光采用 LED 节能灯，报警装置采用式。智慧教室系统可以根据教室内视频监控图像判断教室内学生分布情况，开学生附近的灯光，并调节灯光亮暗。灯光亮暗的调节由单片机输出的采用模糊控制的算法，能够实现将教室内灯光强度保持在合适范围内。

框图,硬件电路,框图,主控制

共同实现系统的整体功能。硬件电路的总体框图如图 3.1 所示：图 3.1 硬件电路总体框图3.1 主控制单元硬件设计主控制单元以 STM32 单片机为核心，实现教室内环境信息的检测、显示，窗帘、排气扇等硬件设备的控制，汇总人体红外遥控单元、灯光控制单元发送的数据，与无线通信单元进行通信等功能，是硬件部分的核心。3.1.1 主控制芯片电路设计主控制单元控制芯片采用意法半导体公司生产的STM32F103ZET6单片机，灯光控制单元需要控制的灯光控制器数量及传感器数量较多，且需要实现模糊控制，因此主控制芯片也采用功能较为强大的STM32F103ZET6单片机。STM32F103 系列微处理器功能强大，使用范围广泛，基本功能和特点有：可以在-40～＋105℃的温度范围内稳定工作；供电电压范围广，2.0V～3.6V 之间均可为单片机供电，带有省电模式，满足系统低功耗的要求；运行速度快，频率可达 72MHz，内部集成高速存储器；I/O 端口较多，所有 I/O 口都可以映射到外部中断

波形图,低脉冲,波形图,小数点

2 3 4 5 6 址位气体名称气体浓度高位气体浓度低位小数点位0x01 0x27 0x00 0x00 0x02 浓度高位*256+气体浓度低位，例如：FF FF 00x06=6，小数点为 2 位，实际浓度为 0.06mg/m量单位为 mg/m3，0x02 代表小数点为 2 位。件设计的 PM2.5 传感器 SDS01。这是一款基于激光散射激光器与感光部件，数据稳定可靠，能够准确并且可以对不同微尘的直径进行分类统计，得到ART 与 PWM 接口，这里采用 PWM 接口。PM，通过计算脉冲中低电平占得比例得出空气中

【相似文献】