智慧教室建設解決方案
一、系統(tǒng)概述
1.1 智慧教室建設背景
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，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、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)絡理論與技術和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網(wǎng)絡技術、傳感技術等信息領域?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)數(shù)據(jù)網(wǎng)關平臺為基礎，以云服務管理平臺為核心，構建融合ZigBee短距離無線傳感器網(wǎng)、WiFi無線局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)為一體的網(wǎng)絡模式，覆蓋整個智慧教室，通過教室內(nèi)架設的交換機、網(wǎng)絡路由器，建立融合有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)關鍵部分——網(wǎng)絡層。各種傳感器通過ZigBee網(wǎng)絡/WiFi網(wǎng)絡接入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關平臺，形成物聯(lián)網(wǎng)的前端感知部分——傳感層。數(shù)據(jù)網(wǎng)關通過架設的以太網(wǎng)或移動通信網(wǎng)絡接入云服務器部署的管理平臺，為用戶提供各種傳感器信息查詢、控制、編輯的應用接口，形成物聯(lián)網(wǎng)的用戶應用終端——應用層。
2.1 智慧教室云服務管理平臺
1. 平臺簡介
物聯(lián)網(wǎng)云平臺的應用服務部署在服務器虛擬化云計算平臺，向下提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的接入、存儲、計算服務，向上為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)B/S構架軟件服務。通過該服務可以提供現(xiàn)場的監(jiān)測點網(wǎng)關信息查看、現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)查看和存儲以及歷史數(shù)據(jù)查看和報警、歷史數(shù)據(jù)曲線展示等功能。用戶可在登陸該服務平臺后，通過該應用方便地查看現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時作出決策。
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、有線傳感器）、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關平臺、物聯(lián)網(wǎng)云服務平臺（簡稱云平臺）等軟、硬件所構成的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構如圖所示。
整個系統(tǒng)的運行可簡單的理解為“通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關將現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，用戶訪問云平臺并獲取數(shù)據(jù)的過程”。
3. 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
智慧教室基于云服務管理平臺為核心，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ZIGBEE設備無線接入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關平臺，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。
