德州职业技术学院 李 燕

1.引言

在这个信息时代的大背景下，信息技术逐渐的融入到了人们生活和生产的各个领域中，教育教学领域也是如此。智能教学学习环境的建设已经成为了高校教学资源发展的新方向。但是，现有的职能教室系统大多都是架构在整个校园网上的巨大分布式系统，该系统需要分布广泛、数量众多的的网管设备，并且对于软硬件的要求也非常的高，因此，构建和维护的成本也是非常高的。基于物联网技术下的智能教室设计，能够实现物联网技术和云计算相结合，这也就使得网管设备只需要具备基本的套接字通信能力就行了，不需要使用更加更层次的协议和后端服务器通信，这样一来对于网管设备的软硬件要求就需要太高，从而在很大程度上节省系统构建和维护的成本。接下来，我们就来一起对基于物联网技术的智慧教室的设计和实现进行探讨。

2.智能教室系统架构设计与实现

基于物联网技术的智能教室系统主要以数据分层和分布式功能理念为基础为构建的功能多样化的信息管理系统，从而实现和现有的软硬件联动和融合，使得系统得到升级，同时还会预留充足的功能接口，这样才能够满足系统今后发展的需求。

本文所设计的基于物联网技术的智慧教室系统的框架主要包括以下几个层次：终端层、室内监控层、中间层和硬件层。(1)终端层：这一层次是直接和用户服务进行连接的，在实际的使用过程中，能够根据用户的需求提供针对性的服务。终端层的主要功能为：将教师当中的各个多媒体设备和传感器进行全面连通，然后通过系统控制中心对各个设备进行智能化的统一控制，从而实现智能教室的智能化运转，为教师和学生打造一个全新的教学模式和学习体验，提高教学和学习的效率；(2)室内监控层：这一层次设立的主要目的就是为了各个设备进行监控，从而确保系统的正常运行，比如：教室的门窗、灯光等相关设备进行检测和智能化控制，确保教室内的光线和温度等内部环境的舒适性，从而为教师和学生提供优质的教学和学习的环境，使得教师和学生的身心愉悦，提升教学和学习的效率；(3)中间层：这一层次主要是面向数据的，主要为智能教室系统的运行提供相关的数据支持，比如：数据的存储、分析和传输等。中间层承担着整个智能教室系统运行的数据基础；(4)硬件层：这一层次和软件层是相对的，主要是为智能教室系统的运行提供必要的硬件支持，硬件层主要包括智能教室系统正常运行所必备的各种硬件设备①。

3.智慧教室系统网络架构设计和实现

基于物联网技术的智能教室系统的终端可以利用多重网络来实现数据的交互。本文所介绍的智能教室系统根据不同模块的作用和功能之间的差异性，将系统设置为展示模块、数据仓储模块、数据传输模块和数据采集模块。

通过对智能教室的实际需求进行分析，我们可以将智能教室系统的网络构架分为以下几个层次：无线数据节点、无线数据传输网络、数据路由器。(1)无线数据节点：这一层次主要是通过设置传感器来对智能教室系统运行过程中，教室内部相关的数据进行收集和传输，其中主要包括教室内部的温度、湿度、光照强度以及污染物等；(2)无线数据传输网络：这一层次主要是用来设置互联网和局域网，并用来进行数据传输的；(3)数据路由器：智能教室系统中数据的主要来源于分布在教室内部的各个传感器，而数据路由器的主要功能就是将这些不同来源的数据提供到统一的接口，然后将这些数据集中传输到系统的数据处理模块，数据处理模块会将这些收集到的数据进行统一的分析和处理，最终给出相应的控制指令②。

4.后台应用与移动APP

在智能教室系统处理和应用阶段，可以搭建一个后端处理平台。其中一种做法就是直接购买服务器设备、搭建服务器端软件平台，安装相应的数据库管理系统软件如：Oracle、MySql，同时还需要安装web服务器软件如：Tomcat、Apache。此外，还需要为服务器设备配置一个固定的IP地址，申请域名等；还有另外一种做法为购买校内云服务，并向校内云服务提交相关资源需求参数，如：服务器配置、IP地址以及访问宽带等。但是不论是采用哪种方式进行后端处理平台的搭建，如果是使用Apacheweb服务器软件，那么前端的开发语言则可以选择使用PHP，后端网络应用程序开发语言则可以选择Java或者PHP；如果是采用Tomcat服务器软件，那么后端网络阴影程序开发语言则需要选用Java和jsp。

在后端处理平台上，还需要开发和部署与嵌入式开发平台上已经开发的客户端程序相对应的服务端应用程序，这样一来可以方便接收和感知数据，并作出相应的处理。在这一过程中涉及到和客户端Socket连接的建立、接收数据的清洗、客户端发送数据的收取、数据库表的建立、数据存储以及数据的增删改查等。此外，还需要开发和部署和用户APP通信的服务端应用程序，要想实现这一功能可以通过提供API接口的方式实现，这样可以使得用户APP端和后台业务处理端的解耦③。API提供功能的实现实际上是属于中间件层的工作，具体可以使用PHP开发语言在中间件层进行编码实现。而用户的APP则可以基于Android平台采用Java开发语言编码实现。

5.智能教室系统功能模块分析

5.1 教学模块

智能教室系统中的教学模块主要的硬件设备包括：音响、投影仪、问答器以及麦克风等。通过智能教室系统的统一控制，使得这些设备代替传统的黑板和粉笔的教学模式，这样一来可以有效的避免教师和学生受到粉尘的危害，有利于促进教师和学生的身体健康。另外，在该系统当中，教师在进行课堂教学的过程中还能够摆脱传统黑板的制约，可以自由的在任何区域内进行教学，从而有效的增强师生之间的交互性，使得课堂教学的效率得到进一步的提升。

5.2 LED现实模块

在智能教室系统当中的LED显示模块通常是采用多块了LED面板锁组成的，其主要功能为显示教室内环境的基本参数以及教学活动中的各项公告和信息。

5.3 室内环境智能感知模块

智能教室系统当中的室内环境智能感知模块是该系统当中的核心模块，其中主要包括：数据传输、数据处理以及传感器。能够为系统的正常运行提供数据支持。简单来说该模块的功能就是利用传感器收集教室内部的相关数据，然后通过网络传输到系统的数据处理中心，最后由控制中心根据数据的分析结构发出相应的指令，从而实现对教室内各个设备的智能化控制。

5.4 空调或换气扇智能化调整

良好、舒适的教室室内环境能够为教师

的教学和学生的学习提供优质的教学条件，从而提升教学和学习的效率和质量，因此，在智能教室中为了能够确保教室内环境的优良性和舒适性，在目前很多的学校教室中都备有空调或者是换气扇[4]。而智能教室系统可以对教室内的空调和换气扇进行智能化调控，智能系统的传感器能够采集到教室内的温度和湿度等相关信息，当室内温度过高或过低时，智能控制系统能够智能化的对教室

内的空调或换气扇进行智能化的调整，确保室内温度的舒适性，从而为教师和学生提供一个良好的教学和学习的环境。

5.5 教室环境评价质量和系统工作状态显示

智能教室系统中的教室环境评价质量和系统工作显示模块的主要功能就是对教室内部环境的相关数据进行检测和反馈，并对其进行评价，然后通过LED模块将教师内部环境状况显示出来，从而让教师和学生能够时刻的了解到教师内部的环境状态。另外，在该模块中还可以将班级人数情况、值日情况、教师信息以及课程安排和班级公告等信息也显示在上面，从而帮助学生更好的安排自己的学习计划，提升学生的学习效率。

6.结语

综上所述，物联网技术是信息时代下的产物，是目前备受关注的前沿研究领域，在学术界和工业界已经得到了广泛的应用，并取得了显著的效果，因此，物联网技术也被称之为21世纪最具影响力的技术之一。基于物联网技术下的职能教室系统，能够使得教室中的相关设备进行统一的智能化控制，从而有效的提升教育教学的智能化水平，为教师和学生提供良好的教学环境，让他们可以更好的开展教学和学习，提升教学和学习的效率。

引文

①阎坚,桂劲松.基于物联网技术的智慧教室设计与实现[J].中国电化教育,2016(12):83-86.

②周浪,林哲,胡晓芳,等.一种基于物联网的智慧教室方案的设计与实现[J].无线通信技术,2014,23(4):53-56.

③邱焕枝,陈永灿,范潮升,等.基于WiFi物联网技术的智慧教室系统分析[J].企业技术开发,2016,35(3):62-63.

④刘君.基于物联网技术的高校智慧教室的设计研究[J].陕西理工学院学报(自科版),2017,33(5):52-57.