張鵬義+劉昭君

摘 要：目前物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)一般做成無線通迅模塊的實(shí)驗(yàn)工具箱。我們選擇學(xué)生熟悉的教室作為載體，設(shè)計(jì)出集產(chǎn)品開發(fā)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)于一體的可移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)。通過討論分析智慧教室的功能需求，列出我們所能想到的創(chuàng)新功能，再進(jìn)行討論取舍，確定教室的智能改造方案。然后針對(duì)每個(gè)功能點(diǎn)構(gòu)建模型，選用合適的PLC控制器來實(shí)現(xiàn)各模型功能，通過P-bus協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通信，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)教室的智能控制。本產(chǎn)品采用PLC控制平臺(tái)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)教室的燈光自動(dòng)分配與控制、環(huán)境監(jiān)測與自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全防盜與遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧教室；PLC控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.070

物聯(lián)網(wǎng)是最近幾年比較熱門的技術(shù)，2009年溫家寶總理在江蘇無錫視察時(shí)提出“感知中國”概念。并將物聯(lián)網(wǎng)列入五大必爭產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)之一。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有很大發(fā)展前景，很多學(xué)校都開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，但是缺少適合學(xué)生動(dòng)手操作的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。我們想利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)教室的智能控制，為此我們選擇學(xué)生熟悉的教室作為載體，設(shè)計(jì)出集產(chǎn)品開發(fā)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)于一體的可移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)。

1 教學(xué)平臺(tái)組成

教學(xué)平臺(tái)實(shí)物如右圖所示，整個(gè)教學(xué)平臺(tái)分為三個(gè)部分，上半部分為教室燈光分配及遠(yuǎn)程報(bào)警示意圖，主要包括各種指示燈。中間部分為控制面板與傳感器展示區(qū)，主要包括風(fēng)控面板、九鍵面板、光敏傳感器、紅外傳感器、溫濕度傳感器、多功能觸摸屏等。下半部分為模塊展示區(qū)，主要包括PLC控制器，交流接觸器，繼電器等，各模塊之間通過不同顏色的導(dǎo)線連接以實(shí)現(xiàn)電路控制功能。

2 教學(xué)平臺(tái)工作原理與實(shí)現(xiàn)功能

平臺(tái)以PLC控制器為核心，通過溫度、濕度采集，光照探測，紅外檢測及無線接收等模塊采集教室內(nèi)部信息，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)教室燈光節(jié)能控制，窗簾自動(dòng)開啟，教室環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)，教室安全監(jiān)控與報(bào)警等功能。

2.1 教室的燈光自動(dòng)分配與控制

系統(tǒng)可以根據(jù)管理要求，對(duì)每一路照明系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)的供電和斷電控制，根據(jù)作息制度自動(dòng)開關(guān)燈，能自動(dòng)的根據(jù)教室內(nèi)的光照度、人數(shù)以及課程表和作息制度對(duì)教室內(nèi)的照明進(jìn)行控制；系統(tǒng)軟件可以實(shí)時(shí)顯示每路照明系統(tǒng)的使用狀態(tài)。還可以通過平臺(tái)對(duì)照明進(jìn)行手動(dòng)的遠(yuǎn)程控制?？梢酝ㄟ^校園網(wǎng)絡(luò)，跟平臺(tái)相聯(lián)接，可以將設(shè)備檢測到的教室人數(shù)、開燈數(shù)等信息上傳到平臺(tái)上。根據(jù)室內(nèi)人數(shù)和光照度控制亮燈的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)按需照明，大教室采用人數(shù)計(jì)數(shù)分區(qū)控制方式，中小教室采用靜止人體感應(yīng)集中控制方式。在正常上課時(shí)間，系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的光照度信息，判斷是否需要給所有教室的照明系統(tǒng)供電，對(duì)于光照強(qiáng)度比較特殊的教室，系統(tǒng)根據(jù)該教室的光照度參數(shù)判斷是否需要單獨(dú)對(duì)該照明系統(tǒng)供電。系統(tǒng)可以在下課時(shí)間斷開所有教室照明系統(tǒng)供電，而在上課時(shí)間再恢復(fù)照明用電供電，并且需要在教室按動(dòng)手動(dòng)開關(guān)來恢復(fù)教室照明，無人教室雖然照明系統(tǒng)有電，但仍不會(huì)工作。

2.2 教室的環(huán)境監(jiān)測與自動(dòng)調(diào)節(jié)

教室里安裝多個(gè)不同類型的傳感器，例如溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、紅外傳感器、煙霧及CO2等氣敏傳感器。能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測室內(nèi)的溫濕度、光照度、CO2濃度等空氣質(zhì)量參數(shù)。當(dāng)檢測到教室里的溫度高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行打開電風(fēng)扇的指令，實(shí)現(xiàn)教室溫度調(diào)節(jié)功能；當(dāng)檢測到教室光照太強(qiáng)時(shí)系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行關(guān)閉電動(dòng)窗簾的指令，滿足學(xué)生看清黑板的需求，而當(dāng)教室光線不足的時(shí)候，系統(tǒng)又會(huì)執(zhí)行打開電動(dòng)窗簾的指令，從而補(bǔ)足光照；另外就是當(dāng)檢測到空氣中CO2濃度較大的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行打開通風(fēng)裝置的指令，實(shí)現(xiàn)教室換氣功能。

2.3 教師的安全防盜與遠(yuǎn)程報(bào)警

當(dāng)啟動(dòng)關(guān)門布防功能后，如果有區(qū)域燈具沒有關(guān)掉，門窗沒有關(guān)閉的地方都會(huì)在軟件上顯示出來。如果晚上有人入侵教室開啟門窗或者燈光就會(huì)觸發(fā)報(bào)警。即使不開啟燈具門窗，由于紅外檢測到有人進(jìn)入教室，還是會(huì)觸發(fā)報(bào)警，系統(tǒng)通過短信功能將報(bào)警信號(hào)發(fā)送給夜間值班人員，如果是燈具或門窗沒有關(guān)閉，值班人員可以在收到報(bào)警信號(hào)后通過手機(jī)軟件或者短信給主機(jī)發(fā)送關(guān)閉燈具指令。

2.4 聯(lián)網(wǎng)功能

系統(tǒng)使用的PLC控制器上面具有網(wǎng)絡(luò)通信端口，將控制器與電腦服務(wù)器都安置在同一個(gè)路由器的同一網(wǎng)段即可使用手機(jī)觸摸屏還有服務(wù)器去控制。

在學(xué)校，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)。傳統(tǒng)的教室已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)的需要，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧教學(xué)、環(huán)境智能調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)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(yùn)用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，給教育行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉臻.智慧校園的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.

[2]周浪.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無線電通信技術(shù)，2014.

作者簡介：張鵬義（1984-），男，江蘇淮安人，本科，講師，主要研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)檢測維修。endprint