智慧教室物联网综合管理平台介绍.doc

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1、智慧教室物联网综合管理平台介绍智慧教室物联网综合管控平台是以先进的物联网技术为基础，依托物联网三层体系结构（应用层、网络层、感知层）设计而成。运用传感器、执行器等智能装置通过人的策略控制对物理世界进行感知识别，依托通信网络进行传输和互联，利用计算设施和软件系统进行信息处理和知识挖掘，实现人与物、物与物的信息交互和生产生活信息的无缝链接，进而达到对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策。5.1 平台概述智慧教室物联网综合管理平台是基于J2EE架构的一款纯B/S结构的解决方案，实现了以策略管理为核心的网络化综合管控系统，整个系统依托校园网络。平台对教室设备管控、教学管理、班级管理、课表管理、工作站

2、管理、LCD通知管理、人员管理以及门禁考勤、视频监控、常态化互动录播、标准化考场、IP语音对讲、公共广播等系统进行统一管理来构建整个智慧教室物联网综合管理平台。智慧教室物联网综合管理平台就是以先进的物联网技术为依托，为广大师生创造一个更为智慧、绿色、高效、舒适的教学环境，进而推动教育事业的发展，为教育、教学提供有力支撑。其主要功能可分为空调控制子系统、通风控制子系统、多媒体控制子系统、照明控制子系统、前端显示子系统、门窗监视子系统、视频监控子系统等。教育的主体是学生，所以我们研发的智慧教室系统，就是围绕学生、围绕教室、围绕教学环境保障、围绕教学主管部门和广大师生的高效互动而展开的系统工程建设项

3、目。Figure 1 系统模拟示意图系统的建设不仅可实现教室的温湿度与空调、含氧量与通风、光照度与灯光、投影机的使用与幕布/窗帘/照明等教学环境监测变量与教学环境保障设备间的策略化管理的智能联动，更可为教学任务调度变更、教务管理、考试等教学活动提供一个更为高效的网络化的通知通告展示平台。进而对教育教学、教务管理、考务管理以及学生管理提供更为智能、高效和有力的物理环境支撑和信息传递交互支撑。Figure 2 系统平面结构框5.2 设计原则我们的方案整体上遵循以下的原则进行规划。 先进性：以物联网技术为核心，以先进、成熟的无线通信技术支持课堂教学数据、语音、视频等多媒体应用。 实用性：方案设计符合

4、国际相关标准和技术规范，设计简洁、操作方便。充分利用各种资源，使用户实现各种功能。 稳定性：系统选用产品和技术经过广泛检验，充分考虑系统在程序运行时的应变能力和容错能力，具有极高的稳定性和可靠性。 兼容性：支持Windows、Andriod、IOS等各种操作系统终端，甚至是不同操作系统的终端混合使用。 扩充性：系统架构设计合理，考虑对于未来的发展，设计充分考虑今后扩展的要求。包括与其它应用系统之间的互联以及系统的扩容能力等，在满足现有系统互联的前提下，能够很好的适应未来信息系统增长的需要。 安全性：在系统软设计与建设中，充分考虑系统的安全，包括数据安全、网络安全，传输安全，管理安全等。5.3

5、功能特点1、 远程统一管理：被授权用户可在任何地方通过如手机、平板APP，PC客户端等方式登录认证操作，管控电源、空调照明、幕布投影等教室设备设施，以及对录播、公共广播、门禁考勤、视频监控、标准化考场等系统设备的统一管理；2、 大屏调度综合管控：在中控室可实现对多媒体教室管理系统、标准化考场系统、教学督导系统和视频监控等系统画面的智能调度控制以及场景联动（如报警联动、画面轮回等）；3、 智慧教室联动：基于用户部署的控制策略，教室端气体监测自动联动通风；光照度监测自动联动照明窗帘；投影机状态监测自动联动幕布、窗帘；中控防盗与录像联动；门禁、电源管理与课表联动等；4、 智慧电子班牌：教室端彩色液晶

6、屏安装于教室外，可随时在走廊了解教室所属班级、当前进行课程/教师、室内温度、湿度、CO2、光照、投影状态、照明状态、空调状态、考勤、信息查询等；5、 智慧电源管理：可通过后台软件实现对教室多媒体设备、常态化互动录播、视频监控、标准化考场等系统设备电源统一管理/单独管理，实现电源智能软关机。6、 后端远程协助：教师可以通过IP电话与控制室的管理员进行双向对讲，管理员可在控制室远程协助教师，实时解决上课遇到的问题；7、 多校区统一管理：可以进行跨楼栋和多校区统一管理；8、 多样式报表分析管理：多样化图表分析，实现对教室内部所有设备的使用率，故障率，使用时间，教室占用率等的精确分析，为管理部门提供精

7、确数据。9、 模块化管控：智慧教室管控产品采用模块化设备，每个设备直接独立工作，即使网关故障也不会影响设备的正常使用，单个设备故障也不会影响其它设备使用；10、 教室使用与排课系统、预约制度灵活结合：系统与排课系统数据能进行对接，实现按预定管理策略对教室、设备进行开启（如教室刷卡开门自动开设备或按上课时间，设备自动开启等）；对于特殊时间、教师的特殊需求或临时性的授课需求，系统能提供方便快捷的预约功能；11、 数据分布式部署：产品采用ZigBee无线技术传输数据，可以大量减少项目施工周期和施工成本；12、 智慧报修：通过微信扫描二维码自动把设备维修信息发送到维修工程师，故障维修进度也能实时查询。

8、通过扫描标签报告，自动形成工单，便于管理。13、 教室预约管理：教室预约系统管理是结合物联网信息平台组建的无线网络、RFID读卡器、无线红外控制套件，实现对教室门禁的智能化管理。14、 智慧教室互动黑板：可一键从黑板切换到触摸屏，并通过软件平台以互动的方式呈现教学内容（如：PPT、视频、图片、动画等），丰富的互动模板能把枯燥的教学素材变为交互性好、视觉冲击强的互动教学课程。通过触控黑板的表面进行交互，简单、人性化的交互操作，将人与互动教学内容有机地连接起来，让师生之间产生更多课堂互动。丰富的人机互动方式结合视听上的感官体验，让教学和学习过程不再枯燥，师生之间的更多互动，帮助学生加深对知识的记忆

9、和学习。5.4 智慧教室平台功能模块介绍5.4.1 大屏调度综合管控系统主要用来在中控室实现对多媒体教室、云机房管理系统、标准化考场系统、教学督导系统和视频监控等系统画面的智能调度控制以及场景联动（如报警联动、画面轮回等）；可以实现对大屏幕显示系统中的硬件设备、信号源、显示窗口、矩阵等进行方便、多点的管理和控制，也可以在已有标准化考场大屏系统上改造。控制中心及网络中心具体要求管理中心及网络中心主要由液晶拼接屏、HDMI矩阵、管理计算机、扩声系统、各系统软件、服务器、存储等组成。（1）建设一个集中控制管理中心，实现多媒体教室、云机房监控和多媒体教室、云机房设备远程集中控制管理；通过液晶拼接屏实时

10、显示各多媒体教室、云机房教学情况，实现对多媒体教室、云机房设备集中控制管理。（2）系统能够通过信息发布系统与考勤系统、排课系统、环境采集系统对接，常态化互动录播系统与排课系统对接，实现多媒体教室、云机房管理及教学管理的高度整合。5.4.2 物联网智能多媒体管控系统实现多媒体教室、云机房设备等教学设备的集中管控，远程控制、可视化管理等功能。多媒体网络中控是系统的核心设备，该设备的稳定性将是系统建设的关键。为了最大限度保障系统工作的可靠性，设备稳定，日常上课老师使用IC卡放置到读卡器上（插卡方式），为系统解锁开启多媒体设备，下课取走IC卡后系统自动关闭设备，并锁定。同时需要实现通过总控管理软件远程

11、控制系统的开启、关闭，中控面板加、解锁。（一卡通启动系统控制投影机、电动屏幕、功放、计算机等设备自动开启，下课后自动关闭）。上课教师可以在本地通过按键面板对多媒体教室、云机房中的各种多媒体设备进行集中一键式或者单独控制（如设备的供电控制、投影机的开关机、电动屏幕的升降、云桌面终端的开关机、多个媒体设备信号的切换等等，一键启动策略根据学校要求设定），使上课教师操作方便，面对的只是单一的设备。也能由主控中心通过教学专网实现对多媒体设备进行独立和联动的控制。系统应能够实现与共享数据中心内的课表信息对接，按课表校验多媒体教室、云机房设备开启权限。可以设置多媒体教室、云机房设备开启的时间段，可以按学期授

12、权，也可以个别调整。授权数据本地存储，以保障在校园网或服务器出故障时能正常开启多媒体设备。记录各多媒体教室、云机房多媒体设备开启和关闭时间、使用人等信息，以便于教学管理和多媒体教室、云机房安全管理。连堂功能：可设定两节课连堂，老师下课拔卡面板加锁，设备不关闭（时长1-9999秒可以设置），下一个上课老师上课插卡面板解锁，正常工作。要求中控可以对具备RS232通讯端口的投影机进行数据采集，可采集投影机开机时间、灯泡使用时间等。采集的灯泡时间与投影机内部时间保持一致，并且自动上传到集控管理平台。总控室可远程集中监视所有联网多媒体教室、云机房设备运行状态（多媒体教室、云机房端系统锁定状态、中控联机状

13、态、投影机开关状态、电动幕升降状态、教学电脑开关状态、教学一体机软开关、远程界面控制以及输入信号切换等）总控管理能对所有联网多媒体教室、云机房的多媒体设备进行远程控制，远程控制多媒体教室、云机房端系统加锁与解锁、投影机开关、电动幕升降、教学电脑开关等。系统具备设备信息自动采集功能，可以对多媒体教学系统中的投影机内部信息进行实时数据采集，获取其运行及故障信息，做到及时通知管理人员。具备设备状态监测功能，可以对多媒体教学前端各应用系统运行状态进行监测，并且监测信息可自动生成服务请求, 设备状态自动预警、报警，可以自动上传到系统平台。系统具备多媒体设备故障报修事件、故障处理事件、设备信息变更事件等记

14、录、查询、跟踪等事件管理功能。具备对应多媒体多媒体教室、云机房所有设备名称、品牌、型号、设备生产年限、设备安装时间、使用时间、当前运行状况、安装情况等信息准确呈现功能，实时掌握设备资产信息管理。系统可记录多媒体管理人员对整套多媒体设备的维护、维修事件，常见故障描述，应对措施，维护、维修方法，日常设备保养措施、使用注意事项、事件应急处理，设备配置、安装指导、设备拓扑图等知识管理功能。系统可以对设备硬件配置信息、运行信息、事件处理及技术人员工作效率等报表管理功能。5.4.3 信息发布系统（电子班牌）为每个多媒体教室、云机房配置一个前端显示触摸屏，安装在多媒体教室、云机房门口，用来显示班级信息，当前

15、课程信息，多媒体教室、云机房环境信息以及可以通过对接学校教务系统可以及时的发布学校的通知信息。为学生和老师提供便利。所需设备触摸显示屏、智能控制主机系统功能1、班级信息显示；2、当前课程信息显示，如：当前课程：大学英语；授课老师：王老师； 3、环境信息显示，包括多媒体教室、云机房的当前温度、湿度、CO2浓度、O2浓度、光照度等；4、消息推送显示，用来显示学校的一些重要通知，如，放假通知，学校新闻，调课信息、寻物启事等。5、特殊通知显示，该类通知为全屏显示，如考场信息显示或一些重要通知；5.4.4 IP语音对讲系统在每间多媒体教室通过智慧多媒体教室、云机房控制网关可进行IP语音对讲，并且多媒体教

16、室、云机房端呼叫时可自动调用当前多媒体教室、云机房监控。要求采用独立式语音对讲方式，运用数字语音压缩传输技术实现IP对讲，一键式按钮输入，教师可以通过IP对讲分机与控制室的管理多媒体管理人员通话，教师按分机上按钮的同时，远端控制中心管理员电脑屏幕上自动弹出呼叫请求多媒体教室、云机房端的摄像机画面；管理员与教师双向对讲，并可同时处理不同多媒体教室、云机房的呼叫请求。总控室IP电话服务端可以通话录音，可回放、音频可下载，支持呼叫转移功能，可同时处理不同多媒体教室、云机房的呼叫请求，当控制中心电话无人接听时可以自动转到移动手机客户端。所需设备IP语音对讲终端、智能语音网关5.4.5 门禁考勤管理系统

17、门禁考勤一体机能同时实现门禁控制与考勤管理。门禁考勤一体机是门禁系统的核心控制设备，具有数据存储可靠，掉电数据不丢失，集管理和自动控制为一体。实现门禁的自动化管理，数据还可用于考勤，实现门禁考勤双功能，同时与一卡通系统可以无缝连接。门禁考勤一体机系统由门禁电源、通讯器、发卡读卡器、门禁电锁、开门按钮、闭门器、卡、软件几部分组成。IC卡门禁管理系统主要由硬件、软件和网络三部分组成：1、 硬件部分包括：读卡器、控制器、电源、电子门锁、IC卡、出门按钮等2、 软件部分包括：电脑、管理软件3、 网络部分包括：电源管线、通讯控制管线5.4.6 视频监控系统利用现代的电视监控录像技术及数字监控控制技术等先

18、进的技术手段，可延伸管理人员的视觉，帮助管理人员对多媒体教室、云机房、教学楼、实验楼、体育馆、图书馆等主要场所情况进行监控。确保校园的重要资料、财产、人员安全。 基本功能：1) 多画面集中监看，自动或手动巡视，远程云台镜头控制；2) 数字电视墙集中监看，灵活布局，集中管理；3) 手动或定时录像，集中管理，分布存储；4) 录像资料管理，加密、抓拍、截取、回放等；5) 多级体系的电子监考系统；6) 移动侦测，自动录像；7) 教学评估，微格评测系统；8) 教学示范，广播、现场直播。5.4.7 空调控制模块主要用来智能控制多媒体教室、云机房里的空调，通过感知多媒体教室、云机房里的温度和湿度，来自动调节

19、空调，使多媒体教室、云机房保持最适宜的温度，合理的策略配置，可避免资源的浪费，起到节能减排的效果。所需设备Zigbee温湿度传感器、Zigbee红外控制器、空调系统功能1、通过温湿度传感器实时监测多媒体教室、云机房内部温湿度，经过数据分析，并根据所设置的阀值，当室内温度高于最高门限值时自动打开空调，当室内温度低于最低门限值自动关闭空调，实现多媒体教室、云机房内温度的自动控制。2、可通过软件远程实时监控各多媒体教室、云机房内部温湿度信息及空调状态，也可为其设置控制策略。3、支持管理员手动控制。5.4.8 照明控制模块主要用来智能控制多媒体教室、云机房里的照明灯，通过感知多媒体教室、云机房的光照强

20、度来自动控制照明灯及窗帘的开关，避免了在不必要开灯的情况下造成的资源浪费。所需设备Zigbee光照度传感器、电动窗帘（可选）、照明灯系统功能1、根据多媒体教室、云机房光照强度，自动控制窗帘的开、闭状态，实现室内光线调节。2、也可根据光照强度自动开关照明灯，实现灯光智能控制。3、可通过软件远程实时监测各多媒体教室、云机房的光照强度，及灯光和窗帘的开、关状态，也可为其设置自动控制策略。5.4.9 标准化考场系统高清数字标准化考场巡考系统由考场视音频信号、数字编码部分，传输部分，控制部分，以及处理、显示和存储部分组成。为每个考场配备网络摄像机，完成视频采集、编码和传输，通过网络把数字化的视音频信号传

21、输到校级监控中心，配合SIP路由分发转发服务器，使所有考点考场都能和监控中心互联互通。在监控中心的平台服务器和带SIP客户端的管理PC实现对系统内的设备的集中管理和控制。同时数字音视频矩阵配合电视墙或液晶拼接屏等显示设备对采集的信号进行处理和显示，网络服务器对音视频信号进行存储。 5.4.10 常态化互动录播系统常态化互动录播系统提供了经过人性化设计的数字化控制台，功能都可以通过一键式操作完成，简化了操作流程，降低了教师使用的难度，增强了系统的易用性和稳定性。系统主要完成教师、学生、板书的高清视频自动跟踪采集，音频采集，教师电脑屏幕截取，教师/学生/板书视频/计算机画面智能导播并进行电影模式和

22、资源模式的课件录制，通过课堂直播系统在局域网、互联网上直播，为远端用户提供在线实时学习的平台，后期把课件上传至编辑系统实现对课程的编辑。5.4.11 通风控制模块主要用来智能控制多媒体教室、云机房里的空气流通，通过感知多媒体教室、云机房的CO2浓度及O2浓度来自动控制通风设备，使多媒体教室、云机房保持良好的空气质量，使学生更能进入学习状态。所需设备CO2传感器、O2传感器、通风设备系统功能1、通过CO2传感器和O2传感器实时监测多媒体教室、云机房内空气质量，经过数据分析，并根据所设置的阀值自动控制通风设备。2、可通过软件远程实时监控各多媒体教室、云机房内部空气质量及通风状态，也可为其设置控制策

23、略。5.4.12 安防报警模块主要用于监测多媒体教室、云机房门、窗户的开关状态以及多媒体教室、云机房内烟雾、火焰等传感器状态，当出现突发状况时蜂鸣器会自动提示告警并且启动对应应急预案，为安全提供保障。所需设备门磁、窗磁、蜂鸣器、烟雾传感器、火焰传感器、系统功能1、 门磁、窗磁检测门和窗户的状态，并将状态信息实时上传至服务器可通过软件查看各多媒体教室、云机房门和窗户的开关状态。2、 监控各安全传感器的状态，异常则报警并启动紧急预案。3、 可通过软件设置敏感时段，实现对安全情况的自动监视和警报。5.4.13 情景模式控制系统主要分为上课模式、自习模式、考场模式。比如选择考场模式时，可以检测标准化考

24、场设备开关状态，当有考试安排时，可在软件界面实现远程一键开关机，并实时显示状态。所需设备考场屏蔽仪、高清摄像头、Zigbee开关控制器系统功能1、 考场屏蔽仪、摄像头开关状态实时监测。 5.4.14 环境监测模块各种传感器采集的数据通过无线ZigBee网络传输到智能网关，实时监测多媒体教室、云机房实际环境数据，并且可以通过设定相关的条件和其他设备控制进行联动，使整个多媒体教室、云机房控制更加智能化。所需设备：CO2传感器、温湿度传感器、光照传感器5.4.15 资产管理模块教室内设备都贴有RFID标签卡，当设备离开我们制定区域时会自动报警，防止财产损失；当设备损坏时，通过扫描RFID标签卡，在设

25、备维修界面可以知道此类型设备是否有库存，以及设备所使用时长，是否在正常情况内，便于售后维护。所需设备RFID标签卡系统功能a) 设备资产防盗b) 设备售后维护5.4.16 公共广播系统网络化广播系统可利用现有局域网架设，具有施工快、节省投资的特点；可支持无限多个分区，分区和分组可任意组合，班级更换随时重组而无须另行布线；可定时编程播放节目，系统按预先编制的程序运行，实现二十四小时无人值守全自动播放；可实现多网合一，突破传统公共广播只能下传和只能通过机房集中控制的格局，具有强大的互动功能；网络化主机是一台高度集成、智能化的设备，具有强大的音频矩阵功能，是整个广播系统架构的主心骨，自带大容量的曲目

26、；软件具备兼容TCP/IP协议的DSPPA协议，可以通过局域网与各种网络解码终端进行通讯，并可控制解码终端实现分区域控制背景音乐的播放。5.4.17 智慧报修系统以往单靠人工记忆维修周期极容易出错，给设备的及时检测维修带来不必要的麻烦，容易引发设备管理的漏洞。当设备发生故障时，通过扫描设备RFID标签或者二维码，直接登录管理平台进行报修，报修人可根据信息提示做出故障预处理判断，如果不能解决问题将自动生成工单下派到专门维修人员，由专业人员进行维修，专业维修人员不能解决问题，工单将派至设备对应维修厂商，由厂家维修。5.5 智慧教室互动黑板 “智慧教室互动黑板”具备抗暴、防水、防尘、耐用等特性，满足

27、教学环境高粉尘、高使用频率、高安全防护的使用需求，纯平面、工业级的严谨设计，确保了整个产品的质感和品质，外观时尚、科技，与现代化教学场景融为一体。智慧教室场景图功能A 智慧教室互动黑板 = 水笔书写 + 无尘粉笔书写+普通粉笔书写正面显示为一个由三块拼接而成的平面普通黑板，可以在上面用各种水笔书写，又可以根据需要采用粉笔书写。平面普通黑板场景智能一键多媒体功能，当打开电源时，中间一块显示出液晶的显示画面，可以进行触摸互动，而关掉时，显示画面隐形，又显示为一个普通黑板的表象，在上面进行书写。智慧教室互动黑板教学模式优点：a、智慧教室互动黑板使用无尘教学环保粉笔，有利于老师与学生的健康；b、传统教

28、学与现代教学场景，自由切换，趣味性强，智慧课堂的第一选择；c、产品创新性独特，整体性优越，先进的一键节能多媒体技术，适合课堂应用。功能B 多合一合成模块=电子白板+投影+普通黑板书写+PC电脑+触摸互动+音箱 优点：a. 产品集成度非常高，囊括了教室多媒体的全部功能模块；b. 表面支持触控互动功能，生动的展示了课堂应用，拉近了老师和学生间的距离。采用的是电容触控技术，永不衰减，配套赠送高性能的电容触控笔，精准流畅。与推拉式黑板配套的液晶触控一体机相比，一体机基本都采用红外原理技术，红外触控有一致命的缺点，就是使用时间较长的红外触摸框，四周LED灯会衰减，使触控性能渐渐弱化。c. 支持多媒体液晶

29、显示技术，超高清显示，避免投影机带来的很多麻烦；d. 自带多媒体音箱功能，也支持外接大功率音响功能。e. 与推拉式黑板+触控一体机的模式相比，产品故障率更低，平常使用传统黑板时，必然会产生粉尘。使用电脑、投影机或触控一体机等设备时，会产生静电，粉尘。它们会吸附在电路板上，造成设备发生故障与损坏，同时对红外触控电子电路的损坏较大，还会影响到机器整体的散热与防尘性能，具有一定的隐患。智慧教室互动黑板可以有效避免以上问题的产生。f. 超强的防水特性，产品采用全防水的结构设计，有效地避免了教室公共环境下会产生的众多后果。功能C 图像显示能力 = 色彩艳丽+对比度高+亮度高（透光率高）+高清分辨率采用L

30、ED背光液晶屏，A规面板，工业级液晶面板，超高清显示，满足学校多种需求。功能D 产品表面采用复合镀层工艺，材质属于光电玻璃，国内领先技术，团队自主研发。产品表面采用特殊的耐摩擦处理工艺，对于粉笔的书写，永不磨损。然而，推拉式黑板经过长时间粉尘性的粉笔书写，2-3年左右就会受到较大的损坏，达不到理想的书写效果。 采用多项技术将玻璃光滑的表面做成 300 至 400 的微颗粒，达到以下几种状态：1、白板水笔书写功能，粉笔书写功能。2、高光过滤技术，将对眼睛有害的光源过滤掉 85%，使得画面变得更加柔和。3、形成表面防眩光技术，无法在表面形成反射影像，不影响可视画面。4、表面采用耐书写技术，采用水笔

31、书及粉笔写对黑板表面永久性无损伤。优点：1 特殊的表面处理技术，产品具有防眩光效果，无反光，学生都能清晰的看到黑板上的讲课内容。2 表面硬度高，强度高，安全性高；3 特殊的核心处理技术具有耐摩擦，永不磨损的效果。功能E4 产品符合国家标准黑板尺寸，满足所有学校对产品的需求。优点：1) 行业最薄，产品采用超薄式设计，整机厚度只有7cm，极大的减少了黑板的厚度，节约了了讲台处的空间资源，不会出现推拉式黑板厚度大于20cm的情况，安全科学。2) 智慧教室互动黑板完全符合国家教育部黑板标准尺寸，符合老师的教学使用习惯。3) 产品尺寸可以根据市场需求进行定制，不局限于尺寸。功能F 产品采用多功能悬浮式音箱，效果佳。