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智慧教室物联网管理系统
发布日期:2017-05-06   点击次数:5216
系统简介
  智慧教室物联网管理系统(SeaIOT-SmartEdu),是“物联网+教育”的一种应用体现,它采用B/S架构,部署于云计算平台之上,以物联网大数据信息平台为支撑,囊括了web应用层开发、中间件开发、云计算、数据挖掘、MQTT物联网通讯协议、移动互联网、嵌入式开发等关键技术,拥有不同的用户权限级别,为不同权限的用户提供不同程度的数字化、开放式的实训室资源,实训室的门禁、灯光、窗帘、空调、投影等基本设施以及实验设备、实验过程、教学资源等均可接入智慧管理系统,方便管理者对实训室资源的统一集中管理,优化了教师与学生的“教与学”,让传统的课室变得更加智慧。
  • 核心功能
  • 软件系统
  • 典型实验
  • 成功案例
1 智能电箱控制系统
  智能电箱控制系统,是为了合理安排实验室资源而研发的对实验设备的供电回路、电子产品的遥控方式进行集中管理的一种自动化控制设备。它是一个教室的控制中心,由物联网网关、线路控制器、智能遥控主机、门禁控制器以及物联网网关管理软件组成,可实现12路大功率(AC220V)交流设备的驱动,控制实训设备的供电回路;


1.1 灯光窗帘控制系统
  灯光控制系统由灯光无线遥控器、窗帘无线遥控器、人体传感器、光照传感器、智能无线遥控主机和配套的物联网网关管理软件组成。
  系统通过人体感应传感器判断室内对应位置是否有人,此位置无人,则灯光控制系统处于关闭状态;反之,处于工作状态。

1.2 风扇控制系统
  风扇控制系统由风扇调速无线遥控器、温湿度传感器、智能无线遥控主机和配套的物联网网关管理软件组成。
  系统通过温湿度传感器检测室内温度,经分析处理,根据软件预设值,自动开启、关闭、调节风扇档位,实现室内温度的自动调节。

1.3 空调控制系统
  空调控制系统由无线红外遥控器、温湿度传感器、智能无线遥控主机和配套的物联网网关管理软件组成。
  系统通过温湿度传感器检测室内温度,经分析处理,根据软件预设值,自动开启、关闭空调,切换空调模式,调节空调风速,实现室内温度的自动控制。

1.4 门禁控制系统
  门禁控制系统由门禁控制器、读卡器、出门开关、电磁门锁,结合配套的物联网网关管理软件组成。
 
1.5 实验设备供电回路控制系统
  系统可实现12路大功率(AC220V)交流设备的驱动,可控制实验室最大12路的供电回路的通断,以节省教室用电能耗。

1.6 墙面一键开关
  每间教室墙面预留一个一键开关按钮,按下后,可立即关闭所有照明灯、风扇、窗帘、空调、供电回路的供电系统。

2 电子课牌信息发布系统
  每间教室门口墙壁安装1块电子显示屏,通过智慧教室管理平台设置电子课牌的显示内容和当前教室的使用情况。
当教室处于空闲时,轮流切换显示教室的课程信息(名称、负责人、课程表)、和主要功能。当教室/实训室在上课前十分钟,由管理平台自动导入当前课程信息、课程内容,任课教师、可开设的实训项目等。Web管理平台可切换播放与课程内容有关的PPT、教学视频、微课程,也可发布临时性的通知。支持手机移动端APP控制播放显示相关信息。


3 云桌面集中管理,精简运维
  教室电脑采用云桌面解决方案,使用云终端代替传统的PC机,简化了教室PC的管理。云终端具有能耗更低,发热更少,寿命更长的特点。
  所有桌面在云服务器数据中心运行,只需一个浏览器就能管理所有桌面,再也不用因为蓝屏死机而跑现场,进教室。

云服务器                                      云终端代替PC

云桌面后台管理界面                               资源使用统计

4 教学信息智慧管理系统
  主要功能包括多级用户管理、教务管理、教学管理、设备管理、资产管理、办公管理等。

4.1 多级用户管理
  具备用户权限管理,包括五个级别,分别是超级管理员(校级)、管理员(院系)、任课教师、班主任、学生。不同权限的用户所能访问的智慧管理系统的内容也不同。超级管理员具有固定的编号和登录密码,管理员、任课教师、班主任、学生的登录编号与密码的依次由上一级管理员创建。

4.2 教务管理
  主要用于管理专业设置、课程设置、班级设置、实验室设置、教师信息录入等,列表显示学校院系下所有专业信息、课程规划、班级规模、实验室配备、教学师资力量等信息,可由院系管理员权限用户进行增删改查等操作。


4.3 教学管理

  针对某个院系,详细设置整个学期的理论课程、实训课程的具体排课规划,包括教室安排、教师分配、教辅配备、实训室申请与审核、实训室门禁刷卡记录、教学资源上传碎片化管理、临时性通知公告等。


4.4 实验管理
  1)教师可通过PC端或移动APP,申请所需实验室。
  2)预约审核:教务处或实验中心根据教师提交的申请情况和实验室安排情况,综合考虑是否批准该项申请。该功能可提高实验室使用率,统筹安排实验课程避免发生课程冲突
  3)实验室安排查询:教师在PC端或移动设备上,通过查询功能提前获取实验室安排信息,便于对自己的实验课程进行合理规划,有效避免课程冲突。
  4)实验室过程管理:学生/教师进行实验,使用数据采集器实时采集数据。有效掌握整个实验过程。
  5)实验结果管理:对学生进行的教学实验成果进行评价并生成相应报告。


4.5 资产管理
  1)设备基本信息管理:对实验室内设备信息进行备案,实现实验设备基本信息新增、删除、修改、查询功能,基本信息包括设备代码、名称、来源、所属部门、所属实验室、状态、供应商等信息。
  2)设备采购申报管理:实验管理中心根据教师提交的实验课程安排,对缺失的实验器材提出设备采购申报,经相关部门审核。
  3)设备租借还管理:提供设备的租用登记、归还管理、是否损坏的查验管理功能。
  4)设备保修管理:设备在使用期间出现问题或故障后,需要修理的,实验员提交报修管理,由教研员负责人审核通过后报维修。
  5)设备报废管理:确定因实验设备陈旧、技术落后、严重损坏、存在严重事故隐患等原因不能再使用的实验设备,可申请报废。
  6)库存管理:维护实验室设备、配件的日常管理和数量统计。


1 智能电箱感知层管理平台
  电箱网关使用Android操作系统,运行感知层设备管理软件,与智能遥控主机配合,将教室内的红外类设备(空调、投影仪)、315类设备(墙面照明开关、风扇调速开关)、433类设备(电动窗帘)、ZigBee类设备(温湿度、光照传感器)集中管理起来,进行采集控制。系统内嵌Sqlite轻量级数据库、通过MQTT通信协议与手机端APP进行信息交互,可设置云服务平台的地址,使用开放的webservice接口将采样的传感器数据、设备状态存入物联网信息化大数据平台中,实现传感器数据采集、设备远程控制。




2 物联网信息化大数据平台
  物联网信息化大数据平台采用B/S架构,服务器可以采用稳定的商用公有云部署,也可采用本地化部署。通常构建本地私有云系统,系统运行在校园网内,当校园网不能访问公网时,也能正常开展教学活动。
大数据平台与算法部署在服务器集群中,由Hadoop平台、HDFS文件系统、MAP/REDUCE数据处理机制、HIVE等实现大数据的查询分析。
3 智慧教室Web管理软件
  软件部署在校园中心机房的物联网信息化大数据平台,使用tomcat web服务器,JAVA语言,Spring框架开发,内嵌MQTT协议进行通信,兼容IE10及以上、谷歌、火狐等主流浏览器,适配主流手机、平板多种设备的分辨率进行显示,具有多用户管理、教务管理、教学管理、设备管理、资产管理、办公管理等功能。




4 智慧教室Android移动端监控平台
  使用手机端APP登录到系统,随时随地,只要能上网就可以实时查看教室内电箱的监测数据,远程控制继电器设备,远程打开门禁,遥控教室内的灯光/风扇/窗帘/空调,并具有人脸识别功能,可增加新用户人脸图像,可进行人脸图像匹配验证,验证成功打开门禁。


序号

实验列表

序号

实验名称

1

Tomcat服务器构建

1

搭建Java web开发环境

2

MQTT协议详解

2

Eclipse的基本使用

3

MQTT代理服务器构建与配置

3

DIV + CSS布局实验

4

基于MQTT协议的通信测试实验

4

HTML5新增内容应用

5

Mysql数据库的构建与配置

5

CSS3新特性应用

6

数据库基本操作实验

6

JavaScript倒计时特效

7

基于Android的串口编程

7

JavaScript事件分析实验

8

基于Android的网络通信编程

8

利用Ajax读取xml文件

9

MQTT Client程序开发

9

Ajax异步验证用户名实验

10

JSON数据格式学习

10

网页登录(Servlet版)

11

Web Service程序开发

11

网页登录(Spring版)

12

Web Sockets程序开发

12

框架数据库增删改查

13

HTML5页面编程

13

Spring框架MQTT消息发送

14

 

14

 

 

… …

本系统已在苏州工业技术学校、辽源工商学校使用。