一种智慧教室管理系统及平台
技术领域
本发明属于智慧教室管理技术领域，特别是涉及一种智慧教室管理系 统及平台。
背景技术
当前，云计算、大数据、物联网、移动计算等新技术不断革新，经济 社会各行业信息化步伐不断加快，社会整体信息化程度不断加深，信息技 术对教育的革命性影响日趋明显。站在新的历史起点，必须聚焦新时代对 人才培养的新需求，强化以能力为先的人才培养理念，将教育信息化作为 教育系统性变革的内生变量，支撑引领教育现代化发展，推动教育理念更 新、模式变革、体系重构，使我国教育信息化发展水平走在世界前列，发 挥全球引领作用，为国际教育信息化发展提供中国智慧和中国方案。
我国的教育信息化建设取得了不错的成绩，各项指标基本实现了翻倍 增长，“三通两平台”中的校校通、班班通建设基本覆盖，教育资源公共 服务平台和教育管理公共服务平台也初具规模，取得了长足的进展。
但是，从调查来看，各地教育信息化建设的最大痛点是“用不起来”。 这就对我们提出了新的需求，要坚持应用驱动，机制创新，重点推进“课 堂用、经常用、普遍用”这“三个用”，而需要让广大师生用得起来、好 用易用，就需要加强教育应用平台的建设，将师生应用的流程和数据打通， 将好的学科资源和工具真正融入到教学场景和流程中去，最终将以上内容 落实到课堂中。
因此，本发明提供了一种以智慧教室做为智慧教育整体解决方案中的 核心系统，能够为优质资源和应用提供在学校以及课堂上的落地使用，为 学校结合自身教学特点和教学环境，深度探究教育信息化与课堂教学融合 的常态化应用提供稳定、全面的功能支撑。并为未来大数据服务提供数据 采集，采集的数据包括过程性数据和结果数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智慧教室管理系统及平台，通过物联网无 线通讯、智慧感知和分布式智能控制，构建了一套智慧教室管理系统及平 台，解决了现有的智慧教室智能化不足，影响教师授课质量和学生效率的 问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种智慧教室管理系统，包括多个控制终端，用于管理员实 时监控智慧黑板，远程查看设备允许状态；智能物联管理平台，用于提供 控制终端的访问平台，实现远程移动管理子系统；绿色光环境子系统，用 于对智慧教室内的光线进行管控；智慧温湿度环境子系统，用于对智慧教 室内的温湿度进行管控；智慧空气环境子系统，用于对智慧教室内的环境 进行管控；多媒体设备管理子系统，用于对智慧教室内的电子设备进行管 控；智慧用电管理子系统，用于对智慧教室内的电源进行管控；所述管理 员通过物联网访问智能物联管理平台；所述智能物联管理平台通过智能物 联网网关分别与绿色光环境子系统、智慧温湿度环境子系统、智慧空气环 境子系统、多媒体设备管理子系统和智慧用电管理子系统。
优选地，所述绿色光环境子系统包括智慧教室灯、智慧黑板灯、智慧 窗帘控制器、照明智控终端、智能人体感应模块和后端应用管理平台；所 述后端应用管理平台接入后台大数据平台，实现设备故障报警、寿命预测、 远程控制、报表生成及导出。
优选地，所述智慧温湿度环境子系统包括温湿度智能感知模块、环境 智控终端、无线控制模块和空调组成；所述环境智控终端根据手动或者远 程配置好的控制策略，进行空调运行策略控制；所述无线控制模块用于对 空调设备进行无线控制。
优选地，所述智慧空气环境子系统包括二氧化碳智能感知模块、 PM2.5/PM10智能感知模块、智能柜式新风系统和环境智控终端；所述二氧 化碳智能感知模块检测到教室内的二氧化碳的浓度过高时，智能柜式新风 系统会自行开启，将室内的二氧化碳进行排出，同时辅以新风的导入，导 入过程中，智能柜式新风系统会将空气进行初次过滤和消毒，保证清新的 新风质量。
优选地，所述多媒体设备管理子系统通过多媒体智控终端管理电脑、 多媒体触控一体机、录播设备、投影机、幕布和音响。
优选地，所述智慧用电管理子系统包括智能空开、多功能智慧插座和 智能物联网关；所述智慧空开用于检测检测供电回路里的电压、电流、功 率，当出现异常时及时切断电源保护回路，支持远程开关控制；所述多功 能智慧插座根据配置参数识别设备工作状态并处理，通过USB接口对多媒 体设备管理；所述智能物联网关用于搜集数据并同云端数据中心数据交互。
一种智慧教室管理平台，包括应用服务层、接口扩展层、应用支撑层、 数据采集层、基础支撑层和物联感知层；
所述应用服务层、接口扩展层、应用支撑层、数据采集层、基础支撑 层和物联感知层依次连接；
所述应用服务层用于给不同角色提供云服务；所述角色包括管理员、 领导、老师、学生和家长；
所述接口扩展层用于提供标准的数据访问API，包括动态数据访问和静 态数据访问方式；
所述应用支撑层用于实现支持管理平台的应用；所述应用包括用户权 限管理、用户认证、设备管理、直播管理、点播管理、互动管理、安全管 理和移动服务管理；
所述基础支撑层用于建设教学环境的基础设施；
所述物联感知层用于感知教学环境信息
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过物联网无线通讯、智慧感知和分布式智能控制，构建 了一套智慧教室管理系统及平台，提高了智慧教室智能化程度，并接入大 数据平台为未来大数据服务提供数据采集；
(2)本发明通过绿色光环境子系统对教室进行光环境建设，提供健康 光源的同时，引入先进的物联网、智慧传感、大数据等技术，实现保护学 生视力、提高教学质量、提升学校品质、节能减排、健康环保的建设目的；
(3)本发明通过智慧温湿度环境子系统扩充网关接入智慧环境管控 平台，支持移动端和PC端设备远程控制和管理，由温湿度智能感知模块高 速检测环境的温湿度并将数据传送给环境智控终端,环境智控终端根据手 动或者远程配置好的控制策略，进行空调运行策略控制,保环境舒适度的情 况，节约能源，同时优化人力维护和管理成本；
(4)本发明通过智慧空气环境子系统中的双光路红外检测原理检测 环境中的CO2；结合物联网无线组网技术，可以高精度、实时检测环境的 CO2浓度，并及时将数据上传至控制中心，各个感知模块之间可以实现网络、 数据协同，可实现多层面、多维度、高效环境感知，并通过新风系统保持 了室外新风的输入量，同时可提高对室内污染物的洁净速度，持续增加空 气中的含氧量，降低二氧化碳的含量。
(5)本发明通过智慧用电管理子系统采用高效数字化信号采集技术 结合物联网相关通讯技术；能够实时采集供电回路参数并形成有效的数据， 自动分析和统计各个回路、教室、或者特定的区域的能源计量、统计、分 析，提供节能优化策略或者建议，确保教室用电安全。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有 优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种智慧教室管理系统结构图；
图2为绿色光环境子系统结构图；
图3为智慧温湿度环境子系统结构图；
图4为智慧空气环境子系统结构图；
图5为智慧用电管理子系统结构图；
图6为一种智慧教室管理平台结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的 范围。
请参阅图1所示，本发明为一种智慧教室管理系统，包括多个控制终 端，用于管理员实时监控智慧黑板，远程查看设备允许状态；智能物联管 理平台，用于提供控制终端的访问平台，实现远程移动管理子系统；绿色 光环境子系统，用于对智慧教室内的光线进行管控；智慧温湿度环境子系 统，用于对智慧教室内的温湿度进行管控；智慧空气环境子系统，用于对 智慧教室内的环境进行管控；多媒体设备管理子系统，用于对智慧教室内 的电子设备进行管控；智慧用电管理子系统，用于对智慧教室内的电源进 行管控；管理员通过物联网访问智能物联管理平台；智能物联管理平台通 过智能物联网网关分别与绿色光环境子系统、智慧温湿度环境子系统、智 慧空气环境子系统、多媒体设备管理子系统和智慧用电管理子系统。
请参阅图2所示，绿色光环境子系统包括智慧教室灯、智慧黑板灯、 智慧窗帘控制器、照明智控终端、智能人体感应模块和后端应用管理平台； 智慧窗帘控制器支持不同教学场景对于窗帘的控制需求；后端应用管理平 台接入后台大数据平台，实现设备故障报警、寿命预测、远程控制、报表 生成及导出等功能；
其中，智慧教室灯采用了高品质LED健康光源，完全满足照度及均匀 度的需求、采用自然光色温、高显指及高色彩还原，有效控制眩光影响， 同时采用侧发光漫反射的技术，将蓝光危害降到最低，采用精度，低纹波 的恒流驱动技术，光源无频闪；采用显色指数Ra大于90，R9大于50的高 显指光源，色彩还原度高，保护眼睛的色彩识别力；使用大数据平台使学 校整个照明系统由原来的各自独立转变为以物联网技术为基础的统一、高 效、全面的应用管理系统，提升学校的管理效率；结合物联网，使照明设 备具备的自我感知与自我线性调节能力，实现教室内照明灯具之间的相互 通讯，大幅降低了管理难度，节约了管理成本；使教室的整体照明度、均 匀度始终满足标准，让每个学生享受公平的光环境资源；通过大数据平台 使学校整个照明系统由原来的各自独立转变为以物联网技术为基础的统 一、高效、全面的应用管理系统，提升学校的管理效率。
请参阅图3所示，智慧温湿度环境子系统包括温湿度智能感知模块、 环境智控终端、无线控制模块和空调组成，可以扩充网关接入智慧环境管 控平台，支持移动端和PC端设备远程控制和管理；环境智控终端根据手动 或者远程配置好的控制策略，进行空调运行策略控制；无线控制模块用于 对空调设备进行无线控制。
其中，智慧温湿度环境子系统调节学校里的温度控制有两种方式，一 种是通过智能的电扇控制终端来管理电扇的速度以及运行；允许远程配置 风扇档位；另一种是通过温湿度感知、环境智控终端、以及空调构成一套 温湿度控制系统；因此，智慧温湿度环境子系统对于电扇的控制主要有双 通道的智能电扇调速器来控制，可以实现无极控制档位，调节风扇的速度； 通过无线系统以及网关，可以支持远程管理；利用采集的环境数据，自动 分析，不断的优化环境的控制条件，可以在确保环境舒适度的情况，节约 能源，同时优化人力维护和管理成本。
请参阅图4所示，智慧空气环境子系统包括二氧化碳智能感知模块、 PM2.5/PM10智能感知模块、智能柜式新风系统和环境智控终端，可以扩充 网关接入智慧环境管控平台，支持移动端和PC端设备远程控制和管理；二 氧化碳智能感知模块检测到教室内的二氧化碳的浓度过高时，智能柜式新 风系统会自行开启，将室内的二氧化碳进行排出，同时辅以新风的导入， 导入过程中，智能柜式新风系统会将空气进行初次过滤和消毒，保证清新的新风质量。
其中，二氧化碳智能感知模块采用双光路红外检测原理检测环境中的 二氧化碳；结合物联网无线组网技术，可以高精度、实时检测环境的二氧 化碳浓度，并及时将数据上传至控制中心；各个感知模块之间可以实现网 络、数据协同，可实现多层面、多维度、高效环境感知。
PM2.5/PM10智能感知模块采用激光散射检测原理，检测环境中的PM2.5 和PM10；结合物联网无线组网技术，可以高精度、实时检测环境的PM2.5 和PM10浓度，并及时将数据上传至控制中心；各个感知模块之间可以实现 网络、数据协同，可实现多层面、多维度、高效环境感知。
环境智控终端硬件的运转状态，根据传感测量单元的实时数据，根据 环境感知传感送来的数据，根据选定的控制策略和模型，做出相应的控制 和管理，实现无人值守和高效节能的智能化运转模式。同时数据可以上传 至数据中心，接受远程控制和管理。
当教室内部pm2.5细颗粒物浓度过高时，系统智能的开启新风或者空 气净化器，通过专业且高效的教室内部空气净化，达到空气质量优化的目 的；根据教室的空气质量情况，整套系统智能的进行各部分的有效动作， 当教室内的二氧化碳的浓度过高时，柜式新风系统会自行开启，将室内的 二氧化碳进行排出，同时辅以新风的导入，导入过程中，新风系统会将空 气进行初次过滤和消毒，保证清新的新风质量。
智能柜式新风系统采用高效(HEPA)、高承载能力空气过滤器，去除空 气中的粉尘微粒效率高，使出风口的PM2.5浓度优于国标；自带杀菌和负 氧离子发生器，一方面可以杀菌，同时保持空气清新；由于采用了采用双 通道耦合设计，即保持了室外新风的输入量，同时可提高对室内污染物的 洁净速度，持续增加空气中的含氧量，降低CO2含量；同时采用低噪声的 优质风机，运行噪声低；同时新风系统同环境空气质量感知传感和环境智 控终端构成了一套完整的物联网系统，可以达到即快速高效处理环境中的 空气污染物，同时又具有低能耗，接入系统后支持远程统一监控和统一管 理。
优选地，多媒体设备管理子系统通过多媒体智控终端管理电脑、多媒 体触控一体机、录播设备、投影机、幕布和音响。
请参阅图5所示，智慧用电管理子系统包括智能空开、多功能智慧插 座和智能物联网关；智慧空开用于检测检测供电回路里的电压、电流、功 率，当出现异常时及时切断电源保护回路，支持远程开关控制；多功能智 慧插座根据配置参数识别设备工作状态并处理，通过USB接口对多媒体设 备管理；智能物联网关用于搜集数据并同云端数据中心数据交互。
其中，多功能智慧插座能够快速、高精度检测供电回路电参数并形成 有效的数据，当设定的过压、过流、漏电流等预设安全控制点，异常时自 动切断回路。
请参阅图6所示，一种智慧教室管理平台，包括应用服务层、接口扩 展层、应用支撑层、数据采集层、基础支撑层和物联感知层；应用服务层、 接口扩展层、应用支撑层、数据采集层、基础支撑层和物联感知层依次连 接；
应用服务层用于给不同角色提供云服务；角色包括管理员、领导、老 师、学生和家长，应用服务层是按照用户需求及智慧校园应用框架设计的， 需要深刻理解客户的通用需求和个性化需求，充分考虑平台应用服务带给 每个教师，学生，管理者，决策者的用户体验和诉求；
接口扩展层用于提供标准的数据访问API，包括动态数据访问和静态数 据访问方式，接口扩展层主要承担核心层以下与应用层间的接口，以标准 完善的API接口，隔离应用层与基础支撑层和硬件之间的联系，使得系统 架构稳定，扩展容易，开放包容；
应用支撑层用于实现支持管理平台的应用，应用支撑层是智慧教学管 理服务平台的核心层；应用包括用户权限管理、用户认证、设备管理、直 播管理、点播管理、互动管理、安全管理和移动服务管理等等；
基础支撑层用于建设教学环境的基础设施，学校已有完善先进的网络 设施，结合需要，建设教学环境的基础设施，打造先进、实用、方便的教 学环境；
物联感知层用于感知教学环境信息，如：温度，湿度，照度，二氧化 碳等，以及烟感，电流，电压等数据和状态，也可通过图像采集，感知学 生的行为身份等，为上层应用决策提供依据，为个性化服务提供参考。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能 逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即 可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限 制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部 或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存 储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例 并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。 显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具 体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使 所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求 书及其全部范围和等效物的限制。
