教室智能管理平台设计

(乐山职业技术学院 四川 乐山 614000)

依托高速发展的物联网行业，校园智能化的概念逐步落实，走入各个院校。而校园智能化，最重要的一环便是实现教室的智能化管理。传统的教室管理中，对于教室的管理仅仅体现在排课、上课、日常的卫生维护等基础工作，并且大量的依赖于教室管理员的人工操作。如果出现临时调课，甚至会发生教室的使用冲突，影响正常的教学秩序。同时，对于教室设备的维护停留在传统的，发现损坏——工作人员报修——申请维护人员——完成修缮的流程，整个流程的推动完全由人工处理，存在对于设备问题发现不及时，处理不及时等问题，使得维护周期较长，影响教室的使用。另外，在教室灯光和电路控制上，完全依赖于人工开关，存在一定程度的资源浪费和安全隐患。传统的教室管理使用了大量的人力资源，但对教室的使用无法进行精细化的管理。针对教室管理引入智能管理平台，可以有效的节约教室管理人力，提高教室管理的效率与管理粒度。

一、教室智能管理平台总体结构

教室智能管理平台系统图

教室智能管理平台总体设计如图所示，可以划分为系统适配层、教室模块接口层、人机接口与控制模块。系统适配层与教务系统、学生系统等校内系统连接，实现访问校内系统数据的功能；教室模块接口层与教室管理模块连接，实现数据采集、发送控制命令；人机接口经防火墙与Internet连接，提供管理、查询、控制功能；控制模块是本系统的核心模块，实现数据分析、数据处理、智能控制等核心功能。教室管理模块外接设备控制模块、签到模块、传感器模块等实现设备控制、学生签到、教室数据采集等功能。

二、教室智能管理平台的模块设计实现

(一)教室管理模块与教室模块接口层

教室管理模块基于树莓派实现。树莓派是一款嵌入式终端，硬件体积小，成本低，且拥有丰富的接口和强大的处理能力，能够运行常见的操作系统，如Linux、Windows IoT等，非常适合作为终端处理装置。本平台中采用Debian/Linux系统作为树莓派的操作系统，通过GPIO口结合外围电路实现传感器数据采集，与设备控制模块交互实现灯光、电源、空调等的控制能力，并与签到模块进行接口适配获取学生的签到信息。通过校内网络与管理平台的教模块接口层进行数据传送。

教室模块接口层提供与教室管理模块交互能力，基于TCP/IP协议实现数据上传与下发的接口。

(二)系统适配层

系统适配层完成与校内系统的适配工作，主要处理从教务系统与学生管理系统之间的数据提取和数据处理工作。从教务系统中提取教室排课信息，从学生管理系统中提取学生信息、班级信息等。

(三)人机接口

人机接口提供智能化教室管理的一站式服务,完成管理平台的数据展示与人工操作部分，经防火墙与Internet相连接，用户和管理人员可以使用的浏览器进行登录，查询教室的排课信息、查询教室的各项环境参数(如：温度、照明状态、电源状态、空调状态等)，控制教室的灯光、电源和空调等，对教室设备发起报修申请，发起维修流程。

人机接口架构设计基于B/S架构，使用NodeJS搭配Express框架实现了角色/权限管理、鉴权管理等子模块。

(四)控制模块

控制模块在管理平台中处于中心位置，是实现智能化教室的关键模块。在本模块的设计中通过对教务数据、学生数据的分析，可以将排课教室与上课学生的信息结合起来，搭配签对模块监测上课班级的出勤情况，自动将缺勤学生信息备份到学生系统中，便于教务管理人员进行统计监督。通过对教室各项环境数据的分析，实现灯光的自动控制、在空闲教室中自动关闭电源、关闭照明，根据环境温度自动控制空调的开启和关闭等。

通过教室智能管理平台的使用，使得教室的管理水平得到了很大程度上的提高。基于物联网的教室智能化管理平台，将教室与其它相关系统有机的整合到一起，由控制模块自动分析关联数据实现设备的联动控制，并通过人机接口接入Internet，实现教室相关数据的展示、信息查询和设备管理等功能。将教室的管理工作自动化、在线化，节约了大量的人力资源；教室环境自动控制机制既有效的提高了教室的使用舒适度，又最大程度的避免了空闲教室的能源浪费。

后续工作思路主要有两个方面，一是针对教室产生的电力资源提供计量，二是对教室的使用时间进行统计，综合这两方面的数据可以较精确的计算出每间教室的日使用成本，为后续的改造升级提供数据支持。