智慧教室论文

1、 物联网导论课程论文论文题目智慧教室室内设备研究报告学生姓名所在专业所在班级指导教师目录一、 总概3二、 核心部分41、 交换机52、 路由器63、 光载无线交换机94、 中控智能主机115、 1U服务器12三、 灯光部分12四、 窗帘部分13五、 空调部分14六、 人脸识别部分15七、 门禁部分17摘要智慧教室是数字教室和未来教室的一种形式。智慧教室是一种新型的教育形式和现代化教学手段，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智慧教室系统，是推进未来学校建设的有效组成部分。智慧教室建设运用光载无线交换机构建WiFi无线局域网，覆盖智慧教

2、室，加上教室的有线网络交换机、网络路由器，从而建立融合有线网络、无线局域网的物联网关键部分网络层，各种传感器件通过标准模块WiFi设备服务器（串口通信RS232转WiFi无线网络）无线接入物联网工程信息平台，构成全面涵盖物联网三个层次的一个统一的物联网工程实验平台。同时，其它内置WiFi模块的各种手持设备（笔记本电脑、手机等）也能无线接入该实验平台，成为物联网实验设备的一部分；师生教学、科研实践开发的其它感知模块，通过与标准的WiFi设备服务器连接，也能轻易接入该实验平台，完成测试、验证。这篇论文将详细介绍广东海洋大学位于科技楼232的物联网实验室232智慧教室。关键词物联网，智慧教室，智能家

3、居等智慧教室室内设备研究报告一、总概我们本学期使用的智慧教室中，从应用层来看，存在着两套系统。第一套是“物联网智能实验室系统”，第二套是“智能家居系统”。它们对应的应用层管理系统分别叫做“物联网智能实验室管理系统”和“智能家居控制系统”。下面是智慧教室大体概图（上对讲台） 我们把两个系统按功能分为六个部分：核心部分，灯光部分，门禁部分，人脸识别部分，空调部分，窗帘部分。二、核心部分智慧教室的核心系统（实际上是负责传输两套管理系统的核心系统），是由交换机、光载无线交换机、中控智能主机、IU服务器和路由器构成的。实物图如下中控智能主机，服务器，交换机，光载无线交换机，路由器首先从核心部分的信息传输

4、方式上，在宏观层面分析一下该部分的构成与信息传送：在上述设备中，交换机是一个枢纽，有很多插口，分别与上述其他设备进行连接。其他设备，通过无线或有线的方式与感知层的设备建立连接，从感知层设备接收到信息以后，它们把信息送达交换机进行“信息交换”（网络层面的信息传输）。再经路由器和中控智能主机将信息通过无线传输方式传送给PC（上位机），上位机负责将接收到的这些数据进行处理，并将处理后需要执行的相应命令，或用户下达的动作指令，再无线传输给交换机，经由交换机的分配，把命令发送给相关设备。结构示意图如下：接下来，对核心部分各设备逐一进行详细的介绍分析，包括它们的基本结构、工作原理、输入输出信号、以及操作方

5、式等。1.交换机（与门禁、人脸识别系统直接连接）在以太网络中，交换机起的是信息中转站的作用。它把从某个端口接收到的数据从其他端口转发出去。以下介绍交换机的外观与内部组成。不同厂家、不同型号的以太网交换机，其外观和内部组成都有一定的个性差异，但其共性是主要的。1.1外观前面板上的多个RJ45接口是以太网口，用来连接计算机或其他交换机。后面板或前面板上的串口是交换机的配置口，用串口线缆将其与计算机的串口连接起来，可实现对交换机的配置操作。也有的交换机的配置口位于前面板上。面板上有若干指示灯，其亮、灭或闪烁可以反映交换机的工作状态是否正常。此外还有电源插口、电源开关等。1.2内部组成CPU (中央处

6、理器)：交换机使用特殊用途集成电路芯片ASIC，以实现高速的数据传输。RAM/DRAM：主存储器，存储运行配置。NVRAM（非易失性RAM）：存储备份配置文件等。FlashROM（快闪存储器）：存储系统软件映像文件等。是可擦可编程的ROM。ROM：存储开机诊断程序、引导程序和操作系统软件。接口电路：交换机各端口的内部电路。2.路由器路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。 路由器是互联网络的枢纽，"交通警察"。路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第

7、三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。路由器（Router）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。2.1结构电源接口（POWER）：接口连接电源。路由器接口：usb复位键（RESET

8、）：此按键可以还原路由器的出厂设置。猫(MODEM)或者是交换机与路由器连接口（WAN）：此接口用一条网线与家用宽带调制解调器（或者与交换机）进行连接。电脑与路由器连接口（LAN14）：此接口用一条网线把电脑与路由器进行连接。需注意的是：WAN口与LAN口一定不能接反。家用无线路由器和有线路由器的IP地址根据品牌不同，主要有192.168.1.1和192.168.0.1两种。IP地址与登录名称与密码一般标注在路由器的底部。登录 无线路由器网 有的出厂默认登录账户：admin登录密码：admin有的无线路由器的出厂默认登录账户是：admin 登录密码是空的。2.2分类分类里我们主要介绍无线网络路

9、由器，如路由，D-LINK,TP-LINK, 和TENDA等。它是一种用来连接有线和无线网络的通讯设备，它可以通过Wi-Fi技术收发无线信号来与个人数码助理和笔记本等设备通讯。无线网络路由器可以在不设电缆的情况下，方便地建立一个电脑网络。但是，一般在户外通过无线网络进行数据传输时，它的速度可能会受到天气的影响。其他的无线网络还包括了红外线、蓝牙及卫星微波等。2.3作用功能（连通不同的网络）从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传

10、输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于O S I 模型的第三层-网络层。指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。第一，网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；第二，数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；第三，网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机器，它的英文名称为Router,是一种连接多个网络

11、或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。3.光载无线交换机（与远端射频单元相连）光载无线通信ROF技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将光纤通信和无线通信结合起来的无线接入技术。一种新型的无线网络通讯产品光载无线交换机，应由而生。它是由广州飞瑞敖电子科技有限公司与北京邮电大学合研发的新一代光载无线网络交换机。该产品将WiFi信号的产生、处理集中于内部（中央机房），以光纤实现大范围（200到5000米）分布，通过远端天线完成信号覆盖及双向传输。该产品可混合传输WiFi与2G3G4G以及其他无线信号，可

12、为使用者节省大量的无线网络建设投资，避免重复施工，并极大地提高网络建设速度。光载无线交换机，采用模拟光纤通信技术及射频交换技术实现了WiFi无线信号源的远端传输，分布，交换与控制，是一种以无线的方式连接网络终端设备的产品。它主要以企业级WiFi接入点作为无线互联节点，以模拟光纤链路作为网络传输设备，以射频开关作为网络交换设备，提高了无线网络平台的安全性，可靠性，灵活性和可扩展性，将交互式宽带无线网络应用到工业无线网络通讯，工业自动化，港口马头物流管理，环境监测和灾难预防等多个领域，极大地拓宽了无线网络的服务内容。以它为依托组建的物联网无线信息网络平台安全可靠，简便耐用，性价比高，易于与已有的网

13、络产品进行集成，它功能强大，能够满足未来高性能物联网的要求。3.1外观与结构规格：标准上架式机箱尺寸：490mm×430mm×169mm3.2主要技术性能指标(1) 固定局域网接口：10/100Mbps自适应；支持QOS；内置防火墙。 (2) 内置WiFi无线接入点有2个/4个/8个/12个/16个等可选择：支持802.11b、802.11g标准；无线网络速度54Mbps；支持VLAN；支持WEP、WPA-PSK、WPA2-PSK加密；(3) 内置射频光调制/解调器：频率范围1800MHz2500MHz；发射光波长1550nm;激光器输出光功率4dBm±2dBm；

14、光输入功率-18dBm6dBm；光纤链路增益0±2dB(4)射频信号的光纤分布范围2004000米。3.3主要功能1、 内置10/100Mbps路由器，能自动分配局域网地址、支持端口镜像、网络自防御、智能过滤、流量控制；支持IP限速、上载单独限速和下载单独限速等。2、 内置8个无线接入点，提供802.11b、802.11g标准接入；支持无线接入加密和VLAN3、 将WiFi射频信号通过光纤分布2005000米，大大扩大WiFi无线局域网的覆盖范围。4、 具有射频交换功能。5、 无线接入点的集中配置和管理。6、 远端天线的功率控制。7、 WiFi接入点的频道自动分配。8、 接入设备在远

15、端天线间漫游时，实现无缝切换9、 移动信号本地连接，支持2G/3G/4G/WiFi混合信号分布，可以把3G信号通过光纤传输再发射出去。4.中控智能主机中控智能主机是指对声、光、电等各种设备收集的信息进行集中处理、控制的设备。它应用于多媒体教室、多功能会议厅、指挥控制中心、智能化家庭等，用户可用按钮式控制面板、计算机显示器、触摸屏和无线遥控等设备，通过计算机和中央控制系统软件控制投影机、展示台、影碟机、录像机、卡座、功放、话筒、计算机、笔记本、电动屏幕、电动窗帘、灯光等设备。4.1中控主机要求1、设计级别：要按照智能会议中控主机要求设计，非电教中控主机改装，不集成信号切换系统（矩阵），以降低整个

16、系统崩溃的风险，信号系统与控制系统分开；2、处理器：最好达到32位，能快速处理各种复杂的控制指令；3、红外口：最好达到8路，红外数据有保存到电脑上成为红外库文件。4、红外学习器：内置，要大于64位，因为很多空调等设备红外数据是大于64位的。5、继电器：8路或以上，用于窗帘、电动幕布等控制；6、RS232串口：8路或16路，可编程。RS-232 串口，和RS-485互不关联，可同时使用7、RS485/422串口：8路，可编程。RS-485 串口，和RS-232互不关联，可同时使用；8、摄像跟踪：要支持；5.1U服务器所谓的1U服务器就是一种高可用高密度的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高

17、密度计算机环境设计的。它们可以通过本地硬盘启动自己的操作系统，如Windows NT/2000/2003、Linux、Solaris等等，类似于一个个独立的服务器。在这种模式下，每一个主板运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。不过我们还是可以用系统软件将这些主板集合成一个服务器集群。三、灯光部分灯光控制系统主要硬件设备为光照传感器，红外线感应开关等。感应层将探测收集的光照强度，人体红外线等信息通过网络层传送到应用层，再由应用层对信息进行处理后下达开灯或光灯指令。四、窗帘部分如下为硬件部分实物图光照传感器，电动开合电联机光照度传感器的工作原理 光照度传感器为热电效应原理，感应

18、元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内， 冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号和太阳辐照度成正比。为减小温度的影响则配有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，则用两层石英玻璃 罩，罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的。电动开合卷联机采用改变电流方向控制电机的正反转达到开、闭窗帘的目的。窗帘控制系统由电动开合电联机、光照传感器和配套控制软件构成。窗帘控制原理通过光照传感器监测到室内光照强度数据，这些数据经由网络层传输到应用层进行数据分析和处理，根据软件预设值，当白天室内光照强度低于最低门限值时自动打开窗帘。电动开合卷帘机在这

19、里是打开窗帘的工具，可以通过应用信息服务平台对电动开合卷帘机发送指令，使其对窗帘自由调控打开闭合。五、空调部分如下为硬件部分实物图空调控制器，温湿度传感器空调控制系统由中央空调电源控制器、温湿度传感器和配套控制软件构成。空调控制原理通过温湿度传感器监测到室内温湿度数据，这些数据经由网络层传输到应用层进行数据分析和处理，根据软件预设值，当室内温湿度高于最高门限值时自动开启空调。当室内温湿度低于最底门限值时自动关闭空调，实现室内温湿度的自动控制。空调控制器在这里起遥控作用，可以通过应用信息服务平台对空调控制器发送指令，使其对空调进行自由调控温度，模式及开关。六、人脸识别部分人脸识别，是基于人的脸部

20、特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。人脸识别系统主要包括四个组成部分，分别为：人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配与识别。人脸图像采集：不同的人脸图像都能通过摄像镜头采集下来，比如静态图像、动态图像、不同的位置、不同表情等方面都可以得到很好的采集。当用户在采集设备的拍摄范围内时，采集设备会自动搜索并拍摄用户的人脸图像。人脸检测：人脸检测在实际中主要用于人脸识别的预处理，即在图像中准确标定出人脸的位置和大小。人脸图像中包含

21、的模式特征十分丰富，如直方图特征、颜色特征、模板特征、结构特征及Haar特征等。人脸检测就是把这其中有用的信息挑出来，并利用这些特征实现人脸检测。人脸图像预处理：对于人脸的图像预处理是基于人脸检测结果，对图像进行处理并最终服务于特征提取的过程。系统获取的原始图像由于受到各种条件的限制和随机干扰，往往不能直接使用，必须在图像处理的早期阶段对它进行灰度校正、噪声过滤等图像预处理。对于人脸图像而言，其预处理过程主要包括人脸图像的光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、归一化、几何校正、滤波以及锐化等。人脸图像特征提取：人脸识别系统可使用的特征通常分为视觉特征、像素统计特征、人脸图像变换系数特征、人脸图像代

22、数特征等。人脸特征提取就是针对人脸的某些特征进行的。人脸特征提取，也称人脸表征，它是对人脸进行特征建模的过程。人脸特征提取的方法归纳起来分为两大类：一种是基于知识的表征方法；另外一种是基于代数特征或统计学习的表征方法。基于知识的表征方法主要是根据人脸器官的形状描述以及他们之间的距离特性来获得有助于人脸分类的特征数据，其特征分量通常包括特征点间的欧氏距离、曲率和角度等。人脸由眼睛、鼻子、嘴、下巴等局部构成，对这些局部和它们之间结构关系的几何描述，可作为识别人脸的重要特征，这些特征被称为几何特征。基于知识的人脸表征主要包括基于几何特征的方法和模板匹配法。人脸图像匹配与识别：提取的人脸图像的特征数据

23、与数据库中存储的特征模板进行搜索匹配，通过设定一个阈值，当相似度超过这一阈值，则把匹配得到的结果输出。人脸识别就是将待识别的人脸特征与已得到的人脸特征模板进行比较，根据相似程度对人脸的身份信息进行判断。这一过程又分为两类：一类是确认，是一对一进行图像比较的过程，另一类是辨认，是一对多进行图像匹配对比的过程。人脸识别门禁人脸识别门禁是基于先进的人脸识别技术，结合成熟的ID卡和指纹识别技术而推出的安全实用的门禁产品。产品采用分体式设计，人脸、指纹和ID卡信息的采集和生物信息识别及门禁控制内外分离，实用性高、安全可靠。系统采用网络信息加密传输，支持远程进行控制和管理，可广泛应用于银行、军队、公检法、智能楼宇等重点区域的门禁安全控制。七、 门禁部分如