【《基于单片机技术的校园内智慧教室系统的设计与实现》10000字（论文）】

基于单片机技术的校园内智慧教室系统的设计与实现摘要将现实经历与相关调查研究结合可知，目前校园内的教室智能化进展脚步较为缓慢。例如，教室灯光过度依赖管理人员手动管理，学生考勤大多依赖老师人工点名的手段，学生的自律性较差，需要老师监督自习课的纪律，所耗的人工成本、时间成本较高，另外，空气湿度和温度对人体健康和自身状态有很大的影响，学生在教室内的停留时间高达一天中的1/3以上，为了给学生提供一个更为良好健康的学习环境，有必要对教室的湿度和温度进行及时的监督和控制。同时，随着教育和经济的发展，教室物品安全也需要被愈加关注和重视。本设计综合应用蓝牙通信技术、传感器技术、RFID技术设计了基于单片机技术的校园内智慧教室系统的设计与实现，实现教室的智能化管理，营造避免能源浪费、减轻老师负担、适宜学生学习的氛围。该系统分为硬件、数据监测和蓝牙通信三大部分，通过RFID模块实现智能化考勤，并反映相关数据，通过HC-05蓝牙模块在手机和单片机之间建立实时通信，通过噪音检测模块实现自习监督功能等。关键字：蓝牙智能灯光智能打卡智能自习目录TOC\o"1-3"\h\u16449摘要 I152631绪论 1108801.1选题背景 14141.2国内外研究现状 1211051.3研究意义 1228221.4开发目标 298352系统需求分析 3295982.1功能需求分析 385592.2可行性分析 4313452.2.1社会可行性 581892.2.2技术可行性 5219762.2.3操作可行性 5225853系统设计 6243013.1系统整体设计 6297523.1.1系统功能概述 6325903.1.2系统整体架构 6265173.1.3开发工具 648253.2系统硬件设计 688893.2.1硬件使用清单 6174783.2.2硬件开发环境 765363.2.3各模块的详细介绍 73.3系统软件设计80 12282454系统实现 13310045系统测试 17309597总结与展望 18319827.1功能总结 18314217.2系统特点 19264657.3展望 191绪论1.1选题背景借助通信手段，将人、物、传感器、控制器等连接起来，达到网络化、智能化效果，我们将称它为物联网技术，它是如今的科技信息化发展进程中的新型产物，使我们的生活更加安全、便捷、舒适和智能。[参考文献[1]郝丽萍.物联网环境下信息安全问题的研究[J].网络安全技术与参考文献[1]郝丽萍.物联网环境下信息安全问题的研究[J].网络安全技术与应用,2021(04):4-5.但是，目前大多数的教室环境都是由桌椅、黑板以及多媒体设备组成，几乎所有的操作都需要教室或者学生人工进行。在这样的情况下，极易出现教室无人、灯光却开启的问题，导致非必要的能源浪费；教师需要挨个点名确保学生及时安全进入学校，会增加教师额外的心理负担和身体负担，同时也可能漏点学生的名字，无法及时解决学生安全问题；教师在备课、教学之外，还需要监督学生安静自习，分散教师精力和注意力；教室的温湿度无法得到有效的监测，可能会影响教师和学生的状态[[2]寿喜.空气湿度与人体健康[N].保健时报,2003-03-20(004).[3][2]寿喜.空气湿度与人体健康[N].保健时报,2003-03-20(004).[3]闫德生.高校智能教室的设计与实现[J].中国新通信,2020,22(22):63-64.于鸿瑞,张文振,余小溪,王楠,王奕.基于物联网技术的智能教室系统[J].电脑编程技巧与维护2020(02):117-120.陈浩,胡兆鹏,杨雨薇,李秀静.基于物联网技术的智能教室实现方案[J].信息与电脑(理论版),2020,32(19):182-183.李丽颖,张金花,佘勃,彭静,张礼睿.基于STM32F103C8T6单片机的电动车智能充电桩计费系统设计[J].南方农机,2020,51(19):30-31+75.唐珍珍.嵌入式智能家居监控系统的设计[D].哈尔滨理工大学,2014[8]崔斌.基于嵌入式的家居环境智能监控系统的研究[D].广西工学院,2011[9]何红,余远波,李春报,许建梅,肖泽豪,冯骞.基于B/S架构的智慧教室软硬件资源管理系统设计与实现[J].中国医学教育技术,2021,35(02):216-223.[10]闫玺峰.智能教室考勤系统设计与技术分析[J].数码世界,2019(06):124.[11]朱宁.基于RFID技术的智慧图书馆应用——以中国人民大学苏州校区图书馆为例[J].江苏科技信息,2020,37(30):13-15.陈淑芳.红外传感器在智能教室照明控制中的应用[J].光源与照明,2020(11):47-49.[12]张伟楠,孔维宾.基于STC89C52单片机智能教室灯光控制系统设计[J].长江信息通信2021,34(01):信147-149.[13]何青,马珂,黄艳丽.基于服务设计理念的智慧教室智能灯控系统设计研究[J].中外建筑，2021(03):141-145.[14]姚静,李璋,陈广.基于Proteus和Keil的单片机实验教学探究[J].信息通信,2019(09):250-252.[15]张蒙恩,郭萌萌.基于物联网的计算机网络安全分析[J].电脑知识与技术,2021,17(07):34-35.随着我们专业知识的不断积累，尤其是在学习了单片机和传感器之后，我认为可以运用所掌握的知识，动手设计、制作一个由单片机控制的智慧教室，让我们的教室变得“智慧”。通过智能化控制系统实现在无人监管的情况下达到节能、高效地利用教室有限资源的目标，达到智能照明、自动考勤、智能自习、环境温湿度监测、防火防盗的有益效果，方便师生在合理的范围内实现教室的最大化利用，从多方位完善教育环境。因此，有必要利用所学知识，结合物联网技术对教室进行改进，使之符合时代、教师和学生对教育环境—教室的要求。1.2国内外研究现状目前的国内外智慧教室，多聚焦于多媒体教学以及师生互动，如利用电脑、投影仪、教学一体机等等传播知识，或者利用一些小程序达到师生互动和测验学生的目的。在智慧教室的研究与设计中，虽然相比以往的设备，其管理已经有所提升，对教学有极大的帮助，能够提高学习效率、维持良好的学习氛围，但是没有关注教师和学生的日常问题，例如教室灯光在无人的环境下开启，造成不必要的能源浪费；通过教师点名对学生进行考勤、通过教师的监督实现安静自习，增加了教师的负担，同时也会出现没有及时发现学生未到达教室等问题；没有足够重视教室湿度的实时监测，以此来营造适宜的教室环境等等。部分智慧教室的研究涉及到了相关灯光控制或实到人数统计、环境数据监测等，但是研究聚焦点单一，例如只关注灯光的开启和关闭或者实到人数的统计，并未综合考虑到教室灯光、学生考勤管理、自习管理、环境温湿度实时监测以及教室安全等方面。在这种情况下，教室的各项管理十分依赖老师，管理实际达到的效果与老师本人能力和品质密切相关，没有利用现有技术在最大程度上确保学生的人身安全、减轻教师的负担等。1.3研究意义教室是学校最为重要的有机结构，是老师传道授业、学生学习知识的主要场所，白天学生们在教室跟随老师汲取各方面的知识，晚上学生们在教室温习白天学习的内容、完成布置的作业、预习下次课程的内容。因此，教室对教师、学生的影响不可忽视，需要及时改变教室环境，满足教师、学生对其的需求。可是，无论是小学还是大学，我们的教室可以说是一成不变的。随着社会经济的发展，教育环境也应该跟上经济的脚步，尤其，我国是人口大国，以教育为立国之本，对教育的重视程度极高，那么，有必要营造适宜的教室环境，减少教师个人对班集体的额外影响，让学生拥有更安全的成长环境、更良好的心理素质和更高的学习效率。本设计主要从智能灯光、智能考勤、智能自习、环境监测等方面出发，通过单片机技术、传感器技术、数据采集与处理、蓝牙通信技术实现教室的智能一体化的系统设计，满足教师、学生对教室的需求。本设计计划解决现实学习生活中老师及教室管理人员对教室智能化管理的需求，通过智能化控制系统实现教室智慧化的目标。本设计如果能推广至全国的中小学、大学教室实现智能化管理是非常有现实意义的。本设计所能达到的有益效果是减少能源浪费、及时关注学生人身安全、减轻教师负担、提高学生自律能力、营造适宜的学习环境、保护教室安全。1.4开发目标本项目所述的校园内智慧教室系统以stm32单片机为核心，通过单片机技术、传感器技术和蓝牙技术的相互配合实现智能控制，达到无人自动关灯、智能化考勤、智能化自习、实时环境监测、教室安全监测的有益效果。该系统除了具有基本的防火防盗功能外，还利用红外传感器实现在无人的情况下自动关灯；利用RFID技术、蓝牙通信技术、IC卡实现对学生信息的管理，进行智能化考勤，并统计学生考勤信息，教师能够及时得知学生考勤情况并做出及时的应对；通过声音传感器和蜂鸣器监督学生自习，提高学生自律能力，减轻教师负担；通过温湿度传感器监测室内环境，对教室的温湿度进行实时监测，并及时提醒控制湿度，给老师和学生带来更为舒适安全的学习环境。硬件模块除了单片机、传感器模块、蓝牙模块，还有显示屏。传感器将所检测到的实时信息上传到显示屏，显示屏显示当前的时间、温度、湿度、烟雾浓度值等。该控制系统在检测到教室内在一段时间内无人之后，关闭正在开启的灯光，减少能源浪费；该控制系统利用RFID读写器和蓝牙调试器来删除、添加、识别学生身份，在打卡时间内，将已录入的IC卡放置到RFID读写器，实现智能化打卡，并通过蓝牙技术统计学生考勤信息，及时获知学生是否到达教室；该控制系统可以实时地检测室内的烟雾浓度时，当烟雾浓度达到管理人员所设的阈值时，开启蜂鸣器，进行警示;该控制系统可以灵活选择防盗时间，未在防盗时间内不开启防盗功能，当在防盗时间内检测到人体信息时，开启蜂鸣器，进行警示；该控制系统通过设置自习时间，监督学生在自习时间内保持安静，当教室内的声音超过所设阈值，蜂鸣器进行警示；该控制系统实时监测自习教室内温湿度，并显示在显示屏上，当管理人员根据信息对教室进行管理，并且设置阈值，及时提醒进行湿度的控制；其中，有3个按钮负责设置、打卡、调整阈值等模式的切换。利用蓝牙调试器对该系统进行操控，控制操作人员的权限，避免无关人员对系统进行调整，造成一定的损害。具体的，老师或者管理人员需要在蓝牙调试器中输入密码才可以进入设置界面，对相关阈值和相关密码进行调整；同时与RFID传感器配合，进行添加学生、删除学生、统计学生打卡的信息，方便教师及时获取学生考勤信息，保护学生的安全。如果没有密码，则不能进入设置界面和打卡模式。2系统需求分析2.1功能需求分析教室是教育的土壤，孕育无数学生。在上学的日子里，学生需要独自或者结伴去往学校，从家里或者辅导班到达教室有一定的距离没有家长和老师的陪伴，因此，需要及时做好学生的考勤，力求更大限度地保障学生的人身安全；另外，每个学生每天待在教室的时间至少有6个小时，而空间的湿度在一定程度上影响教师、学生的状态，教室的环境对学生的心理健康和身体健康有一定的影响；部分学生自律性较差，在自习课上会喧哗、吵闹，影响整体学习纪律；同时，也存在所有人离开教室以后，灯仍然处于开启状态的浪费现象。通过现实的体验和研究的检索分析发现，教师和学生需要更人性化、更智能化、更方便的软硬件来辅助每日的工作和学习，实现安全、节能、舒适的学习环境。为此，本设计具有以下几项功能：无人自动关灯功能：当灯光已开启，教室无人的时间超过管理人员设定的时间时，则自动关闭灯光，避免不必要的能耗浪费，达到节能的效果；智能化考勤功能：每位学生有对应的IC卡，当进入考勤时间段时，学生将自身IC卡放置在RFID读写器上，实现打卡，打卡结束后，蓝牙调试器显示学生打卡信息，包括已打卡学生和未打卡学生，其中，学生打卡已打卡信息包括其学号、姓名和打卡时间，方便教师获取学生出勤情况，及时掌握学生动态；智能化自习功能：预先设置自习时间段，当处于自习时间段时，教室内声音较大时，提醒学生保持安静，维持良好的自习氛围；环境监测功能：实时监测教室内的温湿度，当湿度不适宜时，及时进行警示，提醒相关人员采取措施，保证教室拥有适宜的湿度，打造舒适的学习环境；防火防盗功能：烟雾浓度较大时，可能发生火灾，此时发出警示，此外，设置非法闯入监测时间段，即防盗时间段，当系统处于防盗时间段内，有人闯入就发出警示，保护教室物品安全。此外，该系统是从教室管理的角度进行设计的，拥有管理人员（包括教师）和学生两类用户，其中，管理人员包括教师的部分或者全部权限和责任。以下是对管理人员和学生两类用户进行的需求分析：管理人员的需求分析智慧教室系统中的管理人员的职责是设置各类参数，例如进行各个阈值的设置、时间段的设置、删除或添加学生在考勤系统里的信息、控制考勤的开始与结束、获取考勤信息等。管理人员的登录系统时的需求分析用例图如图2-1所示。管理人员的整体需求分析用例图如图2-2所示，所述按键3为本设计的第三个按键。图2-1管理人员登陆系统时的需求分析用例图图2-2管理人员的整体需求分析用例图学生的需求分析学生通过该系统进行打卡，实现考勤，其需求是将对应的IC卡放置到RFID读写器上，RFID读写器感应IC卡信息，将信息上传到蓝牙调试器上，蓝牙调试器统计打卡信息。学生的需求分析如图2-3所示。图2-3学生的需求分析用例图2.2可行性分析本设计的可行性分析从基于单片机技术的校园内智慧教室系统的社会可行性、技术可行性、操作可行性三个角度出发。社会可行性分析以该系统所处的目标社会环境为落脚点，描述本设计具有社会可行性的相关原因；技术可行性分析以该系统所采用的现有技术的发展情况为落脚点，描述本设计具有社会可行性的相关原因；操作可行性以相关用户对于该系统的模拟操作来确定该系统各个功能的设置、配合是否具有合理性为落脚点，描述本设计具有操作可行性的相关原因。2.2.1社会可行性随着科技和国力的发展，社会也越来越重视教育环境和生态环境。身处这样的环境，学校竭力提升本校的学习氛围，改善学习环境，同时也积极响应生态措施；教师希望专注于教学，提升教学质量，减少其他事情对教学的影响；家长希望孩子有机会获得、接受高质量的教学，同时也希望孩子在舒适安全的智能化环境中进行高效率的学习；学生希望考勤更加便捷，不必花费时间关注教师点名。教室作为提供教育的场所，是不可忽视的客观存在。本设计提供了一种基于单片机技术的校园内智慧教室系统，在一定程度上满足了学校、教师、家长、学生对于教育环境和生态环境的需求，相当于满足了社会的需求，并且该系统可以应用在各所学校。因此，本设计具有社会可行性。2.2.2技术可行性本设计采用的技术均为较成熟的现有技术，确保设计能够实现，以STM32F103C8T6单片机为核心，实现与各个传感器模块的连接；本系统的开发环境为keil-uvision5，集源程序和程序调试于一体，采用C++语言进行开发，确保系统开发、调试的正常进行；蓝牙为HC-05模块，有足够的资料供学习与参考；蓝牙调试器软件功能强大，帮助用户实现无线控制、参数（如密码）调整和数据反馈的功能；学生利用IC卡进行打卡，IC卡采用射频技术进行通讯，本人在本科期间学习过RFID（射频技术）相关课程。因此，本设计从技术上来说是可行的。2.2.3操作可行性该系统通过三个按键与蓝牙调试器相互配合，实现各个模式的切换，操作方便，简单易行。按第一个按键，进入设置模式，按第2个按键，进入打卡模式，按第三个按键，进入自习模式，同时在设置模式下，按第一个按键为“变换位置”，按第二个按键为“加”，按第三个按键为“减”，操作简便；蓝牙调试器所占手机空间少，界面简洁人性化，易上手，适合管理人员使用；学生仅需在考勤模式下，将IC卡放置到RFID读写器上，即可完成打卡，信息直接上传到蓝牙调试器。因此操作上是可行的。3系统设计3.1系统整体设计3.1.1系统功能概述本系统以STM32F103C8T6单片机为核心，综合利用各类传感器、RFID读写器以及IC卡，实现智慧教室所具备的功能。其设计目的是提供一个更加安全、节能、舒适的学习环境，减轻教师的负担，方便管理学生，同时使学生打卡更为简单、便捷。该系统除了具有基本的防火防盗的功能，还有无人自动关灯、智能化考勤、智能化自习、环境监测等功能。3.1.2系统整体架构本系统的硬件部分由主控单元STM32F103C8T6单片机、显示单元（LCD1602A）、检测单元(HC-SR501人体红外感应模块、RFID读写卡模块、声音传感器模块、温湿度传感器模块DHT11以及烟雾气敏传感器模块MQ-2)、通信单元（HC-05蓝牙通信模块）、提醒单元（蜂鸣器）组成。蓝牙调试器通过通信单元与硬件进行实时通信，实现远程控制硬件各模块，构成一个完整的基于单片机的智慧教室系统。系统的整体架构如图3-1所示。图3-1系统整体架构3.1.3开发工具该系统单片机的编程采用的是Keiluvision5开发软件，它使用C/C++语言编程进行开发，支持所有的KeilC51工具，代码移植性好、功能完善，集成了源代码编码、调试、搜索以及在线模拟仿真等功能。其中，在线仿真功能是指该软件能够在没有硬件的情况下，提供MCU仿真，实时、准确地监控引脚电压以及内部寄存器信号的变化，及时找出代码中存在的问题，提高代码运行的成功率，降低系统的开发成本。蓝牙调试器的功能十分强大，能够帮助用户进行无线控制、参数和阈值的调整以及数据反馈，实现了实时的数据交互，确保了各项功能够正常运行。3.2系统硬件设计3.2.1硬件使用清单硬件有单片机、传感器、RFID读写器、显示屏、蓝牙通信模块、蜂鸣器、按键、led灯灯，硬件使用清单及具体信息如表3-1所示。表3-SEQ表\*ARABIC1硬件使用清单模块名称使用个数（个）STM32F103C8T6单片机1LCD1602A显示屏1HC-SR501人体红外感应模块1RFID读写器1声音传感器模块1温湿度传感器模块DHT111烟雾气敏传感器模块MQ-21HC-03蓝牙通信模块1蜂鸣器1按键3Led灯43.2.2硬件开发环境该系统硬件部分的开发使用了代码移植性能非常不错的Keiluvision5开发软件（如图3-2所示），通过STC-ISP烧录软件，将目标程序代码烧录到硬件中。其中，Keiluvision5是一个可以用于多种开发板的集成开发环境（IDE）。该软件十分高效，开发环境不错，用户页面的窗口管理系统可以组织多个窗口同时进行操作，有效地利用屏幕空间，能够完全控制窗口的任何地方，提高软硬件的开发效率。这款软件集成了多种组件，主要包括但不限于C代码编译器、C++代码编译器、宏汇编器以及目标代码到IIEX的转换器。Keil5具备非常强大的编译功能，其中源代码编码、调试、模板引用和在线模拟仿真等功能是嵌入式软件开发必不可少的重要功能，使硬件的开发和软件的编译更为简单。图3-2Keiluvision5开发软件3.2.3各模块的详细介绍该系统的主控采用基于Cortex-M3内核的STM32F103C8T6单片机，该单片机是一种具有高性能的CMOS8位单片机，能耗十分低，是开发经常选用的主板，除此之外，该单片机还具有8K字节的可编程Flash存储器，其实物图如图3-3所示。采用Protel电路图画图软件来绘制电路图，其电路图结构如图3-4所示。图3-3STM32F103C8T6单片机实物图图3-4STM32F103C8T6单片机电路图结构该系统采用LCD1602显示屏，第一个界面实时显示年月日、时间、温度、湿度、烟雾浓度，如图3-5所示，便于用户设置时间段和阈值使用；该系统的LCD1602模块的电路图结构如图3-6所示，通过按键控制可以切换到设置和进入打卡模式，如图3-7所示，方便用户设置各个功能的阈值和实现考勤功能。图3-5显示屏图3-6LCD1602模块的电路图结构图3-7按键HC-SR501人体红外感应模块（热释红外模块）是以红外线技术为基础的能够感应人体的模块，灵敏度高，可靠性强，采用低电压的工作模式，具有效能低的优点。在该设计中，人体红外感应模块应用在多个功能实现中。在防盗功能中，该模块在预设的特定时间内工作，当有人非法闯入时，向蜂鸣器发出即时消息，蜂鸣器在得到消息后进行警示；在无人自动关灯功能中，该模块感应人体，当超过一定时间段没有检测到人体时，判断灯光是否开启，若led灯开启，控制led灯关闭。实物图如图3-8所示。图3-8人体红外感应模块RFID（射频技术）读写器模块是一种应用于13.56MHz的非接触式的通信中的读写卡芯片，具有高集成度的特点,与主机间的通信采用SPI模式，有利于减少连线，避免线路故障导致系统故障的问题，并且缩小了PCB板体积，降低硬件成本，该模块采用Philips

MFRC522原装芯片，设计读卡电路，使用十分方便，成本低廉，适用于开发设备、开发读卡器等高级应用的用户。在本系统中，该模块与IC卡配合，进行学生信息的添加、删除，此外该模块应用于学生考勤，检测到学生IC卡，在考勤结束后，通过蓝牙通信模块将学生的考勤情况上传至蓝牙调试器中。读卡器实物图如图3-9所示，芯片电路图如图3-10所示。图3-9读卡器实物图图3-10读卡器芯片电路图声音传感器模块（噪音检测模块）可以实时检测周围环境的声音强度，当外界环境的声音强度达不到预设的阈值时，声音传感器模块的D0口输出高电平，当外界环境的声音强度超出预设的阈值时，模块D0输出低电平。因此，该模块可以应用于智能化自习中，当外界声音过大时该模块控制蜂鸣器进行警示，监督学生自觉自习，培养学生自律性。其实物图如图3-11所示。图3-11声音传感器模块DHT11温湿度传感器，能够对周围环境的温度和湿度进行实时监测。因为该传感器拥有高精度、较强的抗噪能力、体积很小、通信距离较远等典型的特点，该传感器是测量室内温湿度的最优选择。在本文设计的系统中，室内环境的温湿度是通过该DHT11模块进行测量的，然后将读取到的温湿度值显示在LCD液晶屏幕上。若该传感器检测到的湿度高于预设的阈值时，控制蜂鸣器进行警示，确保室内环境湿度适宜。DHT11温湿度传感器的实物图如图3-12所示，其电路图结构如图3-13所示。图3-12DHT11温湿度传感器实物图图3-13DHT11温湿度传感器电路图结构烟雾气敏传感器模块MQ-2可以对感测材料的电阻变化进行检测，能够检测多种可燃性气体和烟雾的浓度，尤其对甲烷具有高敏感性。其实物图如图3-14所示。图3-14MQ-2传感器模块人体红外感应模块（即热释红外模块）、声音传感器模块（即噪音检测模块）以及MQ-2传感器模块的电路图结构如图3-15所示。图3-15三个模块的电路图结构HC-05蓝牙通信模块主要应用在短距离的数据无线传输领域，可以和蓝牙设备相连接，进行数据的上传，减少线路的连接，避免繁琐的线路连接导致可能的故障。其实物图如图3-16所示，电路图如图3-17所示。图3-16蓝牙通信模块图3-17蓝牙通信模块电路图蜂鸣器的结构非常简单，体积很小，成本低。在本系统中，蜂鸣器接收对应的多个传感器控制信息，当需要进行警示时，蜂鸣器就进行发声警示。其实物图如图3-18所示。图3-18蜂鸣器发光二极管led灯泡价格实惠，可应用于实验，代替实际所用的灯具。在本系统中，利用第四个按钮进行灯泡的开关控制。图3-19led灯泡3.3系统软件设计本系统并未设计新的软件，在既有的蓝牙调试器的基础上，实现数据的监测和管理。打开蓝牙调试器，与蓝牙通信模块进行连接，连接成功后，方可进行通信。此外，点击设置按钮，并不能直接进入设置，需要在蓝牙调试器中，输入密码，验证管理人员身份，方可进入设置。4系统实现4.1用户进入系统的实现点击第一个按键，提示需要验证身份，才能进入设置模式，如图4-1所示。在蓝牙调试器端输入密码，验证成功，如图4-2所示。图4-1验证身份图4-2验证成功4.2无人自动关灯的实现当教室内无人的时间超过预设的时间时，开启的led灯可以自动关闭，如图4-3所示图4-3无人自动关灯4.3智能考勤的实现利用智能化措施实现学生考勤，并统计考勤数据，实现对学生出勤的监督，及时发现未出勤的学生。考勤模式如图4-4所示，考勤结束之后，对考勤数据的统计如图4-5所示。同时，该系统可以添加和删除学生信息。添加学生信息如图4-6所示。图4-4考勤模式图4-5考勤数据的统计图4-6添加学生信息4.4智能自习的实现按下第三个按键，进入自习模式，当声音过大时，提醒学生安静自习，无需教师过多监督,如图4-6所示。图4-6自习模式4.5温湿度监测的实现本系统监测温湿度，便于实现对教室环境的监测和控制，如图4-7所示，其中，当湿度过低时，提醒增加湿度，湿度阈值如图4-8所示。图4-7温湿度监测图4-8湿度阈值4.6防火防盗功能的实现实时监测教室内的烟雾浓度，烟雾浓度过高时，进行警示，烟雾浓度监测如图4-9所示；在预设防盗时间内，监测是否有人闯入教室，若有人在此期间非法闯入，进行警示，防盗时间的设置如图4-10所示。图4-9烟雾浓度阈值图4-10防盗时间段设置5系统测试5.1测试计划本智慧教室系统的测试计划采用黑盒测试，观察测试结果是否符合预期。以用户的角度，对系统的各个功能进行测试，判断是否适宜用户使用。首先，测试系统的登录，观察温湿度的监测，接着测试系统相关指标在超过阈值时的反应，然后测试无人自动关灯、智能化考勤、智能自习、防盗功能。5.2测试结果5.2.1系统登录测试结果，如表5-1所示。表5-1系统登录测试用例表测试案例测试数据测试结果正确的密码密码：00000000蓝牙调试器输出OK，用户能够进入系统错误的密码密码：11111111蓝牙调试器输出密码错误，用户不能进入系统错误的密码密码：00000蓝牙调试器输出密码错误，用户不能进入系统5.2.2系统在超过阈值时的反映，如表5-2所示。表5-2超过阈值测试用例表测试案例测试数据测试结果环境湿度超过阈值15蜂鸣器发出警示环境湿度超过阈值17蜂鸣器发出警示烟雾浓度超过阈值3500蜂鸣器发出警示烟雾浓度超过阈值4000蜂鸣器发出警示5.2.3无人自动关灯测试结果，如表5-3所示，其中，阈值为5分钟。表5-3无人自动关灯测试用例表测试案例测试数据测试结果开启灯光，所有人离开离开3分钟led灯保持开启状态开启灯光，所有人离开离开6分钟led灯关闭开启灯光，所有人离开离开7分钟led灯关闭5.2.4智能考勤测试结果，如表5-4所示。表5-4无人自动关灯测试用例表测试案例测试数据测试结果进入考勤模式（001号、002号学生已录入考勤系统，003号学生未录入考勤系统）001号学生打卡、002号学生不打卡考勤结束，调试器输出001号学生打卡信息、002号学生未打卡进入考勤模式（001号、002号学生已录入考勤系统，003号学生未录入考勤系统）001号学生不打卡、002号学生打卡考勤结束，调试器输出002号学生打卡信息、001号学生未打卡进入考勤模式（001号、002号学生已录入考勤系统，003号学生未录入考勤系统）003号学生打卡显示屏显示“Nofind”5.2.5智能自习测试结果，如表5-5所示。表5-5智能自习