智慧教室建设项目智慧感知与控制系统设计方案.docx

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智慧教室建设项目智慧感知与控制系统设计方案

智慧教室建设项目智慧感知与控制系统设计方案

智慧感知系统主要是为智慧教室提供一个良好的硬件基础支撑环境，智慧教室的感知系统基于物联网工程信息平台，依托无线设备，构建物联网的网络层，在教学范围内形成稳定可靠的网络环境；各种接入设备（传感器件、控制器件等）通过控制线、ZigBee无线等形式接入物联网工程信息平台，构建物联网的感知层；系统通过物联网信息中心，完成数据的存储、分析和应用。

感知与控制模块包括各种传感器和控制器，用于感知环境和实现对设备的控制，通过这些模块把教室内物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品的智慧化识别、跟踪、监控和管理。

一.1.1.1统一控制管理平台

智慧教室统一控制管理平台可监控网络上多达1024个教室的所有设备；可以监控教室是否被占用，各个设备的状态等。

所有带有网络接口的控制设备以及触摸屏都可以通过网络和智能控制系统无缝地整合起来，在LAN/WAN上的任何一台PC都可以获得实时、直观的设备状态信息。

同时统一控制管理平台还是一个帮助平台，教室使用者可以通过系统和管理员进行沟通，获得帮助信息。

系统管理员和技术人员可以通过系统管理设备，进行远程系统诊断，远程调出教室控制界面帮助教室使用者控制设备。

权限机制

平台具备分权限管理模式，各系统管理员、课室维护人员的权限各不相同，比如系统管理员可以对所有教师进行删减、重新配置，而课室维护人员只能是打开机柜、开启设备等简单维护操作。

另外系统管理人员可以通过网络远程对设备进行工程调试。

远程控制

管理人员可以通过平台远程对教室设备进行全功能控制；包括：

电脑、投影机、投影幕、功放、灯光、风扇、空调、窗帘等设备；并支持对电脑，投影仪的智能延时开关机保护：

开启投影机、关闭投影机；

投影幕布升降；

切换投影机的输入源：

计算机、笔记本电脑、视频展台；

调整教室扬声器输出音量。

设备图示化管理

管理平台可以随时通过文本或图片符号状态快速查看每个教室的在线连接情况，确认每个多媒体教室系统和设备的工作状态。

其中包括：

该教室是否有人在使用：

讲台的开关状态；

投影机是否在使用；

投影机的灯泡寿命：

该数字为实时从投影机获得；

教学电脑的开关状态；

设备的连接是否正常，所有视频接口都具有断线弹窗报警功能；

教室门的开关状态；

实时显示教室的温度、亮度、设备耗电量等数据；

实时查看该教室的流媒体视频图像；

实时查看该教室的电脑桌面。

量化操作

支持批量设备开关，可自由指定整栋楼、或整层、或自定义分组教室设备批量开/关。

其中包括：

批量锁定／解锁当前群组内所有教室的中控触摸面板；

批量开启／关闭当前群组内所有教室的系统电源；

集中查看群组内所有教室的设备状态；

集中查看群组内所有教室的电脑信息；

集中查看群组内所有教室的用电信息，包括：

电流、电压、耗电量、电费；

可集中监控群组内所有教室的视频图像。

智慧课表

支持与学校课表对接，根据课表规定的时间、地点自动开启/关闭设备；支持在web管理页面直接编辑课表，实现快速调课；

可根据课表时间对教室设备的定时开关机；

按照课表信息自动给老师的IC卡授权；

根据课表信息自动管理多媒体教室，如课前教室门的自动开启、教室温度、亮度、空气质量的自动调节等。

安防监控

管理人员通过平台即可直接调用各教室监控画面，实时观测课室情况。

对每个教室进行视频监控；

对每个教室的设备如：

投影机、电脑等进行监控，支持设备拔线，后台弹窗报警；

可接入其他安防探测器，如：

红外人体感应、破窗感应等。

能源管理

通过平台软件可实时查看各课室耗电量情况，对教室的电压、电流、耗电量等自动检测和告警，主要包括：

可设定教室电压、电流阈值，超过阈值后台弹窗报警，可有效防止应电压不稳或漏电造成的设备损坏和人员触电危险。

自动统计每个教室的耗电量，并能通过当前电价自动统计电费；

大型数据库统计

支持报表统计分析并根据不同的部门要求（教务处、后勤处、国资处等）形成并输出与之相关的汇总报表（Excel格式）。

一.1.1.2智能门禁系统

智能门禁系统是结合一卡通系统和门禁系统的现有功能，针对性解决现有多媒体教室管理中存在的各种弊端，即提高教室的管理效率，又扩展一卡通系统的应用范围，整体提升学校的信息化水平。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

提供I/O报警触发端口

可与班牌对接

电子闭门器

控制门的打开、关闭

电子锁

控制门的上锁、解锁

读卡器

刷卡开门

核心产品：

Ø电子闭门器

电子闭门器也叫作电动释放器、同时也被称为自动闭门释放器，它是一种能够通过电控方式，来将门扇自动关闭的设备机构，这种闭门器，和我们过去常见的液压式闭门器是不一样的，电动闭门器能够将不定位闭门器和电磁释放器的优点和功能合二为一。

电子闭门器的内部是强力弹簧和电磁阀组成，当把门推开时压缩弹簧是由电磁阀来锁止的，这样教室门就可以保持常开的状态，当老师在教室或者管理员在控制中心按下关门键时，电磁阀就会释放反弹的冲击力关闭教室门。

Ø电插锁

电插锁是一种电子控制锁具，通过电流的通断驱动“锁舌”的伸出或缩回以达到锁门或开门的功能。

系统功能：

1）可结合课表信息，在上课前15分钟自动开启教室门锁，也可通过管理员在控制中心远程一键开启教室门锁；

2）上课时，老师可一键关闭教室门，但不上锁，迟到的学生仍可推门进入教室；

3）放学后，管理员可通过教室的视频监控或人体感应监测到教室没有人后，一键关闭教室门并上锁；

4）可通过授权的IC卡刷卡开启教室门锁。

一.1.1.3环境控制系统

教室环境控制包括教室温度、教室亮度、空气质量等的监控与调节；通过对教室环境的全自动控制，可大量减轻管理人员的工作和减少能源的损耗。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

提供红外／232控制端口，控制空调、新风系统开关

探测模块

各种传感设备，包括：

光感、温感、CO2探测等。

电源控制器

控制灯光开关

核心设备：

Ø光照度传感器

可对教室内的光线强度进行实时的测量，将测量的数据实时的传回到服务器端，服务器端根据之前设定的阈值自动开／关教室的灯光。

Ø温度传感器

可对教室的温度进行实时测量，并将测量的数据实时反馈给后台服务器端，服务器端根据之前设定的阈值自动开／关教室空调。

ØPM2.5空气质量检测传感器

可对教室的空气质量进行检测，并将检测的数据实时反馈给后台服务端，服务端根据之前设定的阈值自动开／关教室的新风系统。

系统功能：

1）自动恒温：

根据温感采集的数据结合课表信息自动开启／关闭空调系统；

2）自动照明：

根据光感采集的数据结合课表信息自动开启／关闭灯光；

3）自动新风：

根据采集的CO2浓度结合课表信息自动开启／关闭新风系统。

一.1.1.4安防报警系统

安防报警系统是保障教室设备安全的重要应用，主要有设备报警、断线报警、移动侦测报警等多种类型，主要是利用外部感应设备（红外灯、双鉴探测器、门磁等）和线路检测信号通过高清中控主机的I/O端口触发系统发生本地声光或者远程图形声音等报警，联动录像，发挥安全管理的作用。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

提供I/O报警触发端口

报警模块

各种报警传感设备，红外灯、双鉴探测器、门磁、声光报警器等。

核心产品介绍：

Ø门磁传感器

门磁传感器是安防系统中常用的报警传感设备，一般由两部分组成，一部分是磁条，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，另外一部分内部有一个常开型的干簧管，当磁条和干簧管靠得很近时（小于15毫米），干簧管呈闭合状态，无线门磁处于工作守候状态，当磁条离开干簧管一定距离后，干簧管断开，断开瞬间电路发出信号触发报警。

Ø被动红外探测器 

被动红外探测器，俗称红外灯，在安防上应用很广，一般有壁挂和吸顶两种安装方式的，具体探测距离和探测精度视型号不同而有所区别。

被动红外探测器是探测人体发射的红外线来进行工作的。

探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。

红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

这种探测器是以探测人体辐射为目标的。

所以辐射敏感元件对波长为10”n、左右的红外辐射必须非常敏感。

为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

被动红外探测器，其传感器包吉两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

多视场的获得，一是多法线小镜而组成的反光聚焦，聚光到传感器上称之为反射式光学系统。

另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜·菲涅尔透镜，通过菲涅尔透镜聚焦在红外传感器上。

这要指出的是被动红外面的几束光表示有几个视场，并非被动红外发红外光，视场越这要指出的是被动红外面的几束光表示有几个视场，并非被动红外发红外光，视场越多，控制越严密。

Ø双鉴探测器 

对安全系统而言，一般用来做探测人员或物体栘动的技术有三种。

那就是被动式红外线（Passive Infrared）微波（Microwave）以及超声波等（Ultrasonic）。

但由于每一种探测技术都具有一些先天性的缺点，而产生错误动作的情形，因此为了提高探测的稳定性，有效降低探测失误的发生，便有厂商将两种完全不同原理的探测技术结合在单一机体内，这就是所谓的“双鉴式探测器”。

一般双鉴探测器是结合了被动式红外线与微波之两种不同原理的探测技术，而在被动式红外线的部份中，则是利用焦热电之红外线感应探测器的方式，（Pyroe1ectric Infrared Sensor），来感应区域内是否出现因人体移动所产生的温度变化，而判断是否有人侵入。

至於微波的部份则是应用多普勒效应（Dopp1er Effect）来感应物体的移动。

当双鉴探测器的两种探测技术都同时感应到有人侵入时，才会输出警报讯号通知系统的控制主机。

双鉴探测器的最大优点就是可以两种探测技术的相互支援，而降低误动作的可能性。

因此，对于不适合单—技术探测器运作的环境或是要求高度稳定的安全系统而言，双鉴探测器无疑是最佳的选择。

系统功能：

红外灯、探测器、双鉴等触发报警:

各种探测设备接驳在信息交互式中控的I/O口上，通过系统平台分别设定各路I/O的具体参数，根据管理策略统一布防，在布防时段和布防区域，各种探测设备通过I/O触发远程和本地报警。

电子锁远程开启/关闭:

钢制多媒体电教桌可以通过系统实现远程的开启和关闭。

门磁报警:

钢制多媒体电教桌的柜门上安装门磁，当桌子门在设定的时段之外被强行打开的时候触发I/O实现报警。

断线报警（投影机线视频丢失报警等等）:

网络高清中控主机所有的视频信号接口均具备线路检测功能，可以通过线路检测来实现某些线路被剪、断裂等情况下的系统报警，对教室来说，主要的断线报警是投影机线路报警、交互液晶一体机断线报警或台式电脑的断线报警，这样，主控中心可以随时随地监测到教室投影机和电脑的状态，一方面方便管理，另一方面实现安全防护。

一.1.1.5校园广播系统

广播系统是每个学校不可缺少的基础设施之一，尽管近几年来视频技术和网络技术在飞速的发展,现在的广播系统不仅仅限于对于音频信号的广播，已经逐渐发展成对音视频信号的广播应用。

随着现代信息技术的不断发展，利用广播系统进行语音教学的需求在不断的增加，特别是音乐铃声的普及，英语听力考试的实施等，对现行学校广播系统的功能、容量、音质、智能化水平等都提出了更高的要求。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

内置音视频广播接口

教学电脑

安装IP广播插件

系统功能：

1.被动接收总控室过来的音视频广播信号，音视频自动强制切换输出到投影和扩音；

2.可对教室群组广播也可对单个教室广播。

一.1.1.6IP电话通讯系统

IP电话系统是教室方案的重要组成部分，主要解决教室和主控室之间的语音通讯。

IP电话系统作为一个相对独立的系统，主要的应用价值就在于教室应用系统非正常期间与主控室通讯解决问题或请求协助。

因此，IP电话系统可以做到即插即用。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

教室的核心中控设备，集中连接外部设备，提供本地和网络控制

IP电话模块

实现教室与主控室语音通讯

IP电话控制端

核心模块：

ØIP电话

网络高清中控主机支持RJ45接口的硬件IP电话，可以做到即插即用，实现拨号通讯。

系统功能：

教室和主控室之间语音通讯：

教室老师在教室里通过拨号就可以在主控室振铃，主控室管理接听电话后，实现语音对讲通讯，配合主控界面的视频图像实现可视通讯。

即插即用：

统一控制管理系统支持RJ45硬件IP电话，可以做到即插即用，无需繁琐配置，实现电话通讯功能。

手动拨号、快速拨号、缩位拨号等 ：

系统支持传统电话应用功能，支持手动拨号、快速拨号、缩位拨号等应用。

一.1.1.7IC卡刷卡系统

网络高清中控主机可兼容学校现有校园一卡通IC卡，与现有一卡通系统对接，学校教室均由学校一卡通来刷卡使用。

学生能够在上课前通过安装在教室门旁的IC卡刷卡系统进行刷卡考勤登记，老师可以通过刷卡系统开启教室多媒体设备。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

教室的核心中控设备，集中连接外部设备，提供本地和网络控制

IC卡读写器

实现讲台、设备开启、人员统计。

核心设备：

ØIC卡读写器

IC卡读写器安装在教室门口或者机柜讲台，学生凭校园一卡通刷卡考勤签到，教师凭校园一卡通卡刷卡打开机柜开启系统。

教室刷卡控制系统是通过教学课表信息与教师身份认证识别，实现教师持校园IC卡方便地使用教室。

系统是以太网TCP~P校园网总线方式，每个教室控制台都安装一个读卡器，读卡器通过串口与网络高清中控主机连接，网络高清中控主机通过网络与教室管理平台连接，通过教室管理平台下发排课信息和有效卡号到每个教室的网络高清中控主机上，IC卡的身份信息经系统数据库的对比识别，实现对多媒体中控面板的解锁或多媒体讲台电子锁的解锁。

该刷卡系统采用的是脱机联网方式，当教室管理平台向每台网络高清中控主机下发课表信息后，课表信息直接存储在每台网络高清中控主机后，可以脱离网络独立工作，进行信息识别、发出解锁面板或者开锁控制指令并读卡记录。

系统功能：

1）可兼容学校现有校园一卡通IC卡，与现有一卡通系统对接;

2）上课老师使用IC卡刷卡自助开启、关闭设备，没有IC卡，或授权不对不允许开启系统;

3）在总控管理端可实现对教室内IC卡控制器远程授权、发卡、刷卡记录查询；

4）可根据课表信息自动对符合课表信息要求的IC卡进行授权；

5）实现老师、学生的考勤；并且作分时，分人，分科，分班统计。

一.1.1.8用电信息采集系统

用电信息采集系统，是实现对教室用电安全的在线监测和教室设备负荷、电量、计量状态等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地为集控平台提供基础数据，保证教室人员和设备的用电安全。

核心设备：

Ø智能电能采集仪

智能电能采集仪对多媒体教室的电能表进行监视记录并将数据上传至集控平台。

系统功能：

1）可以设置教室电流、电压的正常区间范围，超出或低于正常区间范围后台集控软件会立即报警提示；

2）可以设置教室电能最高限值，超过限值台集控软件会立即报警提示；

3）能够根据当地电价自动统计出单间教室或整栋楼的电费情况；

4）通过客户端软件可以监控单间课室或者整层楼实际用电情况，参数有：

电压，电流，电能，电费，功率。