基于物联网技术的智慧教室系统设计.docx

    基于物联网技术的智慧教室系统设计    Summary: 基于物联网技术的智慧教室系统，通过AI智能语音识别技术控制教室灯光、风扇、消毒模式；利用射频识别（RFID）技术读取学生信息和受损的器材信息，并将信息上传至对应的数据库中；温湿度传感器实现对风扇的控制；火焰传感器进行实时监测，若检测到火焰则蜂鸣器警报；开发APP用于接收传感器的信息如温湿度、考勤信息、损坏的设备以及火灾情况等数据，同时在APP端可以通过蓝牙模块向单片机发送控制命令实现对消毒灯、led灯、风扇、蜂鸣器的远程控制，从而实现教室的智能化与数字化Keys: 智慧教室系统，物联网，AI语音识别，环境监测1. 引言近年来，随着各个学校招生规模逐渐扩大，对于教室的使用提出了更高的要求，本文依托物联网的三层设计架构，感知层将单片机与RFID传感器、温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、AI智能语音识别技术相结合，实现智能安全警报、环境信息实时监测与智能控制等功能；传输层运用蓝牙通信模式建立各硬件与软件之间的联系；应用层设计配套的APP操控智能教室模块，实现远程操控，保证学生和教师的生命财产安全2. 系统设计方案本文以物联网技术为载体，结合传感器技术、嵌入式技术以及无线通信技术，设计并实现了一套基于物联网技术的智慧教室系统，以STM32开发板为核心器件，通过传感器采集教室内环境数据，通过蓝牙建立各硬件与软件之间的通信，并设计APP进行远程控制，从而实现教室的智能管理与控制。

具体方案如下：2.1硬件模块（1）STM32 开发板：智慧教室系统选用了STM32为主控器件，结合传感器技术对教室环境进行实时监测、并设计APP对智慧教室进行远程控制2）传感器：利用AI智能语音识别技术实现对教室的照明、消毒模式、风扇等的智能控制；利用RFID传感器来读取学生信息和受损的器材信息，并将其上传至对应数据库中，方便教师监控学生的上课出勤情况以及后勤工作人员及时维修受损器材；采用温湿度传感器实现对教室环境温度、湿度数据实时监测；采用火焰传感器监测教室是否发生火灾，若发生火灾，蜂鸣器会进行报警，提醒学生迅速撤离教室，保证师生的生命安全3）网络搭建：智慧教室接通电源后，端自动搜寻蓝牙并连接形成远程操控结合本设计近距离、传输速率低、功耗低的特点，本系统采用蓝牙模块来进行无线通信，蓝牙模块选用型号为HC-05模块图1硬件模块的组成2.2软件模块端APP由基于Android系统的Java语言编写，APP界面可显示教室环境相关信息，实现对智慧教室环境的实时监控和远程操控当智慧教室连接电源后，所有传感器开始启动，将收集的状态信息传输至开发板中，并在处理后由蓝牙模块发送给APP客户端与此同时，将监测到的数据通过大数据分析整合，以更加直观的方式显示在APP上。

同时，在APP上教师也可以根据实际情况远程控制智慧教室图2 APP界面3. 功能描述利用STM32单片机与RFID传感器、蜂鸣器、温湿度传感器、火焰传感器相连接，硬件与软件采用蓝牙连接，设计两套相同的传感器和单片机设备，实现链接PC和端，本系统实现语音控制教室内灯光、语音控制教室内风扇、语音控制消毒模式、刷卡考勤、温湿度监测、火灾报警等6部分1）AI语音智能识别控制教室内灯光：在智能教室环境下，利用语音识别技术来控制教室内灯光开关和亮度的一种系统，使教室的光照调节更加便捷、高效和智能灯光智能控制既可以节约能源，又可以解决偏远地区能源匮乏的问题2）AI语音智能识别控制教室内风扇：这项技术允许教师或学生通过语音命令来控制教室内风扇的开关和调整风速，无需直接物理接触，从而实现便捷的环境调节当教室内温度过高时，可以通过语音命令打开风扇，避免学生因为环境温度过高出现身体不适等现象3）AI语音智能识别控制教室内消毒：随着公共卫生意识的提高，尤其在疫情背景下，教室定期、有效消毒变得尤为重要乡村的孩子防疫意识不足，但是防疫杀毒来保障孩子们的卫生安全必不可少，通过语音识别技术与自动消毒系统，教室可以实现更简便、高效的消毒程序，从而保证学生的身体健康。

4）刷卡考勤：该模块通过带有射频识别（RFID）技术的卡片来自动记录考勤信息，提高教师的考勤效率，对考勤数据进行分析，可以快速的筛选出长时间未出勤上课的学生，这类学生则有很大可能因为家庭原因处于辍学的初期，学校组织老师进行及时的家访和劝诫，尽量减少乡村孩子的辍学率，为学校管理提供了极大的便利5）温湿度监测：通过温湿度传感器来检测教室内部的温湿度状况，并通过OLED屏幕显示出来6）火灾报警：通过火焰传感器，当教室发生火灾时，火灾传感器检测到后自动通过报警装置来提醒教师和同学，及时提醒师生逃离灾害现场，保护学生和教师的生命财产安全图3 智慧教室系统的功能模块图4. 结束语以传统教室为基础，本文设计并实现了一种基于物联网的智慧教室系统，该系统将单片机、传感器技术、AI语音识别技术、无线通信技术相结合，实现了对教室环境的实时监测，对教室设备的远程管理，从而起到智能化控制教室的设备，优化教室内环境，保护师生的安全的作用 Reference[1]赵冬梅，杨晓亮，胡胜利. 智能教室的设计与应用[J]. 现代电视，2017(7):1-3.[2]张宇，陈秉伟，王晓燕. 基于物联网的智能教室环境监测系统设计与实现[J]. 电子设计工程，2018(14):90-93.[3]吴海玲. 智能教室在现代教学中的应用研究[J]. 教育教学论坛，2019(12):163-164.[4]张建. 智能教室对学生学习行为的影响研究[J]. 教育研究与实验，2020(2):105-108.[5]刘长征，杨娟. 基于智能教室的个性化学习系统设计与实现[J]. 计算机时代，2017(11):123-125.[6]Demir, E., Kurt, M., & Argün, Z. (2020). Design and development of a smart classroom for interactive and personalized learning experiences. International Journal of Emerging Technologies in Learning, 15(2), 51-64.基金项目：2025年辽宁科技学院大学生创新创业训练计划项目（202511430075）；辽宁省教育科学“十四五”规划课题 产教融合物联网线上线下混合式教学研究与实践 (JG22DB387）;2022年《物联网智能移动开发技术—从问题到程序》教材立项; 2021年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究拟确定优质教学资源建设与共享项目 (947)；2023劳模工作室Smart Classroom System Based on Internet of Things TechnologyXue Xiang, Liu Lihua,Cheng Li, An Qi,Ma Yuhang,Hu Jiarui, Wang Jiaxin(Internet of Things Engineering, School of Electrical and Information Engineering, Liaoning Institute of Science and Technology, Benxi, Liaoning, 117004)Abstract: The intelligent classroom system based on IoT technology controls the classroom lights, fans, and disinfection mode through AI intelligent voice recognition technology; reads student information and damaged equipment information using RFID technology and uploads the information to the corresponding database; the temperature and humidity sensor controls the fan; the flame sensor monitors in real-time and the buzzer sounds an alarm if a fire is detected; a mobile APP is developed to receive sensor information such as temperature and humidity, attendance information, damaged equipment, and fire conditions, and at the same time, the mobile APP can send control commands to the single-chip microcomputer via Bluetooth module to remotely control the disinfection lamp, LED lamp, fan, and buzzer, thus achieving the intelligent and digitalization of the classroom.Keywords: intelligent classroom system, IoT, AI voice recognition, environmental monitoring.  -全文完-。