物联网在智慧校园里的应用

一、物联网的关键技术
1.1 传感器技术
传感器技术被认为是一项众所周知的科学技术,迄今计算机处理的很大一部分都是基于数字信号,自从电脑出现以来,传感器就被迫按照规定要求将电脑中的模拟信号转化成其他数字信号,进行电脑中的计算机处理。物联网系统在互联网上的大规模数据信息来自终端装置,终端装置的数据源由传感器引起。传感器为一切事物提供"感官"功能。例如,人类为了能够感知周围环境,依靠各种视觉、听力、嗅觉、触感知,还需要依靠各种传感器来检测和识别周围环境。传感器被广泛定义为一种物理、化学、生物和其他信息变化所产生的电参数(包括电压、电流、频率、相位、电阻、电容、电感等)的变化。
传感器通常由敏感元件、变频控制元件、转换控制元件及基本电路等部分构成,敏感元件直接识别测试项目,并将被测变化转化为敏感材料特性的变化。
1.2 RFID技术
射频识别（RFID）是一种无线通信技术。它使得我们可以在各种硬环境下,无需任何人工干涉,通过激光和射频信号就能够自动地识别出所要求的目标地物体和对象并实时地获取与其相关的数据,广泛应用于工业生产自动化、门禁管理、高速公路缴费、停车管理、身份鉴定等领域,物流和其他民用领域的可追溯性。
RFID系统具有智能读写和加密通信功能。当识别的对象进入读取器识别领域时,读取器发送RF脉冲。然后,标签接收 rf 和 rf 脉冲,充电信号和数据解调单元从标签部分发送接收 rf 和 rf 脉冲的充电解调信号和数据并将其发送给控制逻辑中的其中一个,接受用户发送信号进行数据或者用户发送其它操作的命令。

1.3 ZigBee技术
ZigBee是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的新兴无线技术。与蓝技术相比,因为它的使用方便、价格更廉宜,所以 zigbee 在汽车、智能家居、社区监控等方面被广泛的使用。
zigbee网络协调器系统可以将这些网络安全信息直接存储管理起来或直接充当一个网络信任管理中心，并用于管理存储安全网络密钥。zigbee无线路由器直接实现了多个设备之间的网络数据无线传输。它不一定适用于其他移动设备上无线传输数据(路由协调器或其他路由控制装置)通信,并且节点可以长时间睡眠以确保电池寿命。
1.4嵌入式系统技术
经过几十年的发展，嵌入式系统的智能终端产品，从人们的日常生活到飞机系统应有尽有。嵌入式系统大大改变了现代人的日常生活，促进了中国的产业生产和其他防卫、军需产业的发展。如果人体和物联网相比较，传感器就等于人的脸部特征，而且网络本身就是用来扩展信息的神经系统。那个嵌入系统必须是人脑。在接收到这些信息之后，有必要对它们进行分类和处理。

二、物联网在智慧校园中的应用
2.1 智慧校园的概念
智慧校园是一种泛指以物联网技术为主要基础的新型智慧校园。生活的聚集环境。这种综合性的集成环境以不同类型的应用服务系统作为媒介,集教育、科研、教育为一体,充分融合管理和学校生活。智慧校园具体来说就是在食堂、教室、图书馆、供水系统、实验室等对象中整合和装备传感器。这些对象通常被认为是涉及"物联网"的发展和形成,然后将"物联网"与目前我国境内现有的互联网技术进行了融合,实现教育资源、生活系统与学校的融合。智慧校园描绘了无处不在的互联网络化学习,透明高效的校园管理和舒适、体贴多样的校园生活。
2.2 智慧校园的核心特征
智能校园的三大主要特点是：一是提供全面的信息服务平台的教师和学生的每一个回合的智慧感知，二是将基于计算机和计算机网络的各种信息服务整合到不同学校的应用领域，实现相互关系和协调。三是通过智能认识和全面的信息服务平台，构建学校和社会之间的相互通信。
2.3 智慧校园的功能
2.3.1高效利用资源
物联网技术的建立有助于有效利用学校资源，以便更有效系统地组织和分析有关操作系统资源的信息。通过传感器和标签的识别，可以在短时间内快速准确地传递信息，减少不必要的资源浪费，科学利用资源，促进不同学校之间的教育资源共享，并充分利用各类优质教育资源，实现资源配置的最终目标。
2.3.2促进教学实践开展
该物联网技术将我们的虚拟现实世界与虚拟真实世界紧密地结合在一起,将我们的物联网技术和设备连接到校园中,为老师和学生提供真实自然的课程和教育条件,为我们的学生提供良好的课堂和学习环境,促进师生之间的交流。结合教学理论知识与具体教学实际综合应用的课堂教学方法,推动了我国课堂教学走向理论与国际实践相有机结合的教学发展,让课堂师生之间的理论学习与实际生活互动变得更为轻松、便捷。
三、智慧校园的总体方案设计
3.1 智慧校园的建设
3.1.1 感知层
感知层是连接教师、学生、教育资源和全球信息服务平台的桥梁，为教师和学生提供智能感知和控制能力，通过RFID标签向学生提供实验设备、图书，GPS终端、摄像头和其他传感器等设备。
2.1.2 网络层
网络层连接感知层和应用层以准确、快速、安全、有效地发送智能校园的各种感知数据和控制命令。所有信息都通过Wi-Fi和5G/4G信号连接到校园网，通常会占用另一个网络连接。
2.1.3 应用层
应用层由门禁系统、监控系统、图书馆管理系统、实验设备管理系统等应用系统组成。通过整合和分析全球信息服务平台的数据，可以实现资源的合理规划、按需服务、绿色能源经济等要求，提高高校教育管理的服务水平。

3.2 智慧校园安防
3.2.1 校园安防的意义
校园安全保障体系是以综合性人居环境保护体系为基础,结合综合性大学的特色,多建筑、密集、复杂人员、复杂的环境等。根据国务院教育部和公安部的一些有关法律规定,实时地监控各个校园主要领导机构,采取有效措施,实现校园安全管理体系,实现人防、技防、民防的有机结合。
3.2.2 校园安防的应用
校园安防的主要应用程序有入侵警报系统、车牌识别、访问者系统等。
入侵式报警传感器系统常被广泛应用于各种办公室和机房的红外入侵式探测器,多个红外探测器一般应用在围栏和多个信号传感器通道周围,办公室和机房经常使用的是磁门式传感器,由于入侵式报警信号链强光,会产生报警和报警噪音。它采用了一个可以自动关闭连接门的中继模块,用于通过报警控制主机选择电话、通知管理员、检查前面所有侦察探测器。校园入侵监视报警信号管理系统结构。

防盗式的报警设备是我们校园安全中最为实用、最基本的一个组成部分,它能够有效地使得教师及时联系外界,在发生事故时能够得到有效的帮助,从其所安装的范围上来看,防盗式的报警设备主要存放于学校的围墙、财务房、办公楼等处,实验室等各个关键位置。在一些交通事故频发的地方,如学校门、宿舍楼大门、停车场、学校的财务房等,可安装报警器,您可以迅速与学校保安室和报警中心取得联系。一旦学校有危险,当班的学校工作人员可以手动启动警报。
由于身份识别和电子车牌系统就有点像一只电子眼,它可以实现全天自动采集和记录每一辆车辆的图像和视频信息,但更先进的一点是,它能够通过系统判断出每一辆车辆的行驶方向和黑白名单后,车辆是否都可以直接进入校园,而且在系统信息中心的视频信息可以随时保存和更新,当你第一次进入校园时,可以很清楚地看到在校园里有多少辆汽车。贝停在哪些停车位上,这样不仅大大提高了学校管理者的工作质量和生活效率,而且还大大增加了对校园的保护和安全。
在智慧校园,智能的来访系统将会完全取代保安对学生检查的身份证,办理离校入学登记和时间表的录入,学校的来访者必须持证,并按电子签字证件的方式办理,可以实时地获取学校的来访者资料,发布学校的来访者名单,大大地加快了学校的来访者登记和离开的步伐,提高信息管理的质量和效率。

3.3 智慧校园考勤
学生考勤是日常教育学习中重要组成部分之一，学生定期的考勤是教师的主要职责。
基于 RFID 技术的考勤管理工作流程:利用了学生卡和智慧座椅的考勤管理功能,解决了学生上课出勤缓慢、学生代码签名严重等问题。学生把自己的学生卡存储到学生的终端上,终端会自动辨认学生卡的 id 。同时,它们就是坐在一张座椅上,通过一台座位传感器来检测到是否存在于其他地方。通过数据传输功能把两条数据信息分别传输到校园和班级,并在这两个软件中进行显示。为了使老师和学生实现快速准确的课堂出勤时间管理功能,将更多的时间分配给我们的老师和同伴,提高了学生的课堂出勤效率。该射频识别终端主要由13. 56mhz 射频识别读写器和电缆、输入和输出装置等设备、无线 WIFI数据传输等模块,之所以需要使用13. 56mhz 射频识别,是因为目前市面上的员工卡或者学生卡大多都采用这种类型的射频识别卡,易于推广系统,学生可以打开终端,将自己的学生卡直接放入终端后,终端自动识别卡识别号,并通过WiFi模块将数据发送到班级处理子系统。

3.4 智慧校园教学
在各个学校不同阶段的教育技术应用中,各个学校均具有自己相应的硬件配置,如多媒体课堂、多媒体投影机、物理可视化、音频、中央控制系统等,多媒体教室的建设需要先进的电子技术、声波处理技术、声音处理技术、计算机、网络技术等。在多媒体教室的建设中，根据学校的实际需要和教室的环境基础设施，根据经济效率的原则，合理配置设备，获得高性能的多媒体教室。
本系统是多媒体计算机技术与传统视听媒体相结合的产物,多媒体类具有以下主要功能:音频和其他媒体信息(2)可通过物理显示平台(3)在大屏幕上放大图片(3)配备音响系统、控制面板、智能窗帘、智能照明等相关设备(4)可连接多种类型的信息网络,比如校园网。

3.5 智慧图书馆
随着图书馆网络建设的深入和应用项目的日益广泛，图书馆网络的构建面临着越来越多的新问题。如何合理地授权图书馆外用户访问图书馆资源，如何在保证图书馆网络开放的前提下实现网络安全，一直是高校图书馆建设中的一个重要问题。高校图书馆的网络建设需求包括：
1.安全需求
2.管理需求
3.性能要求
4.考虑高智商
5.接入方式考虑
6.图书馆外参观需求
本文针对图书馆网络建设中存在的问题和需要，结合图书馆网络建设的丰富经验，提出了一个安全性高、性能好、易于管理的高校图书馆网络系统。

总 结
毫无疑问，智慧校园为师生带来了极大便利，同时也面临着许多挑战。首先是成本问题，建设智慧校园首先要有一个统一的基础设施平台，包括有线与无线双网覆盖的网络环境;其次是师生隐私安全问题，由于物联网可以跟踪用户的行动、习惯以及偏好等，信息资源及师生隐私如何得到保护成为创建智慧校园待解决的问题;最后，管理机制尚不完备，物联网如何维护、如何管理、如何使用都是很大的问题。目前，智慧校园还处于摸索阶段，前景不明朗，但从长远来看，由于物联网应用前景相当广阔，智慧校园一定会作为新兴战略性产业的代表，促进教育信息化的进一步发展，带来更多的创新应用和服务空间。最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。