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一、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)眾所周知的科學(xué)技術(shù),迄今計(jì)算機(jī)處理的很大一部分都是基于數(shù)字信號(hào),自從電腦出現(xiàn)以來(lái),傳感器就被迫按照規(guī)定要求將電腦中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成其他數(shù)字信號(hào),進(jìn)行電腦中的計(jì)算機(jī)處理。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)上的大規(guī)模數(shù)據(jù)信息來(lái)自終端裝置,終端裝置的數(shù)據(jù)源由傳感器引起。傳感器為一切事物提供"感官"功能。例如,人類為了能夠感知周圍環(huán)境,依靠各種視覺(jué)、聽(tīng)力、嗅覺(jué)、觸感知,還需要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和識(shí)別周圍環(huán)境。傳感器被廣泛定義為一種物理、化學(xué)、生物和其他信息變化所產(chǎn)生的電參數(shù)(包括電壓、電流、頻率、相位、電阻、電容、電感等)的變化。

傳感器通常由敏感元件、變頻控制元件、轉(zhuǎn)換控制元件及基本電路等部分構(gòu)成,敏感元件直接識(shí)別測(cè)試項(xiàng)目,并將被測(cè)變化轉(zhuǎn)化為敏感材料特性的變化。

1.2 RFID技術(shù)

射頻識(shí)別（RFID）是一種無(wú)線通信技術(shù)。它使得我們可以在各種硬環(huán)境下,無(wú)需任何人工干涉,通過(guò)激光和射頻信號(hào)就能夠自動(dòng)地識(shí)別出所要求的目標(biāo)地物體和對(duì)象并實(shí)時(shí)地獲取與其相關(guān)的數(shù)據(jù),廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、門禁管理、高速公路繳費(fèi)、停車管理、身份鑒定等領(lǐng)域,物流和其他民用領(lǐng)域的可追溯性。

RFID系統(tǒng)具有智能讀寫和加密通信功能。當(dāng)識(shí)別的對(duì)象進(jìn)入讀取器識(shí)別領(lǐng)域時(shí),讀取器發(fā)送RF脈沖。然后,標(biāo)簽接收 rf 和 rf 脈沖,充電信號(hào)和數(shù)據(jù)解調(diào)單元從標(biāo)簽部分發(fā)送接收 rf 和 rf 脈沖的充電解調(diào)信號(hào)和數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給控制邏輯中的其中一個(gè),接受用戶發(fā)送信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)或者用戶發(fā)送其它操作的命令。

1.3 ZigBee技術(shù)

ZigBee是基于IEEE 802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的新興無(wú)線技術(shù)。與藍(lán)技術(shù)相比,因?yàn)樗氖褂梅奖?、價(jià)格更廉宜,所以 zigbee 在汽車、智能家居、社區(qū)監(jiān)控等方面被廣泛的使用。

zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器系統(tǒng)可以將這些網(wǎng)絡(luò)安全信息直接存儲(chǔ)管理起來(lái)或直接充當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信任管理中心，并用于管理存儲(chǔ)安全網(wǎng)絡(luò)密鑰。zigbee無(wú)線路由器直接實(shí)現(xiàn)了多個(gè)設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。它不一定適用于其他移動(dòng)設(shè)備上無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)(路由協(xié)調(diào)器或其他路由控制裝置)通信,并且節(jié)點(diǎn)可以長(zhǎng)時(shí)間睡眠以確保電池壽命。

1.4嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的智能終端產(chǎn)品，從人們的日常生活到飛機(jī)系統(tǒng)應(yīng)有盡有。嵌入式系統(tǒng)大大改變了現(xiàn)代人的日常生活，促進(jìn)了中國(guó)的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和其他防衛(wèi)、軍需產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如果人體和物聯(lián)網(wǎng)相比較，傳感器就等于人的臉部特征，而且網(wǎng)絡(luò)本身就是用來(lái)擴(kuò)展信息的神經(jīng)系統(tǒng)。那個(gè)嵌入系統(tǒng)必須是人腦。在接收到這些信息之后，有必要對(duì)它們進(jìn)行分類和處理。

二、物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用

2.1 智慧校園的概念

智慧校園是一種泛指以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主要基礎(chǔ)的新型智慧校園。生活的聚集環(huán)境。這種綜合性的集成環(huán)境以不同類型的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)作為媒介,集教育、科研、教育為一體,充分融合管理和學(xué)校生活。智慧校園具體來(lái)說(shuō)就是在食堂、教室、圖書館、供水系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室等對(duì)象中整合和裝備傳感器。這些對(duì)象通常被認(rèn)為是涉及"物聯(lián)網(wǎng)"的發(fā)展和形成,然后將"物聯(lián)網(wǎng)"與目前我國(guó)境內(nèi)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了融合,實(shí)現(xiàn)教育資源、生活系統(tǒng)與學(xué)校的融合。智慧校園描繪了無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí),透明高效的校園管理和舒適、體貼多樣的校園生活。

2.2 智慧校園的核心特征

智能校園的三大主要特點(diǎn)是：一是提供全面的信息服務(wù)平臺(tái)的教師和學(xué)生的每一個(gè)回合的智慧感知，二是將基于計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種信息服務(wù)整合到不同學(xué)校的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)相互關(guān)系和協(xié)調(diào)。三是通過(guò)智能認(rèn)識(shí)和全面的信息服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建學(xué)校和社會(huì)之間的相互通信。

2.3 智慧校園的功能

2.3.1高效利用資源

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建立有助于有效利用學(xué)校資源，以便更有效系統(tǒng)地組織和分析有關(guān)操作系統(tǒng)資源的信息。通過(guò)傳感器和標(biāo)簽的識(shí)別，可以在短時(shí)間內(nèi)快速準(zhǔn)確地傳遞信息，減少不必要的資源浪費(fèi)，科學(xué)利用資源，促進(jìn)不同學(xué)校之間的教育資源共享，并充分利用各類優(yōu)質(zhì)教育資源，實(shí)現(xiàn)資源配置的最終目標(biāo)。

2.3.2促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐開(kāi)展

該物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將我們的虛擬現(xiàn)實(shí)世界與虛擬真實(shí)世界緊密地結(jié)合在一起,將我們的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備連接到校園中,為老師和學(xué)生提供真實(shí)自然的課程和教育條件,為我們的學(xué)生提供良好的課堂和學(xué)習(xí)環(huán)境,促進(jìn)師生之間的交流。結(jié)合教學(xué)理論知識(shí)與具體教學(xué)實(shí)際綜合應(yīng)用的課堂教學(xué)方法,推動(dòng)了我國(guó)課堂教學(xué)走向理論與國(guó)際實(shí)踐相有機(jī)結(jié)合的教學(xué)發(fā)展,讓課堂師生之間的理論學(xué)習(xí)與實(shí)際生活互動(dòng)變得更為輕松、便捷。

三、智慧校園的總體方案設(shè)計(jì)

3.1 智慧校園的建設(shè)

3.1.1 感知層

感知層是連接教師、學(xué)生、教育資源和全球信息服務(wù)平臺(tái)的橋梁，為教師和學(xué)生提供智能感知和控制能力，通過(guò)RFID標(biāo)簽向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備、圖書，GPS終端、攝像頭和其他傳感器等設(shè)備。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層連接感知層和應(yīng)用層以準(zhǔn)確、快速、安全、有效地發(fā)送智能校園的各種感知數(shù)據(jù)和控制命令。所有信息都通過(guò)Wi-Fi和5G/4G信號(hào)連接到校園網(wǎng)，通常會(huì)占用另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。

2.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層由門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)組成。通過(guò)整合和分析全球信息服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)資源的合理規(guī)劃、按需服務(wù)、綠色能源經(jīng)濟(jì)等要求，提高高校教育管理的服務(wù)水平。

3.2 智慧校園安防

3.2.1 校園安防的意義

校園安全保障體系是以綜合性人居環(huán)境保護(hù)體系為基礎(chǔ),結(jié)合綜合性大學(xué)的特色,多建筑、密集、復(fù)雜人員、復(fù)雜的環(huán)境等。根據(jù)國(guó)務(wù)院教育部和公安部的一些有關(guān)法律規(guī)定,實(shí)時(shí)地監(jiān)控各個(gè)校園主要領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu),采取有效措施,實(shí)現(xiàn)校園安全管理體系,實(shí)現(xiàn)人防、技防、民防的有機(jī)結(jié)合。

3.2.2 校園安防的應(yīng)用

校園安防的主要應(yīng)用程序有入侵警報(bào)系統(tǒng)、車牌識(shí)別、訪問(wèn)者系統(tǒng)等。

入侵式報(bào)警傳感器系統(tǒng)常被廣泛應(yīng)用于各種辦公室和機(jī)房的紅外入侵式探測(cè)器,多個(gè)紅外探測(cè)器一般應(yīng)用在圍欄和多個(gè)信號(hào)傳感器通道周圍,辦公室和機(jī)房經(jīng)常使用的是磁門式傳感器,由于入侵式報(bào)警信號(hào)鏈強(qiáng)光,會(huì)產(chǎn)生報(bào)警和報(bào)警噪音。它采用了一個(gè)可以自動(dòng)關(guān)閉連接門的中繼模塊,用于通過(guò)報(bào)警控制主機(jī)選擇電話、通知管理員、檢查前面所有偵察探測(cè)器。校園入侵監(jiān)視報(bào)警信號(hào)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

防盜式的報(bào)警設(shè)備是我們校園安全中最為實(shí)用、最基本的一個(gè)組成部分,它能夠有效地使得教師及時(shí)聯(lián)系外界,在發(fā)生事故時(shí)能夠得到有效的幫助,從其所安裝的范圍上來(lái)看,防盜式的報(bào)警設(shè)備主要存放于學(xué)校的圍墻、財(cái)務(wù)房、辦公樓等處,實(shí)驗(yàn)室等各個(gè)關(guān)鍵位置。在一些交通事故頻發(fā)的地方,如學(xué)校門、宿舍樓大門、停車場(chǎng)、學(xué)校的財(cái)務(wù)房等,可安裝報(bào)警器,您可以迅速與學(xué)校保安室和報(bào)警中心取得聯(lián)系。一旦學(xué)校有危險(xiǎn),當(dāng)班的學(xué)校工作人員可以手動(dòng)啟動(dòng)警報(bào)。

由于身份識(shí)別和電子車牌系統(tǒng)就有點(diǎn)像一只電子眼,它可以實(shí)現(xiàn)全天自動(dòng)采集和記錄每一輛車輛的圖像和視頻信息,但更先進(jìn)的一點(diǎn)是,它能夠通過(guò)系統(tǒng)判斷出每一輛車輛的行駛方向和黑白名單后,車輛是否都可以直接進(jìn)入校園,而且在系統(tǒng)信息中心的視頻信息可以隨時(shí)保存和更新,當(dāng)你第一次進(jìn)入校園時(shí),可以很清楚地看到在校園里有多少輛汽車。貝停在哪些停車位上,這樣不僅大大提高了學(xué)校管理者的工作質(zhì)量和生活效率,而且還大大增加了對(duì)校園的保護(hù)和安全。

在智慧校園,智能的來(lái)訪系統(tǒng)將會(huì)完全取代保安對(duì)學(xué)生檢查的身份證,辦理離校入學(xué)登記和時(shí)間表的錄入,學(xué)校的來(lái)訪者必須持證,并按電子簽字證件的方式辦理,可以實(shí)時(shí)地獲取學(xué)校的來(lái)訪者資料,發(fā)布學(xué)校的來(lái)訪者名單,大大地加快了學(xué)校的來(lái)訪者登記和離開(kāi)的步伐,提高信息管理的質(zhì)量和效率。

3.3 智慧校園考勤

學(xué)生考勤是日常教育學(xué)習(xí)中重要組成部分之一，學(xué)生定期的考勤是教師的主要職責(zé)。

基于 RFID 技術(shù)的考勤管理工作流程:利用了學(xué)生卡和智慧座椅的考勤管理功能,解決了學(xué)生上課出勤緩慢、學(xué)生代碼簽名嚴(yán)重等問(wèn)題。學(xué)生把自己的學(xué)生卡存儲(chǔ)到學(xué)生的終端上,終端會(huì)自動(dòng)辨認(rèn)學(xué)生卡的 id 。同時(shí),它們就是坐在一張座椅上,通過(guò)一臺(tái)座位傳感器來(lái)檢測(cè)到是否存在于其他地方。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸功能把兩條數(shù)據(jù)信息分別傳輸?shù)叫@和班級(jí),并在這兩個(gè)軟件中進(jìn)行顯示。為了使老師和學(xué)生實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的課堂出勤時(shí)間管理功能,將更多的時(shí)間分配給我們的老師和同伴,提高了學(xué)生的課堂出勤效率。該射頻識(shí)別終端主要由13. 56mhz 射頻識(shí)別讀寫器和電纜、輸入和輸出裝置等設(shè)備、無(wú)線 WIFI數(shù)據(jù)傳輸?shù)饶K,之所以需要使用13. 56mhz 射頻識(shí)別,是因?yàn)槟壳笆忻嫔系膯T工卡或者學(xué)生卡大多都采用這種類型的射頻識(shí)別卡,易于推廣系統(tǒng),學(xué)生可以打開(kāi)終端,將自己的學(xué)生卡直接放入終端后,終端自動(dòng)識(shí)別卡識(shí)別號(hào),并通過(guò)WiFi模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到班級(jí)處理子系統(tǒng)。

3.4 智慧校園教學(xué)

在各個(gè)學(xué)校不同階段的教育技術(shù)應(yīng)用中,各個(gè)學(xué)校均具有自己相應(yīng)的硬件配置,如多媒體課堂、多媒體投影機(jī)、物理可視化、音頻、中央控制系統(tǒng)等,多媒體教室的建設(shè)需要先進(jìn)的電子技術(shù)、聲波處理技術(shù)、聲音處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。在多媒體教室的建設(shè)中，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際需要和教室的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)經(jīng)濟(jì)效率的原則，合理配置設(shè)備，獲得高性能的多媒體教室。

本系統(tǒng)是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)視聽(tīng)媒體相結(jié)合的產(chǎn)物,多媒體類具有以下主要功能:音頻和其他媒體信息(2)可通過(guò)物理顯示平臺(tái)(3)在大屏幕上放大圖片(3)配備音響系統(tǒng)、控制面板、智能窗簾、智能照明等相關(guān)設(shè)備(4)可連接多種類型的信息網(wǎng)絡(luò),比如校園網(wǎng)。

3.5 智慧圖書館

隨著圖書館網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入和應(yīng)用項(xiàng)目的日益廣泛，圖書館網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建面臨著越來(lái)越多的新問(wèn)題。如何合理地授權(quán)圖書館外用戶訪問(wèn)圖書館資源，如何在保證圖書館網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的前提下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全，一直是高校圖書館建設(shè)中的一個(gè)重要問(wèn)題。高校圖書館的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求包括：

1.安全需求

2.管理需求

3.性能要求

4.考慮高智商

5.接入方式考慮

6.圖書館外參觀需求

本文針對(duì)圖書館網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中存在的問(wèn)題和需要，結(jié)合圖書館網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的豐富經(jīng)驗(yàn)，提出了一個(gè)安全性高、性能好、易于管理的高校圖書館網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

總 結(jié)

毫無(wú)疑問(wèn)，智慧校園為師生帶來(lái)了極大便利，同時(shí)也面臨著許多挑戰(zhàn)。首先是成本問(wèn)題，建設(shè)智慧校園首先要有一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，包括有線與無(wú)線雙網(wǎng)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;其次是師生隱私安全問(wèn)題，由于物聯(lián)網(wǎng)可以跟蹤用戶的行動(dòng)、習(xí)慣以及偏好等，信息資源及師生隱私如何得到保護(hù)成為創(chuàng)建智慧校園待解決的問(wèn)題;最后，管理機(jī)制尚不完備，物聯(lián)網(wǎng)如何維護(hù)、如何管理、如何使用都是很大的問(wèn)題。目前，智慧校園還處于摸索階段，前景不明朗，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，智慧校園一定會(huì)作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的代表，促進(jìn)教育信息化的進(jìn)一步發(fā)展，帶來(lái)更多的創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)空間。最終將提升教育信息化水平，有利于教育質(zhì)量的提高。