基于嵌入式技术构建智慧校园

【摘要】在国家教育行业信息化的政策背景下，数字校园的建设水平体现了高校教育信息化的程度，也是衡量学校办学能力和教学科研水平的重要标准之一。而嵌入式系统技术和移动互联技术的飞速发展，应用的领域涉及各产业领域；另一方面，传统校园管理存在诸多问题，使得智慧校园建设成为教育信息化的必然趋势和重要目标。

【关键词】智慧校园 嵌入式 移动互联 传感器

一、智慧校园建设内涵

智慧校园是校园信息化和安全建设的高级阶段，是以数字化的方式来体现我们的工作、学习、交流与管理的校园生活，是一种全新的生活学习和管理模式。就智慧校园的内涵特征而言，物联网、教育技术学等不同领域给出了不同侧重点的定义。结合学校的实际应用以及专家的观点，智慧校园具有如下特征：

1宽带网络互联广泛高速。智慧校园在建设过程中更加注重移动互联网和物联网，为校园中的人与人、物与物、人与物之间实现全面的互联，为各种随时、随地、随需的应用提供宽带、高速、泛在的基础网络环境。

2智能环境感知实时全面。各种智能感应技术，通过嵌入各类相应的传感器设备，可以较为准确地感知包括光线、方位、影像、温度、湿度、位置、红外、压力、辐射、触摸、重力等监测信息。

3业务应用智能全面融合。智慧校园实行开放、协同、整合的信息化框架，充分发挥整体效能。运用智能融合技术实现对海量数据信息的存储、计算和分析，特别是通过人的“智慧”参与，进一步提高决策支持能力。

4海量数据智能挖掘分析。依据数据挖掘和建模技术，智慧校园可以在海量数据的基础上构建模型，建立预测方法，对信息进行趋势分析、展望和预测；同时智慧校园可综合各方面的数据、信息、规则等内容，通过智能推理，做出快速反映、主动应对。

5智能服务友好、个性便利。智慧校园强调个性化的服务理念，针对不同类别的用户提供个性化的功能应用组合，向用户呈现友好的服务界面，提供便捷化、个性化的服务。

二、关键技术说明

2、1嵌入式技术

嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。

嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛，彼此之间的特点也相当明显。例如很多行业：手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视等等。

在实际开发中，通过RFID、二维码、视频监控等感知技术对校园各种物理设备的实时动态监控与控制，例如，将RFID技术整合到校园一卡通、图书、仪器设备、电梯、灯具等物品上，可以实现楼宇出口人员管理、教师与会议的智能考勤、图书自助借还与自动盘点、贵重设备防盗及定位、实验室开放控制，以及照明、空调与通风系统等节能控制，逐步形成系统化体系与应用。

2、2数据挖掘技术

数据挖掘（data mining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。

2、3移动互联技术

宽带无线网络教学资源传输不受带宽资源的限制，一定能够学习成为可能。3G、4G技术和各种无线接入的普及，学习者通过网络进行学习，将不再受任何地域限制。为广大师生提供无处不在、稳定、安全、易于管理的无线网络观景，是构建智慧校园的基本条件。

2、4学习分析技术

学习分析技术源自早期的课堂教学效果分析，对学习者以及学习情境的数据进行测量、收集、分析和报告，一边更好地理解和优化学生学习时发生的情境。而应用于智慧校园构建的技术中，它将智能学习分析已有模式，提供更加智能化的服务。

三、基于嵌入式技术的典型应用举例

1、智能楼宇管理。目前国内各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯。作为大学生的我们发现目前学校对教室用电管理不完善，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，这样就造成不必要的电能浪费和经济损失。同时，考虑到学生和老师想要对教室人数情况进行了解来判断上自习地或监督学生考勤情况，可利用嵌入式技术进行设计开发。可利用STC15F2K61S2单片机等作为控制装置的智能部件，来实现智能楼宇的各主要功能。通过红外对管检测人体的存在，将信息传送到单片机上实现计数功能；采用开发板上光敏电阻与单片机自带AD电路检测环境光的强度；根据合理开灯的条件，系统通过对人体和环境的信号的识别和智能判断利用PWM模块及PCF8563时钟模块实现对光强度的调节，避免了教室用电的大量浪费；通过红外报警模块实现定时防盗功能；采用DS18B20实现对屋内温度监控，如有意外情况可通过GPRS模块或者WIFI模块向楼宇管理人员发送警示信息；通过CC1100模块与人实现无线通信模块。

2、智慧路灯的实现。基于B/S的路灯控制系统总体分为3层。服务器层、主节点层、终端层。在终端层，往每盏路灯中嵌入一个物联网通信模块作为核心控制单元，硬件设计和传感网路灯控制协议具有完全自主知识产权，并且控制器模块小，可靠性强、成本低，易于安装，性能高效、低耗、稳定，在旧路灯改造上具有很大优势。中间层采用32位或64位ColdFire系列或者Cortex等新兴系列芯片作为控制单元，根据校园的实际情况采用合适的无线传输通信技术。最上面的一层为Web网站，由校园后勤管理人员登陆管理，使得校园管理者可以对路灯进行智能化控制，实现路检、节能、维修表单生成、统计等自动化。

3、智能教室管理。将传感器技术应用于教师的投影仪设备中，在投影仪或者电风扇出现问题时可以自动发给楼道管理员，及时进行反馈处理；设备还可以自行根据自身的运行情况、湿度、温度等信息来判断是否需要维修或者更换等，将设备信息以表单形式及时发送给管理员。这样大大减少了人工的排查检修工作量。