基于PHP技術(shù)的智慧教室監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

馮英偉 呂 國

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 引 言

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建智慧型教室，可以提高現(xiàn)代化教學(xué)的質(zhì)量.用戶通過智慧教室監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)時(shí)的對(duì)教室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和管理，這樣有助于學(xué)校教學(xué)的有序開展，智慧教室的建設(shè)已經(jīng)成為推動(dòng)現(xiàn)代化教育的重要手段.

1 PHP技術(shù)

PHP技術(shù)作為免費(fèi)使用的開源訪問代碼，是為WEB開發(fā)設(shè)計(jì)的一種腳本語言，成本低功能強(qiáng).在監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)中采用PHP語言對(duì)WEB應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)，可以提高智慧教室監(jiān)控平臺(tái)的安全性，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)的模塊化管理.Apache作為服務(wù)器設(shè)計(jì)中采用的開源服務(wù)器軟件，具有跨平臺(tái)性和安全性，可以實(shí)現(xiàn)在任何的系統(tǒng)上安裝運(yùn)行，本文對(duì)服務(wù)器設(shè)計(jì)主要采用Apache服務(wù)器軟件.MySQL作為常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的安全有效保存，提高了數(shù)據(jù)在服務(wù)器中存儲(chǔ)的效率，并進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行速度.PHP、Apache和MySQL共同構(gòu)建了本系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)的開發(fā)環(huán)境.

2 監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

智慧教室監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)滿足用戶對(duì)教室進(jìn)行監(jiān)控和管理的基本需求，對(duì)教室環(huán)境中的溫度、濕度、甲醛濃度和PM2.5濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器原理對(duì)監(jiān)測(cè)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，在主控制器中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和處理，然后通過無線通信單元把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，這樣用戶可以通過監(jiān)控平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制功能，對(duì)教室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)并執(zhí)行相應(yīng)的功能，滿足用戶對(duì)教室管理和控制的基本需要.例如：如果教室發(fā)生空氣質(zhì)量超標(biāo)情況，那么安裝在教室的報(bào)警器就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，無線通信單元就會(huì)把報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)送給管理人員，這樣可以在第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行處理，保護(hù)教師學(xué)生的身體健康；用戶通過智慧教室監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)空調(diào)的開關(guān)操作，并可以對(duì)空調(diào)的溫度進(jìn)行調(diào)整；通過監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)窗簾開關(guān)以及對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過監(jiān)控平臺(tái)對(duì)排氣扇進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣中二氧化碳以及PM2.5濃度的調(diào)節(jié)，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量.

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用B/S結(jié)構(gòu)，方便用戶對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù).本系統(tǒng)采用PHP+Apache+MySQL模式對(duì)監(jiān)控平臺(tái)開發(fā)環(huán)境進(jìn)行搭建，監(jiān)控平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示：

圖1 監(jiān)控平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)圖

用戶可以通過監(jiān)控平臺(tái)的網(wǎng)頁對(duì)教室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理.用戶通過監(jiān)控平臺(tái)網(wǎng)頁界面，登錄監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)教室的環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理，環(huán)境信息包括溫度、濕度、甲醛含量以及PM2.5含量等信息.用戶可以通過監(jiān)控平臺(tái)對(duì)教室的視頻監(jiān)控信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，并通過監(jiān)控平臺(tái)的功能對(duì)教室的空調(diào)、燈光以及窗簾等設(shè)備的開關(guān)進(jìn)行控制和管理.用戶也可以通過智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備對(duì)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行登錄和使用，這樣就不受空間的限制，為用戶對(duì)監(jiān)控平臺(tái)的使用提供了便利.監(jiān)控平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

用戶登錄模塊設(shè)計(jì)：在WEB瀏覽器中登錄平臺(tái)界面，進(jìn)入登錄界面輸入賬號(hào)和密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕提交賬號(hào)和密碼數(shù)據(jù)，如果輸入信息和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，就可以進(jìn)入到平臺(tái)控制界面.如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤彈出錯(cuò)誤信息對(duì)話框，重新登錄或者注冊(cè)新用戶.用戶登錄網(wǎng)頁和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)：首先在服務(wù)器上建立control.h文件，control.h文件構(gòu)建的作用是從數(shù)據(jù)庫中獲取control表單數(shù)據(jù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)用戶登錄網(wǎng)頁和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互.

視頻監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)采用IP Camera網(wǎng)絡(luò)攝像頭，在對(duì)攝像頭進(jìn)行使用的時(shí)候，只要對(duì)監(jiān)控?cái)z像頭的IP和端口進(jìn)行配置就可以，然后通過平臺(tái)界面的遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)教室環(huán)境的監(jiān)控.用戶登錄監(jiān)控平臺(tái)的網(wǎng)頁就可以查看監(jiān)控情況，并可以24小時(shí)的全方位對(duì)教室環(huán)境進(jìn)行在線監(jiān)控.另外，監(jiān)控?cái)z像頭可以對(duì)教室監(jiān)控的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)，這樣用戶可以根據(jù)自己的需要查看某一時(shí)間段的教室監(jiān)控信息.

教室環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)主要是設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)傳感器、濕度監(jiān)測(cè)傳感器、甲醛監(jiān)測(cè)傳感器、二氧化碳監(jiān)測(cè)傳感器以及PM2.5監(jiān)測(cè)傳感器，通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳感器對(duì)教室環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，并把傳感器收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過無線通信單元傳輸?shù)街骺刂破髦械姆?wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和處理.教室環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)置多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，由傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境參數(shù)信息進(jìn)行采集，然后由ZigBee無線通信傳輸?shù)街骺刂茊卧校骺刂茊卧趯?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后把指令返回到傳感器節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行.

空調(diào)控制模塊采用紅外遙控單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過紅外通信技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸.空調(diào)紅外遙控單元對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)采集和處理是通過STM9單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，并附加一個(gè)內(nèi)存為512KB的AT24C256C存儲(chǔ)芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)間存儲(chǔ)，防止斷電后單片機(jī)中的數(shù)據(jù)丟失，附加存儲(chǔ)芯片可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行短暫存儲(chǔ)，完整的掌握教室空調(diào)的數(shù)據(jù)信息，更有利于用戶對(duì)空調(diào)功能的控制和管理.

在燈光控制模塊中，光照傳感器設(shè)計(jì)采用傳感器BH1800FVI對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，并在傳感器內(nèi)安裝32位的AD轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確輸出.光照傳感器可以安裝在教室黑板位置，這樣可以監(jiān)控教室整體的光照情況.通過燈光控制模塊對(duì)教室區(qū)域內(nèi)光照的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，然后由監(jiān)控平臺(tái)的主控制器對(duì)燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后把命令返回到燈光控制模塊并執(zhí)行.

2.3 硬件設(shè)備和監(jiān)控平臺(tái)通信設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)和平臺(tái)之間的無線通信是通過SIM900A模塊連接的.SIM900A模塊采用AT命令接口，并對(duì)GSM短信以及GPRS上網(wǎng)功能提供支持，可以在GPRS網(wǎng)絡(luò)的支持下實(shí)現(xiàn)無線通信.硬件設(shè)備與平臺(tái)進(jìn)行無線通信是通過三個(gè)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的，無線通信單元采用POST模式，把傳感器上檢測(cè)和收集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到A接口，然后SIM900A模塊向B接口發(fā)送請(qǐng)求命令，并接收B接口返回的執(zhí)行命令，再對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行控制操作.在無線通信過程中，B接口要頻繁的接收到請(qǐng)求命令，設(shè)定頻率為1s一次.在無線通信過程中，當(dāng)命令執(zhí)行完畢后將執(zhí)行結(jié)果會(huì)返回給C接口，然后監(jiān)控平臺(tái)對(duì)硬件系統(tǒng)的命令執(zhí)行情況進(jìn)行判斷，看命令執(zhí)行是否成功.監(jiān)控平臺(tái)會(huì)對(duì)命令執(zhí)行的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，如果命令執(zhí)行有效，那么把數(shù)據(jù)進(jìn)行分解之后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中.硬件設(shè)備與平臺(tái)進(jìn)行無線通信是通過三個(gè)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的，過程圖如圖3所示：

圖3 硬件設(shè)備與平臺(tái)進(jìn)行無線通信數(shù)據(jù)交換圖

監(jiān)控平臺(tái)接收到SIM900A模塊設(shè)備發(fā)送的GPRS的請(qǐng)求后，會(huì)讀取數(shù)據(jù)庫中的控制信息，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到無線通信單元，并交給平臺(tái)的主控制單元對(duì)其進(jìn)行執(zhí)行.在監(jiān)控平臺(tái)的主控制單元中采用ZigBee無線通信，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信.系統(tǒng)內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信傳輸?shù)街骺刂茊卧?，由主控制單元?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后傳輸?shù)椒?wù)器.ZigBee無線通信模塊采用CC2650芯片，可以有效的解決IEE 802.15.4協(xié)議的問題，功耗低并且功能強(qiáng)大，在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用.

3 總 結(jié)

本文是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，采用PHP技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建了智慧教室監(jiān)控平臺(tái).通過智慧教室監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)的對(duì)教室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和管理，為數(shù)字化教學(xué)的發(fā)展提供了重要的保障.