1. 研究目的与意义

智慧教室是一种典型的智慧学习环境的物化，是多媒体和网络教室的高端形态，它是借助物联网技术、云计算技术和智能技术等构建起来的新型教室，该新型教室包括有形的物理空间和无形的数字空间，通过各类智能装备辅助教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，实现情境感知和环境管理功能的新型教室。智慧教室旨在为教学活动提供人性化、智能化的互动空间；由教学系统、人员考勤系统、灯光控制系统、空调控制系统等组成。

本课题旨在为智慧教室设计一个安全、人性化的控制管理系统，便于提高智慧教室内的学习效率以及时间使用效率，从而实现更为有效优秀的教学方式。通过指纹系统更为有效的进行教室启用、考勤等相关工作，再通过扩展电路设备实现对室内设施的智能化调节，于无形中为师生提供了更为流畅的教学体验。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

1、对指纹模块及其周边功能的控制系统的实现以及显示屏的反馈。作为其他功能的基础，该模块的稳定性、流畅性、便捷性均要在一定程度上得到体现。并且考虑到智慧教室控制系统的实用性，必须要保证控制面板逻辑清晰全面。

2、由于智慧教室控制系统是一个多角度多方面的集成系统，所以要攻克各级系统以及各个设备之间协调性、优先级的问题，所以从软件设计开始就要层次分明，并且到后期硬件集成时，如何将各个软件功能通过硬件体现出来也是一个相对有挑战性的任务。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着科技发展、社会进步，我国对技术、人才、创新等核心驱动力的需求日渐扩大。因此，教育成为了兴国强国的至关环节。而教室作为学生学习的主要场所，其环境条件的改变必然会引起学生和老师教学体验以及效率。根据研究表明，大脑进入有效学习状态需要一个“缓冲”时间，并且“缓冲”时间的长度会受到环境亮度、温度、分贝数等诸多信息影响。而一旦大脑进入有效学习状态，其脑细胞活性以及连接建立速度都会得到显著提高，也就是进入了经常说的“认真学习”状态，对于老师而言，也是有着对应的状态。如果师生均处于该状态，教学必然会起到事半功倍的效果。所以进行有效的智慧教室控制系统，本质上就是进行琐事便携化、环境监测，加快师生进入认真状态的速度。对于该统领域的国内外研究现状、研究方向及发展趋势，主要如下：

（1）国外的研究现状、研究方向及发展趋势：智慧教室控制系统其实就是室内控制系统的一个分类。西方发达国家对于室内控制的研究较早，发展较为成熟。加上经过近代生产技术的进步，硬件成本也逐渐变低，使得西方逐渐将室内控制的着力点放在整体性研究上。通常仅需zigee、树莓派、wi-fi或单片机来进行上锁、浇灌、灯光调节、温湿度控制、电力控制等具体功能集成的完整系统。

（2）国内的研究现状、研究方向及发展趋势：国内由于起步较晚等不可抗力因素，于该方面并未成熟，相对于西方而言，无论是技术还是设计上都仍需要继续学习。但是也正因为如此，我国对单个模块如：单片机、传感器的开发研究也愈来愈深，像扫地机器人、指纹门、人脸识别锁这种独立系统日趋完善。并且随着计算机、互联网、物联网等技术的发展，技术人员也逐渐开始将目光从单功能深入转移到多功能集成上。近几年，线上技术发展速度前所未有，数据集、服务器等领域重要性凸显，我国巨大的人口基数也为这些领域提供了坚实的基础，在龙头企业带头发展以及国家的鼓励下，区域规模的嵌入式室内控制系统被运用于车站、市场、住宅中。伴随着云计算、大数据和 人工智能的发展，基于物联网的室内控制的优势也逐渐凸显，相较于传统单一的传感器，现在的传感器，大多可以靠自身或通过核心处理单元链接互联网，向云端提供数据，实现云计算、远程通讯等功能。为提取有效数据，许多研究人员在数据技术方面入手，开发了神经网络、聚类算法等数据 技术；参考西方技术，国内也开始借助 zigbee、wifi、蓝牙和 uwb 技术，使室内控制的范围变得更广自动化程度更高，成本更低。

4. 研究方案

考虑到设计智慧教室控制系统要便于控制，提供实际效率，所以整个系统采取由总开关控制多个功能的模块结构。总开关由指纹识别电路模块负责，根据是否为管理者指纹来控制整个系统工作与否。之后再根据设计指标要求完成对智慧教室控制系统的软件设计，包括指纹识别模块设计，灯光调节模块设计，出勤人数统计模块设计。其中指纹识别模块除了上述提供总开关功能外，还与出勤人数统计模块相关联，通过指纹识别来进行人数统计的相关计算工作：统计出勤人数、缺席人数、缺席人员等。灯光调节模块则依据灯光亮度设计为至少三个档位，并且可以实现自由切换。

软件设计完成后，再根据设计指标要求完成对收发器件的选型及相关信号扩展电路设计，包括人体感应检测器件、光线测器件等的选择及扩展电路设计，使之能适应所先单片机信号电平要求，便于与后续电路接口。通过参考文献以及所学所收集的信息，在熟悉所用单片机io口以及所用各个硬件模块接口的条件下，根据设计指标要求完成对智慧教室控制系统的硬件电路设计，包括单片机与检测调理电路的接口设计，单片机与显示电路的接口，单片机与无线通信器件的接口，设计出合理有效的电路连接，确保单片机与各个模块之间连接稳定，电平符合要求。

最后再根据设计指标要求完成对智慧教室控制系统的硬件链接、软件搭建，全面建成智慧教室控制系统。在此基础上进行硬件制作调试和完善软件设计，要求实物符合课题描述，电路稳定有条理，模块工作正常符合任务要求，并且需要达成技术要求指标，实现技术规格要求：1、指纹识别成功率≥90%。2、系统开启设备数≥5。3、设备开启响应时间≤30s。4、调光模式档位≥3。在符合上述基本指标的条件下，全力实现显示屏视觉反馈快速准确，菜单条目便于理解控制，能够有效控制智慧教室控制系统的运行以及各个模块的工作情况；指纹识别模块响应迅速，成功录入或成功考勤后需要明显的指示标志信号，在结合显示屏模块情况下能够显著提高考勤效率；灯光调节模块除了满足响应迅速之外，还需要保证任何档位下光线亮度基本不变，即电流电压需要确保稳定。

5. 工作计划

第1周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译相关英文资料。

第2周 阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份。

第3周 确定传感器、无线传输电路，参阅有关资料，分析调理电路工作原理。