物联网实验室

一、校园物联建设背景

实验室教学环节是学生接受系统教育最重要的一环，做好教学互动环节，是掌握好教学环节的质量，建立“体验教学”应用场景，提高教学水平的关键之一。传统的教学方式已经不适应现代化教学的需要，基于物联网技术集智慧课堂、环境调节、用电安全、智慧视频监控对接等及远程控制于一体的新型现代化智慧实验室系统在逐步的推广运用。智慧实验室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新的机遇。

智慧实验室设备满足物联网的三个层次(应用层、传输层、感知层)，运用传感器等技术，使信息传感设备实时感知需要的信息，按照约定的协议，通过可能的网络(如基于LoRa的无线局域网、红外、RS485等)接入方式，把物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品的智慧化识别、跟踪、监控和管理。

二、设计原则

模块化原则：各种技术之间没有任何联系，相互独立，可任意组合。在智慧校园中采用的技术往往需要根据各种教学活动的需要，产生多种组合方式，在这些组合方式中就需要把各种技术放在不同的位置上，或者把几种技术有机地融合在一起。因此，这就需要所采用的技术应该是模块化的，以便于使用者随机拆分、组合，构建不同的教学环境，满足不同的教学需要。

稳定性原则：智慧校园的构建离不开各种技术的实现，技术的稳定性和设备的稳定性在教学活动进行过程中就显得至关重要，如果教学活动因为出现技术问题而中断显然是我们不愿意看到的。智慧校园中的教学活动应该是在技术的支持下，把教师预先设定好的教学活动圆满地、流畅地实现。

兼容性原则：兼容性原则是指各种软硬件环境应该具有统一的标准和规格，凡是满足标准和规格的设备和软件都能容纳进来，无论基于什么平台。兼容性包涵两个方面的内容，即硬件的兼容性和软件的兼容性。

透明性原则：透明性原则指各项技术包含的技术细节对普通用户来说都是不可见的，用户不需要了解过多的技术细节就能很好的使用这项技术。智慧校园的用户相对来说都不是专业的技术人员，因此智慧校园所采用的技术应该具有很好的透明性，不能让智慧校园的学生和教师过多纠缠于技术细节，应该让他们使用这些技术能信手拈来，把主要的精力和时间用于教和学。

便利性原则：便利性原则主要是指各种软硬件在使用时，操作步骤尽可能少，用户使用方便，以避免把时间过多的花费在设备、软件的操作中，提高管理效率。

三、整体架构

• 物理设备层

物理设备层即受控电器设备层，由常见环境设备（如插座、灯光、空调、实验仪器设备等）组成。

• 接入传感层

接入传感层由各种智能控制、传感、仪表设备构成。包括三类设备，一类是感知设备，如智能门锁、温湿度传感器等；第二类是控制器，包括控制实验仪器的用电通断、控制灯光的智能开关、控制空调的空调控制模组、大屏幕控制的红外网关、窗帘控制的数据采集器、风扇控制器的开关执行器等；第三类是测量类，如带能耗采集的智能插座、智能空气开关等。智能感知/控制层主要完成信息的采集以及控制命令的执行。

• 网络传输层

网络层主要由智能物联网网关LoRa网关／数据采集器组成，物联网关主要负责联网信号和TCP/IP网络的对接、控制指令的下发和设备状况report的上传、物联网设备基本信息及其物联终端设备管理、情景策略设置等核心功能。网关将传感器采集的信息进行汇聚，并且根据地址分发控制命令给相应的传感设备。

• 平台应用层

平台应用层主要由私有云物联平台提供对设备统一管理、智能联动策略、远程信息推送和告警等相关智慧实验室场景中的应用；同时平台可开放接口对接第三方平台，支持移动终端和WEB端访问控制，综合管控网关、传感终端等物联网设备，打造智能物联实验室、智慧用电等场景应用解决方案。

四、系统功能

• 设备管理可视化

可视化的物联网管理界面，方便管理员通过手机、平板或者电脑远程控制各个教学/电器设备、传感器、智能网关设备的统一管理，既可以单一个性化控制，也可以批量式一键控制，还可以通过定时、智能情景等方式实现智慧型自动控制。通过这种高效、科学的设备的控制管理方式，可以弥补管理上的漏洞，避免人工误操作、降低管理用户作强度、提高管理效率、降低人工成本，另外通过对电器的按需开启、按需关闭，可以有效节约能源并且延长设备使用寿命。

• 单实验室情景化管理

单实验室情景化管理主要体现了平台对设备管控的简单化和情景化，可通过二维仿真模拟图仿真实验室中物联网设备应用，对实验设备、窗帘、投影仪、灯光等单一设备的可视化管控，可以通过鼠标直接点击相关设备的形势实现开关策略，同时也可以针对实验室内上课、下课、上学、放学、多媒体等情景应用场景，设置不同的情景模式，实现一键情景可视化策略管控，一键即所见。

• 设备使用情况监管和统计

系统可对各类教学设备和电器设备的使用情况进行实时监管，可以按子机构、按房间统计各类设备的数量，可通过饼状图展示设备的分布比例，可以按年、按月统计设备的使用情况，例如使用时长、使用次数、使用率、闲置率、热点使用时长等。通过这些维度的统计和分析，可以帮助管理者实现精细化管理和科学决策。

• 运行状态及使用情况监控

系统可以实时监控电器设备的运行状态，可以多维度地统计设备的使用情况。通过对设备运行的实时监控以及对使用情况的统计分析，方便管理者实时、全面了解设备运行状况和使用情况，保证实验室教学电器设备能够高效运行，支持决策过程的智能化和科学化，为科学管理和决策提供有效的数据支撑和保障。

• 设备能耗实时监控及统计

系统可以实时采集设备的能耗数据，既可以采集单一设备，例如空调的能耗，也可以采集整个实验室的所有能耗，系统还可以能按年、按月、按设备类型、按机构、按房间等多维度进行能耗的统计和分析，这些数据既可作为优秀班级的评比依据，还可作为进一步节能管理的分析依据。

• 异常告警

信锐物联网平台针对学校的各个子系统（环境监测、用电安全、机房动力监测、照明系统等）的用电安全子系统，将在智慧校园大屏展示上实时告警记录显示该应用下已经触发的告警记录，当有新的告警或者巡检发生时，首先会在大屏中央弹出告警和巡检弹窗，显示告警时间、告警内容和巡检时间、巡检结果。同时，将对学校物联网设备告警信息进行日历式展示。