基於物聯網的智慧課堂雲終端的製作方法

2023-09-17 05:16:20

專利名稱：基於物聯網的智慧課堂雲終端的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多媒體教學設備，尤其涉及一種基於物聯網的智慧課堂雲終端。
背景技術：
多媒體教學是沿著兩條不同線索發展而來一條是以模型、圖表及基於視聽技術的投影、幻燈、錄音、錄像等視聽媒體及其組合(複合媒體)為特徵的視聽教學，它雖然強調以「視聽」取代「靜聽」，但從根本上說，這種視聽教學是認同傳統課堂教學的；另一條是在程序教學基礎上發展而來的計算機輔助教學，其初衷是實施個別化教學，但目前也只是粗放式、零散式的多媒體用於教學，最多加上一個校園區域網。 傳統多媒體控制系統，一般只集成視頻切換和簡單的手動電源控制。比如威科姆科技公司，上海五指峰企業提供的班班通一體機，雖然集成了先進的短焦投影儀，電子白板等，但是也只是僅僅是將多媒體切換的中控和PC機集成在一起，沒有將多媒體教學系統、網際網路技術、先進的計算機輔助教學系統和新近出現的物聯網技術進行深度結合，沒有實現真正意義的互動性、網絡化教學和智能化管理各種教學設備，提高教學質量和效率。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基於物聯網的智慧課堂雲終端，將多媒體教學設備，先進的計算機輔助教學設備和新近出現的物聯網技術進行深度結合，實現真正意義的互動性，網絡化教學，並智能化管理各種教學設備，提高教學質量和效率。本實用新型為解決上述技術問題而採用的技術方案是提供一種基於物聯網的智慧課堂雲終端，包括IO控制器輸入端和矩陣按鍵、電位器旋鈕相連，一個輸出端和音視頻切換開關相連，另一個輸出端通過音量調節器和音箱相連，控制課堂多媒體教學設備；CPU主板一個IO埠和手持電子教鞭、電子白板相連，另一 IO埠通過第二ZigBee模塊和ZigBee手持終端相連，進行課堂互動和無紙化考試；無線路由器核心板和校園網絡相連，一個輸出端通過第一 ZigBee模塊和ZigBee外設相連，另一個輸出端通過WiFi擴展板和WiFi外設相連提供外部無線設備的接入；所述IO控制器、無線路由器核心板和CPU主板的電源端和電源模塊相連，通信端通過排線相連。上述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其中，所述IO控制器採用Mega48單片機，所述無線路由器核心板採用RT3352晶片，所述CPU主板的主晶片採用Intel525，所述第一ZigBee模塊和第二 ZigBee模塊採用CC2530晶片。上述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其中，所述電源模塊為開關電源，輸入IlOV 220VAC，輸出3. 3VDC、5VDC和12VDC，其中，12VDC輸出端通過MC34063電源晶片輸出-5V，為模擬開關供電；3. 3VDC輸出端通過上拉電阻後和RT3352晶片的UART 口相連，5VDC輸出端通過限流電阻後和Mega48單片機的UART 口相連。上述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其中，所述電源模塊的12V DC輸出端通過穩壓管Dl和開關電晶體Ql相連，所述穩壓管Dl的兩端和光電耦合隔離開關Kl的輸入端相連，光電耦合隔離開關Kl的輸出端和高壓雙向TVS管D2、電阻Rl和電容Cl相連形成浪湧保護迴路，電阻Rl —端和二極體D3的正極相連，另一端和二極體D4的正極相連，二極體D3、D4的負極相連在一起。上述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其中，所述ZigBee外設包括燈開關控制器、窗簾馬達控制器、投影儀控制器、空調控制器和LED顯示屏控制器。上述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其中，所述WiFi外設包括平板電腦和手機終端。上述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其中，所述音箱包括主音箱和副音箱，所述主音箱內集成2. 4G無線音頻接收和DSP音頻混音處理晶片。本實用新型對比現有技術有如下的有益效果本實用新型提供的基於物聯網的智慧課堂雲終端，利用IO控制器控制課堂多媒體教學設備，無線路由器核心板通過第一ZigBee模塊和WiFi擴展板連接無線外設，CPU主板通過第二 ZigBee模塊控制ZigBee手持終端，從而將多媒體教學設備，先進的計算機輔助教學設備和新近出現的物聯網技術進行深度結合，實現真正意義的互動性，網絡化教學，並智能化管理各種教學設備，提高教學質量和效率。

圖I為本實用新型基於物聯網的智慧課堂雲終端電路結構示意圖；圖2為本實用新型電源模塊輸出電壓轉換電路示意圖；圖3為本實用新型繼電器驅動電路示意圖。圖中I IO控制器2無線路由器核心板3CPU主板11按鍵12音視頻切換開關 13電位器旋鈕14音量調節器15音箱21LED顯示屏22校園區域網23第一 ZigBee模塊 24ZigBee外設25 WiFi 外設26 WiFi 擴展板31 第二 ZigBee 模塊32 ZigBee手持終端 33手持電子教鞭 34電子白板
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。圖I為本實用新型基於物聯網的智慧課堂雲終端電路結構示意圖。請參見圖1，本實用新型提供的基於物聯網的智慧課堂雲終端包括IO控制器I :輸入端和矩陣按鍵11、電位器旋鈕13相連，一個輸出端和音視頻切換開關12相連，另一個輸出端通過音量調節器14和音箱15相連，控制課堂多媒體教學設備;CPU主板3 :輸入端和手持電子教鞭33、電子白板34相連，輸出端通過第二 ZigBee模塊31和ZigBee手持終端32相連，進行課堂互動和無紙化考試；無線路由器核心板2 :和校園網絡22相連，一個輸出端通過第一 ZigBee模塊23和ZigBee外設31相連，另一個輸出端通過WiFi擴展板26和WiFi外設25相連提供外部無線設備的接入；所述IO控制器I、無線路由器核心板2和CPU主板3的電源端和電源模塊相連，通信端通過排線相連。本實用新型提供的基於物聯網的智慧課堂雲終端，利用IO控制器I控制課堂多媒 體教學設備，無線路由器核心板2通過第一 ZigBee模塊23連接ZigBee外設24，通過WiFi擴展板26連接WiFi外設25，CPU主板3通過第二 ZigBee模塊31控制ZigBee手持終端32，具體優點如下1)集教學電腦與Zigbee無線設備系統控制於一體；內置全模式互動教學系統和智能考試系統；2)實現Zigbee、Wifi多種網絡覆蓋；3)支持校園廣播接入、支持LED屏控制和緊急預案和安防防盜報警器接入；4)支持傳感器接入，通過傳感器獲取環境信息，通過LED顯示環境信息。下面詳細介紹本實用新型提供的基於物聯網的智慧課堂雲終端各主要模塊的連接使用I)電源模塊電源模塊選用開關電源實現系統的供電，輸入11(^八(一25(^4(，輸出12V，5V，3. 3VDCο 12V 輸入經過 MC34063 電源晶片輸出-5V,為 74HC4052, CD40522 和 EL4342 模擬開關供電。3. 3VDC輸出端通過上拉電阻RlO後和RT3352晶片的UART 口相連，5VDC輸出端通過限流電阻R13和Mega48單片機的UART 口的RXD相連，5VDC輸出端通過限流電阻R17和Mega48單片機的UART 口的TXD相連，如圖2所示。使用限流電阻和上拉電阻，簡單又穩定，成功實現5V和3. 3V處理器之間UART的可靠通信，是最廉價的解決方案。本實用新型中的很多外設需要通過繼電器控制開關。普通繼電器，在接有感性、阻性負載(如各種常見的燈具，馬達等)時，開關瞬間容易形成浪湧，220VAC時會形成超過IKV的電壓脈衝，使繼電器拉弧積碳，很容易損壞。一般的RC保護，效果並不明顯，而且需要根據負載調節阻容值。12V DC輸出端通過穩壓管Dl和開關電晶體Ql相連，穩壓管Dl的兩端和光電I禹合隔離開關κι的輸入端相連,光電I禹合隔離開關κι的輸出端和高壓雙向tvs管D2、電阻Rl和電容Cl相連形成浪湧保護迴路，電阻Rl —端和二極體D3的正極相連，另一端和二極體D4的正極相連，二極體D3、D4的負極相連在一起(即二極體D3、D4反向相連後與電阻Rl並聯)，如圖3所示。R1，C1為普通的感性浪湧保護；二極體D3 (M7，即1N4007的貼片形式)和D4加快了電容Cl的充放電，使電路更快的消弭浪湧；D2為高壓雙向TVS管(P6KE400CA),更進一步消除浪湧。2)無線路由器核心板無線路由器核心板2選用RT3352模塊，其通信輸出端通過排針固定在底板以便進行擴展定製。如UARTl串口擴展連接第一 ZigBee模塊23 ;1個LAN 口連接WiFi擴展板26,提供Wifi和POE Wifi擴展，POE (Power Over Ethernet),也被稱為基於區域網的供電系統(POL, Power over LAN)或有源乙太網(Active Ethernet),利用現存標準乙太網傳輸電纜的同時傳送數據和電功率，並保持了與現存乙太網系統和用戶的兼容性。WiFi外設25包括平板電腦和手機終端。[0041]3) Zigbee 模塊此為Zigbee組網的協調器，採用CC2530晶片，供電3. 3V。第一 Zigbee模塊23負責與燈開關控制器、窗簾馬達控制器、投影儀控制器、空調控制器和LED顯示屏控制器等等進行組網通信。第二 ZigBee模 塊31和ZigBee手持終端32相連，進行課堂互動和無紙化考試。4) IO 控制器IO控制器I選用Mega48單片機系統，供電+5V。AD檢測電位器，去控制M62429進行音量調節；矩陣鍵盤，供用戶實現音頻、視頻切換，繼電器組的開關等控制；74HC595前級實現LED組的控制；後級74HC595實現繼電器組的控制；兩個獨立的IO 口控制音頻、視頻的同步切換。5)主音箱內集成了 2. 4G無線音頻接收、DSP音頻混音處理，110V/70V校園廣播降壓。2. 4G無線音頻接收，和無線MIC通信，實現無線擴音功能。DSP音頻混音處理，完成校園廣播、無線音頻、PC機的音頻輸入的混音。供電220VAC市電。6)電子白板，供電+5V，通過USB 口和PC機通訊。7)電子教鞭接收部分，通過USB和PC機通訊；手持部分通過天線通訊。供電分別為USB和電池。雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本實用新型，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善，因此本實用新型的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求1.一種基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，包括 IO控制器(I):輸入端和矩陣按鍵(11 )、電位器旋鈕(13 )相連，一個輸出端和音視頻切換開關(12)相連，另一個輸出端通過音量調節器(14)和音箱(15)相連，控制課堂多媒體教學設備； CPU主板(3):—個IO埠和手持電子教鞭(33)、電子白板(34)相連，另一 IO埠通過第二 ZigBee模塊(31)和ZigBee手持終端(32)相連，進行課堂互動和無紙化考試； 無線路由器核心板(2):和校園網絡(22)相連，一個輸出端通過第一 ZigBee模塊(23)和ZigBee外設(31)相連，另一個輸出端通過WiFi擴展板(26)和WiFi外設(25)相連提供外部無線設備的接入； 所述IO控制器(I)、無線路由器核心板(2)和CPU主板(3)的電源端和電源模塊相連， 通信端通過排線相連。
2.如權利要求I所述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，所述IO控制器Cl)採用Mega48單片機，所述無線路由器核心板(2)採用RT3352晶片，所述CPU主板(3)的主晶片採用Intel525，所述第一 ZigBee模塊(23)和第二 ZigBee模塊(31)採用CC2530晶片
3.如權利要求2所述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，所述電源模塊為開關電源，輸入IlOV 220VAC，輸出3. 3 VDC, 5 VDC和12VDC，其中，12VDC輸出端通過MC34063電源晶片輸出-5V，為模擬開關供電；3. 3VDC輸出端通過上拉電阻後和RT3352晶片的UART 口相連，5VDC輸出端通過限流電阻後和Mega48單片機的UART 口相連。
4.如權利要求3所述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，所述電源模塊的12V DC輸出端通過穩壓管Dl和開關電晶體Ql相連，所述穩壓管Dl的兩端和光電耦合隔離開關Kl的輸入端相連，光電耦合隔離開關Kl的輸出端和高壓雙向TVS管D2、電阻Rl和電容Cl相連形成浪湧保護迴路，電阻Rl —端和二極體D3的正極相連，另一端和二極體D4的正極相連，二極體D3、D4的負極相連在一起。
5.如權利要求I所述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，所述ZigBee外設(31)包括燈開關控制器、窗簾馬達控制器、投影儀控制器、空調控制器和LED顯示屏控制器。
6.如權利要求I所述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，所述WiFi外設(25)包括平板電腦和手機終端。
7.如權利要求I所述的基於物聯網的智慧課堂雲終端，其特徵在於，所述音箱(15)包括主音箱和副音箱，所述主音箱內集成2. 4G無線音頻接收和DSP音頻混音處理晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種基於物聯網的智慧課堂雲終端，包括控制課堂多媒體教學設備的IO控制器；進行課堂互動和無紙化考試的CPU主板和提供外部無線設備的接入的無線路由器核心板；所述IO控制器、無線路由器核心板和CPU主板的通信埠通過排線相連。本實用新型提供的基於物聯網的智慧課堂雲終端，利用IO控制器控制課堂多媒體教學設備，無線路由器核心板通過第一ZigBee模塊和WiFi擴展板連接無線外設，CPU主板通過第二ZigBee模塊控制ZigBee手持終端，從而將多媒體教學設備，計算機輔助教學設備和物聯網技術進行深度結合，實現真正意義的互動性，網絡化教學，並智能化管理各種教學設備，提高教學質量和效率。
文檔編號H04L29/08GK202650289SQ20122034177
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者徐少權 申請人:上海易教信息科技有限公司