一种基于物联网的智慧课堂云终端

1.一种基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，包括：
IO控制器（1）：输入端和矩阵按键（11）、电位器旋钮（13）相连，一个输出端和音视频切换开关（12）相连，另一个输出端通过音量调节器（14）和音箱（15）相连，控制课堂多媒体教学设备；
CPU主板（3）：一个IO端口和手持电子教鞭（33）、电子白板（34）相连，另一IO端口通过第二ZigBee模块（31）和ZigBee手持终端（32）相连，进行课堂互动和无纸化考试；
无线路由器核心板（2）：和校园网络（22）相连，一个输出端通过第一ZigBee模块（23）和ZigBee外设（24）相连，另一个输出端通过WiFi扩展板（26）和WiFi外设（25）相连提供外部无线设备的接入；
所述IO控制器（1）、无线路由器核心板（2）和CPU主板（3）的电源端和电源模块相连，通信端通过排线相连。
2.如权利要求1所述的基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，所述IO控制器（1）采用Mega48单片机，所述无线路由器核心板（2）采用RT3352芯片，所述CPU主板（3）的主芯片采用Intel 525，所述第一ZigBee模块（23）和第二ZigBee模块（31）采用CC2530芯片。
3.如权利要求2所述的基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，所述电源模块为开关电源，输入110V～220VAC，输出3.3VDC、5VDC和12VDC，其中，12VDC输出端通过MC34063电源芯片输出-5V ,为模拟开关供电；3.3VDC输出端通过上拉电阻后和RT3352芯片的UART口相连，5VDC输出端通过限流电阻后和Mega48单片机的UART口相连。
4.如权利要求3所述的基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，所述电源模块的
12V DC输出端通过稳压管D1和开关晶体管Q1相连，所述稳压管D1的两端和光电耦合隔离开关K1的输入端相连，光电耦合隔离开关K1的输出端和高压双向TVS管D2、电阻R1和电容C1相连形成浪涌保护回路，电阻R1一端和二极管D3的正极相连，另一端和二极管D4的正极相连，二极管D3、D4的负极相连在一起。
5.如权利要求1所述的基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，所述ZigBee外设（24）包括灯开关控制器、窗帘马达控制器、投影仪控制器、空调控制器和LED显示屏控制器。
6.如权利要求1所述的基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，所述WiFi外设（25）包括平板电脑和手机终端。
7.如权利要求1所述的基于物联网的智慧课堂云终端，其特征在于，所述音箱（15）包括主音箱和副音箱，所述主音箱内集成2.4G无线音频接收和DSP音频混音处理芯片。

一种基于物联网的智慧课堂云终端\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种多媒体教学设备，尤其涉及一种基于物联网的智慧课堂云终端。\n背景技术\n[0002] 多媒体教学是沿着两条不同线索发展而来：一条是以模型、图表及基于视听技术的投影、幻灯、录音、录像等视听媒体及其组合（复合媒体）为特征的视听教学，它虽然强调以“视听”取代“静听”，但从根本上说，这种视听教学是认同传统课堂教学的；另一条是在程序教学基础上发展而来的计算机辅助教学，其初衷是实施个别化教学，但目前也只是粗放式、零散式的多媒体用于教学，最多加上一个校园局域网。\n[0003] 传统多媒体控制系统，一般只集成视频切换和简单的手动电源控制。比如威科姆科技公司，上海五指峰企业提供的班班通一体机，虽然集成了先进的短焦投影仪，电子白板等，但是也只是仅仅是将多媒体切换的中控和PC机集成在一起，没有将多媒体教学系统、互联网技术、先进的计算机辅助教学系统和新近出现的物联网技术进行深度结合，没有实现真正意义的互动性、网络化教学和智能化管理各种教学设备，提高教学质量和效率。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于物联网的智慧课堂云终端，将多媒体教学设备，先进的计算机辅助教学设备和新近出现的物联网技术进行深度结合，实现真正意义的互动性，网络化教学，并智能化管理各种教学设备，提高教学质量和效率。\n[0005] 本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于物联网的智慧课堂云终端，包括：\n[0006] IO控制器：输入端和矩阵按键、电位器旋钮相连，一个输出端和音视频切换开关相连，另一个输出端通过音量调节器和音箱相连，控制课堂多媒体教学设备；\n[0007] CPU主板：一个IO端口和手持电子教鞭、电子白板相连，另一IO端口通过第二ZigBee模块和ZigBee手持终端相连，进行课堂互动和无纸化考试；\n[0008] 无线路由器核心板：和校园网络相连，一个输出端通过第一ZigBee模块和ZigBee外设相连，另一个输出端通过WiFi扩展板和WiFi外设相连提供外部无线设备的接入；\n[0009] 所述IO控制器、无线路由器核心板和CPU主板的电源端和电源模块相连，通信端通过排线相连。\n[0010] 上述的基于物联网的智慧课堂云终端，其中，所述IO控制器采用Mega48单片机，所述无线路由器核心板采用RT3352芯片，所述CPU主板的主芯片采用Intel525，所述第一ZigBee模块和第二ZigBee模块采用CC2530芯片。\n[0011] 上述的基于物联网的智慧课堂云终端，其中，所述电源模块为开关电源，输入\n110V～220VAC，输出3.3VDC、5VDC和12VDC，其中，12VDC输出端通过MC34063电源芯片输出-5V,为模拟开关供电；3.3VDC输出端通过上拉电阻后和RT3352芯片的UART口相连，\n5VDC输出端通过限流电阻后和Mega48单片机的UART口相连。\n[0012] 上述的基于物联网的智慧课堂云终端，其中，所述电源模块的12V DC输出端通过稳压管D1和开关晶体管Q1相连，所述稳压管D1的两端和光电耦合隔离开关K1的输入端相连，光电耦合隔离开关K1的输出端和高压双向TVS管D2、电阻R1和电容C1相连形成浪涌保护回路，电阻R1一端和二极管D3的正极相连，另一端和二极管D4的正极相连，二极管D3、D4的负极相连在一起。\n[0013] 上述的基于物联网的智慧课堂云终端，其中，所述ZigBee外设包括灯开关控制器、窗帘马达控制器、投影仪控制器、空调控制器和LED显示屏控制器。\n[0014] 上述的基于物联网的智慧课堂云终端，其中，所述WiFi外设包括平板电脑和手机终端。\n[0015] 上述的基于物联网的智慧课堂云终端，其中，所述音箱包括主音箱和副音箱，所述主音箱内集成2.4G无线音频接收和DSP音频混音处理芯片。\n[0016] 本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于物联网的智慧课堂云终端，利用IO控制器控制课堂多媒体教学设备，无线路由器核心板通过第一ZigBee模块和WiFi扩展板连接无线外设，CPU主板通过第二ZigBee模块控制ZigBee手持终端，从而将多媒体教学设备，先进的计算机辅助教学设备和新近出现的物联网技术进行深度结合，实现真正意义的互动性，网络化教学，并智能化管理各种教学设备，提高教学质量和效率。\n附图说明\n[0017] 图1为本发明基于物联网的智慧课堂云终端电路结构示意图；\n[0018] 图2为本发明电源模块输出电压转换电路示意图；\n[0019] 图3为本发明继电器驱动电路示意图。\n[0020] 图中：\n[0021] 1 IO控制器 2 无线路由器核心板 3 CPU主板[0022] 11 按键 12 音视频切换开关 13 电位器旋钮[0023] 14 音量调节器 15 音箱 21 LED显示屏[0024] 22 校园局域网 23 第一ZigBee模块 24 ZigBee外设[0025] 25 WiFi外设 26 WiFi扩展板 31 第二ZigBee模块[0026] 32 ZigBee手持终端 33 手持电子教鞭 34 电子白板具体实施方式\n[0027] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。\n[0028] 图1为本发明基于物联网的智慧课堂云终端电路结构示意图。\n[0029] 请参见图1，本发明提供的基于物联网的智慧课堂云终端包括：\n[0030] IO控制器1：输入端和矩阵按键11、电位器旋钮13相连，一个输出端和音视频切换开关12相连，另一个输出端通过音量调节器14和音箱15相连，控制课堂多媒体教学设备；\n[0031] CPU主板3：输入端和手持电子教鞭33、电子白板34相连，输出端通过第二ZigBee模块31和ZigBee手持终端32相连，进行课堂互动和无纸化考试；\n[0032] 无线路由器核心板2：和校园网络22相连，一个输出端通过第一ZigBee模块23和ZigBee外设24相连，另一个输出端通过WiFi扩展板26和WiFi外设25相连提供外部无线设备的接入；\n[0033] 所述IO控制器1、无线路由器核心板2和CPU主板3的电源端和电源模块相连，通信端通过排线相连。\n[0034] 本发明提供的基于物联网的智慧课堂云终端，利用IO控制器1控制课堂多媒体教学设备，无线路由器核心板2通过第一ZigBee模块23连接ZigBee外设24，通过WiFi扩展板26连接WiFi外设25，CPU主板3通过第二ZigBee模块31控制ZigBee手持终端32，具体优点如下：1）集教学电脑与Zigbee无线设备系统控制于一体；内置全模式互动教学系统和智能考试系统；2）实现Zigbee、Wifi多种网络覆盖；3）支持校园广播接入、支持LED屏控制和紧急预案和安防防盗报警器接入；4）支持传感器接入，通过传感器获取环境信息，通过LED显示环境信息。\n[0035] 下面详细介绍本发明提供的基于物联网的智慧课堂云终端各主要模块的连接使用：\n[0036] 1）电源模块\n[0037] 电源模块选用开关电源实现系统的供电，输入110VAC—250VAC，输出12V，5V，\n3.3VDC。12V输入经过MC34063电源芯片输出-5V,为74HC4052，CD40522和EL4342模拟开关供电。3.3VDC输出端通过上拉电阻R10后和RT3352芯片的UART口相连，5VDC输出端通过限流电阻R13和Mega48单片机的UART口的RXD相连，5VDC输出端通过限流电阻R17和Mega48单片机的UART口的TXD相连，如图2所示。使用限流电阻和上拉电阻，简单又稳定，成功实现5V和3.3V处理器之间UART的可靠通信，是最廉价的解决方案。\n[0038] 本发明中的很多外设需要通过继电器控制开关。普通继电器，在接有感性、阻性负载（如各种常见的灯具，马达等）时，开关瞬间容易形成浪涌，220VAC时会形成超过1KV的电压脉冲，使继电器拉弧积碳，很容易损坏。一般的RC保护，效果并不明显，而且需要根据负载调节阻容值。12V DC输出端通过稳压管D1和开关晶体管Q1相连，稳压管D1的两端和光电耦合隔离开关K1的输入端相连，光电耦合隔离开关K1的输出端和高压双向TVS管D2、电阻R1和电容C1相连形成浪涌保护回路，电阻R1一端和二极管D3的正极相连，另一端和二极管D4的正极相连，二极管D3、D4的负极相连在一起（即二极管D3、D4反向相连后与电阻R1并联），如图3所示。R1，C1为普通的感性浪涌保护；二极管D3（M7，即1N4007的贴片形式）和D4加快了电容C1的充放电，使电路更快的消弭浪涌；D2为高压双向TVS管（P6KE400CA），更进一步消除浪涌。\n[0039] 2）无线路由器核心板\n[0040] 无线路由器核心板2选用RT3352模块，其通信输出端通过排针固定在底板以便进行扩展定制。如UART1串口扩展连接第一ZigBee模块23；1个LAN口连接WiFi扩展板\n26，提供Wifi和POE Wifi扩展，POE(Power Over Ethernet)，也被称为基于局域网的供电系统(POL,Power over LAN)或有源以太网(Active Ethernet)，利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。WiFi外设25包括平板电脑和手机终端。\n[0041] 3）Zigbee模块\n[0042] 此为Zigbee组网的协调器，采用CC2530芯片，供电3.3V。第一Zigbee模块23负责与灯开关控制器、窗帘马达控制器、投影仪控制器、空调控制器和LED显示屏控制器等等进行组网通信。第二ZigBee模块31和ZigBee手持终端32相连，进行课堂互动和无纸化考试。\n[0043] 4）IO控制器\n[0044] IO控制器1选用Mega48单片机系统，供电+5V。AD检测电位器，去控制M62429进行音量调节；矩阵键盘，供用户实现音频、视频切换，继电器组的开关等控制；74HC595前级实现LED组的控制；后级74HC595实现继电器组的控制；两个独立的IO口控制音频、视频的同步切换。\n[0045] 5）主音箱内集成了2.4G无线音频接收、DSP音频混音处理，110V/70V校园广播降压。2.4G无线音频接收，和无线MIC通信，实现无线扩音功能。DSP音频混音处理，完成校园广播、无线音频、PC机的音频输入的混音。供电220VAC市电。\n[0046] 6）电子白板，供电+5V，通过USB口和PC机通讯。\n[0047] 7）电子教鞭接收部分，通过USB和PC机通讯；手持部分通过天线通讯。供电分别为USB和电池。\n[0048] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。