本实用新型涉及智能教室的控制设备领域，具体涉及一种智能教室管理系统。
背景技术：
高校晚上自习教室座位资源紧张、分配不合理、灯光不能合理控制等现象普遍突出，增加了教室的电能消耗以及管理成本，给管理员和学生带来不少的麻烦，无法实现教室的智能化管理；现有的智能教室的管理系统繁杂，功能单一，实用性及适用性较差。
技术实现要素：
本实用新型旨在提供一种智能教室管理系统，该管理系统克服现有技术缺陷，具有灯光分配合理的特点，还能实现坐姿提醒及物品遗失提醒的功能。
本实用新型的技术方案如下：
一种智能教室管理系统，包括总控制器、子控制器、区域照明灯开关、超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ、声光报警器、摄像头、弱光照明灯；
所述的子控制器、超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ、声光报警器的组合设有多个，分别安装于各个座位的课桌上，各个子控制器、区域照明灯开关、摄像头、弱光照明灯均通过无线网络与总控制器连接，超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ、声光报警器均与子控制器连接；各个课桌的中部设有竖直向上的支撑板，所述的超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ分别设于支撑板的上部和下部，超声波测距传感器ⅰ的发射口指向座椅上方的空间，超声波测距传感器ⅱ的发射口指向水平方向；声光报警器设于各个课桌的桌面；所述的区域照明灯开关设有多个，各个区域照明灯开关分别与教室范围内预设的各个子区域相对应；所述的摄像头设于教室内的墙上，拍摄范围覆盖教室内的全部座位以及教室入口，所述的弱光照明灯设于教室内顶部，延教室宽度方向设有三排，分别位于教室最靠外的一侧、教室中部、教室最靠里的一侧；
所述的摄像头用于采集教室内的图像信号，并将图像信号发送至总控制器；所述的总控制器用于接收图像信号并进行识别：当识别到有人进入教室后，发送至开灯信号至弱光照明灯，控制弱光照明灯开启；当识别到有人到达任一座位时，发送开灯信号至该座位所对应的子区域对应的区域照明灯开关，由该区域照明灯开关开启对应子区域的照明灯；
所述的超声波测距传感器ⅰ用于检测人体头部与支撑板之间的距离，并将头部距离信号发送至子控制器；所述的超声波测距传感器ⅱ用于检测人体腹部与支撑板之间的距离，并将腹部距离信号发送至子控制器；所述的子控制器还用于对头部距离信号、腹部距离信号进行判断，若头部距离、腹部距离的比值低于预设值时，则发送报警信号至声光报警器；声光报警器用于在接收到报警信号后进行声光报警。
优选地，还包括接触开关、光栅传感器、光栅传感器开关，所述的接触开关、光栅传感器与子控制器连接，所述的接触开关设于座椅上，用于检测当前座椅的人体信号，当使用者坐在座板上，接触开关被触发；人体离开座椅，接触开关在断开时发送一次信号至子控制器，子控制器控制光栅传感器启动；所述的光栅传感器设于各个课桌抽屉的内壁上，用于在子控制器的控制下检测抽屉内的物品信号，并将检测到的物品信号发送至子控制器，当子控制器接收到物品信号，则发送报警信号至声光报警器；所述的光栅传感器开关与光栅传感器连接，用于开启或关闭光栅传感器。
优选地，所述的光栅传感器设有两组，分别设于抽屉后侧的内壁及旁侧的内壁上。
优选地，所述的座椅包括背板、座板、支撑架，所述的背板设于支撑架后侧，所述的座板设于支撑架前侧，所述的座板能够绕其与支撑架的连接处转动，接触开关设于背板底部；一般状态下，座板呈竖向倾斜状态，座板与背板及接触开关不接触，当使用者坐在座板上，座板呈水平方向，座板与接触开关接触，触发接触开关。
优选地，还包括显示器，所述的显示器与总控制器连接，所述的总控制器用于将当前识别出的被使用的座位数量发送至显示器，由显示器对当前教室内人数进行显示。
优选地，还包括路由装置、远程终端，所述的路由装置与主控制器连接，所述的路由装置通过无线网络与远程终端连接；所述的总控制器用于将当前识别出的被使用的座位数量通过路由装置发送至远程终端。
优选地，教室范围内子区域设有四个，各子区域的面积相同，在教室范围内呈两行两列排布。
本实用新型的工作过程如下：
摄像头实时传输教室内的图像信号至总控制器，当有学生进入教室时，总控制器从图像信号中识别到人体，则控制弱光照明灯开启，进行教室内通道的弱光照明；当学生入座时，总控制器识别到该座位有人入座，则发送开灯信号至该座位对应子区域的区域照明灯开关，实现该区域的照明；在学生学习过程中，超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ分别检测学生头部及腹部的距离，并将对应的距离信号发送至子控制器，子控制器对接收到的距离信号与预设距离信号对比，若接收到的头部距离与腹部距离的比值低于预设值，预设值范围为0.8-1.1，则发送报警信号至声光报警器，由声光报警器完成提醒；学习过程中，座椅背板上的接触开关检测人体信号，当学生离开时，人体信号消失，子控制器发送检测信号至光栅传感器，光栅传感器检测抽屉内的物品信号，并将其发送至子控制器，子控制器收到物品信号后发送报警信号至声光报警器，由声光报警器完成提醒；学生可以通过光栅传感器开关来开启或者关闭光栅传感器；学习过程中，显示器对当前教室的学生数量进行显示，同时还可以通过远程终端对当前教室的学生数量进行显示。
本实用新型通过摄像头针对教室内各个座位的入座情况进行检测，通过对教室区域的划分，实现入座区域与照明区域的对应，在保证教学照明的同时，降低了电能的损耗；并且通过弱光照明灯实现教室内过道的基础照明，以避免出现区域照明灯开关均关闭时教室内光线过暗的情况，同时能够让管理者知晓当前教室的入座情况，便于管理者进行统一关灯、关门等管理工作；通过超声波测距传感器对学生的学习姿态进行监控，并对不正确的坐姿进行提醒，实现学生学习姿势的监控管理；结合光栅传感器对抽屉内物品进行监控，当学生离开时遗忘抽屉中的物品，同样通过声光报警器进行提醒，降低学生遗忘物品的情况的发生率，实现教室的全面智能化管理，降低教室管理的人力消耗，并且可以通过光栅传感器开关自主选择是否开启光栅传感器，使用灵活性更高；通过移动终端对各个教室的运行情况进行监控，能够及时发现各教室的运行故障，并及时安排处理，提高了教室管理的响应速度。
附图说明
图1为本实用新型提供的智能教室管理系统的结构框图；
图2为本实用新型提供的智能教室管理系统的子控制器电路连接示意图；
图3为本实用新型提供的智能教室管理系统的主控制器电路连接示意图；
图4为本实用新型提供的智能教室管理系统的课桌结构示意图；
图5为本实用新型提供的智能教室管理系统的座椅结构示意图；
图6为本实用新型提供的智能教室管理系统的子区域划分示意图；
图中各部分名称及序号如下：
1为课桌，2为支撑板，3为接触开关，4为超声波测距传感器ⅰ，5为超声波测距传感器ⅱ，6为光栅传感器，7为声光报警器，8为座椅，9为背板，10为座板，11为支撑架，12为子区域。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本实用新型。
实施例1
如图1-5所示，本实施例提供的一种智能教室管理系统，包括总控制器、子控制器、区域照明灯开关、超声波测距传感器ⅰ4、超声波测距传感器ⅱ5、声光报警器7、摄像头、弱光照明灯；
所述的子控制器、超声波测距传感器ⅰ4、超声波测距传感器ⅱ5、声光报警器7的组合设有多个，分别安装于各个座位的课桌1上，各个子控制器、区域照明灯开关、摄像头、弱光照明灯均通过无线网络与总控制器连接，超声波测距传感器ⅰ4、超声波测距传感器ⅱ5、声光报警器7均与子控制器连接；各个课桌1的中部设有竖直向上的支撑板2，所述的超声波测距传感器ⅰ4、超声波测距传感器ⅱ5分别设于支撑板2的上部和下部，超声波测距传感器ⅰ4的发射口指向座椅上方的空间，超声波测距传感器ⅱ5的发射口指向水平方向；声光报警器7设于各个课桌1的桌面；所述的区域照明灯开关设有多个，各个区域照明灯开关分别与教室范围内预设的各个子区域12相对应；所述的摄像头设于教室内的墙上，拍摄范围覆盖教室内的全部座位以及教室入口，所述的弱光照明灯设于教室内顶部，延教室宽度方向设有三排，分别位于教室最靠外的一侧、教室中部、教室最靠里的一侧；
所述的摄像头用于采集教室内的图像信号，并将图像信号发送至总控制器；所述的总控制器用于接收图像信号并进行识别：当识别到有人进入教室后，发送至开灯信号至弱光照明灯，控制弱光照明灯开启；当识别到有人到达任一座位时，发送开灯信号至该座位所对应的子区域12对应的区域照明灯开关，由该区域照明灯开关开启对应子区域12的照明灯；
所述的超声波测距传感器ⅰ4用于检测人体头部与支撑板2之间的距离，并将头部距离信号发送至子控制器；所述的超声波测距传感器ⅱ5用于检测人体腹部与支撑板2之间的距离，并将腹部距离信号发送至子控制器；所述的子控制器还用于对头部距离信号、腹部距离信号进行判断，若头部距离、腹部距离的比值低于预设值时，则发送报警信号至声光报警器7；声光报警器7用于在接收到报警信号后进行声光报警；
还包括接触开关3、光栅传感器6、光栅传感器开关，所述的接触开关3、光栅传感器6与子控制器连接，所述的接触开关3设于座椅8上，用于检测当前座椅8的人体信号，当使用者坐在座板10上，接触开关3被触发；人体离开座椅，接触开关3在断开时发送一次信号至子控制器，子控制器控制光栅传感器6启动；所述的光栅传感器6设于各个课桌1抽屉的内壁上，用于在子控制器的控制下检测抽屉内的物品信号，并将检测到的物品信号发送至子控制器，当子控制器接收到物品信号，则发送报警信号至声光报警器7；所述的光栅传感器开关与光栅传感器6连接，用于开启或关闭光栅传感器；
所述的光栅传感器6设有两组，分别设于抽屉后侧的内壁及旁侧的内壁上；
所述的座椅8包括背板9、座板10、支撑架11，所述的背板9设于支撑架11后侧，所述的座板10设于支撑架11前侧，所述的座板10能够绕其与支撑架11的连接处转动，接触开关3设于背板9底部；一般状态下，座板10呈竖向倾斜状态，座板10与背板9及接触开关3不接触，当使用者坐在座板10上，座板10呈水平方向，座板10与接触开关3接触，触发接触开关3；
还包括显示器，所述的显示器与总控制器连接，所述的总控制器用于将当前识别出的被使用的座位数量发送至显示器，由显示器对当前教室内人数进行显示；
还包括路由装置、远程终端，所述的路由装置与主控制器连接，所述的路由装置通过无线网络与远程终端连接；所述的总控制器用于将当前识别出的被使用的座位数量通过路由装置发送至远程终端；
教室范围内子区域12设有四个，各子区域12的面积相同，在教室范围内呈两行两列排布。
本实施例中的子控制器的型号为stm32f103c8t6，总控制器的型号为树莓派4b，超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ的型号为hc-sr04，光栅传感器的型号为bsc0420l1n，显示器的型号为tjc8048k070_011rn，路由装置的型号为tl-wdr6500千兆版，远程终端为手机app机智云。
本实施例的工作过程如下：
摄像头实时传输教室内的图像信号至总控制器，当有学生进入教室时，总控制器从图像信号中识别到人体，则控制弱光照明灯开启，进行教室内通道的弱光照明；当学生入座时，总控制器识别到该座位有人入座，则发送开灯信号至该座位对应子区域的区域照明灯开关，实现该区域的照明；在学生学习过程中，超声波测距传感器ⅰ、超声波测距传感器ⅱ分别检测学生头部及腹部的距离，并将对应的距离信号发送至子控制器，子控制器对接收到的距离信号与预设距离信号对比，若接收到的头部距离与腹部距离的比值低于预设值，预设值范围为0.8-1.1，则发送报警信号至声光报警器，由声光报警器完成提醒；学习过程中，座椅背板上的接触开关检测人体信号，当学生离开时，人体信号消失，子控制器发送检测信号至光栅传感器，光栅传感器检测抽屉内的物品信号，并将其发送至子控制器，子控制器收到物品信号后发送报警信号至声光报警器，由声光报警器完成提醒；学生可以通过光栅传感器开关来开启或者关闭光栅传感器；学习过程中，显示器对当前教室的学生数量进行显示，同时还可以通过远程终端对当前教室的学生数量进行显示。
本实施例中的总控制器对图像信号进行识别的方法采用参考文献1“基于视频监控的座位管理系统研究，单国锋，科技情报开发与经济，2014年第14期第24卷，p130-132”中的方法，该方法通过图像识别系统接受到来自监控系统的图像后，对图像进行分割，之后利用图像识别技术对座位所在区域的图像进行分析，以判断当前座位的使用情况。
1.一种智能教室管理系统，其特征在于包括总控制器、子控制器、区域照明灯开关、超声波测距传感器ⅰ（4）、超声波测距传感器ⅱ（5）、声光报警器（7）、摄像头、弱光照明灯；
所述的子控制器、超声波测距传感器ⅰ（4）、超声波测距传感器ⅱ（5）、声光报警器（7）的组合设有多个，分别安装于各个座位的课桌（1）上，各个子控制器、区域照明灯开关、摄像头、弱光照明灯均通过无线网络与总控制器连接，超声波测距传感器ⅰ（4）、超声波测距传感器ⅱ（5）、声光报警器（7）均与子控制器连接；各个课桌（1）的中部设有竖直向上的支撑板（2），所述的超声波测距传感器ⅰ（4）、超声波测距传感器ⅱ（5）分别设于支撑板（2）的上部和下部，超声波测距传感器ⅰ（4）的发射口指向座椅上方的空间，超声波测距传感器ⅱ（5）的发射口指向水平方向；声光报警器（7）设于各个课桌（1）的桌面；所述的区域照明灯开关设有多个，各个区域照明灯开关分别与教室范围内预设的各个子区域（12）相对应；所述的摄像头设于教室内的墙上，拍摄范围覆盖教室内的全部座位以及教室入口，所述的弱光照明灯设于教室内顶部，延教室宽度方向设有三排，分别位于教室最靠外的一侧、教室中部、教室最靠里的一侧；
所述的摄像头用于采集教室内的图像信号，并将图像信号发送至总控制器；所述的总控制器用于接收图像信号并进行识别：当识别到有人进入教室后，发送至开灯信号至弱光照明灯，控制弱光照明灯开启；当识别到有人到达任一座位时，发送开灯信号至该座位所对应的子区域（12）对应的区域照明灯开关，由该区域照明灯开关开启对应子区域（12）的照明灯；
所述的超声波测距传感器ⅰ（4）用于检测人体头部与支撑板（2）之间的距离，并将头部距离信号发送至子控制器；所述的超声波测距传感器ⅱ（5）用于检测人体腹部与支撑板（2）之间的距离，并将腹部距离信号发送至子控制器；所述的子控制器还用于对头部距离信号、腹部距离信号进行判断，若头部距离、腹部距离的比值低于预设值时，则发送报警信号至声光报警器（7）；声光报警器（7）用于在接收到报警信号后进行声光报警。
2.如权利要求1所述的智能教室管理系统，其特征在于：
还包括接触开关（3）、光栅传感器（6）、光栅传感器开关，所述的接触开关（3）、光栅传感器（6）与子控制器连接，所述的接触开关（3）设于座椅（8）上，用于检测当前座椅（8）的人体信号，当使用者坐在座板（10）上，接触开关（3）被触发；人体离开座椅，接触开关（3）在断开时发送一次信号至子控制器，子控制器控制光栅传感器（6）启动；所述的光栅传感器（6）设于各个课桌（1）抽屉的内壁上，用于在子控制器的控制下检测抽屉内的物品信号，并将检测到的物品信号发送至子控制器，当子控制器接收到物品信号，则发送报警信号至声光报警器（7）；所述的光栅传感器开关与光栅传感器（6）连接，用于开启或关闭光栅传感器。
3.如权利要求2所述的智能教室管理系统，其特征在于：
所述的光栅传感器（6）设有两组，分别设于抽屉后侧的内壁及旁侧的内壁上。
4.如权利要求2所述的智能教室管理系统，其特征在于：
所述的座椅（8）包括背板（9）、座板（10）、支撑架（11），所述的背板（9）设于支撑架（11）后侧，所述的座板（10）设于支撑架（11）前侧，所述的座板（10）能够绕其与支撑架（11）的连接处转动，接触开关（3）设于背板（9）底部；一般状态下，座板（10）呈竖向倾斜状态，座板（10）与背板（9）及接触开关（3）不接触，当使用者坐在座板（10）上，座板（10）呈水平方向，座板（10）与接触开关（3）接触，触发接触开关（3）。
5.如权利要求1所述的智能教室管理系统，其特征在于：
还包括显示器，所述的显示器与总控制器连接，所述的总控制器用于将当前识别出的被使用的座位数量发送至显示器，由显示器对当前教室内人数进行显示。
6.如权利要求1所述的智能教室管理系统，其特征在于：
还包括路由装置、远程终端，所述的路由装置与主控制器连接，所述的路由装置通过无线网络与远程终端连接；所述的总控制器用于将当前识别出的被使用的座位数量通过路由装置发送至远程终端。
7.如权利要求1所述的智能教室管理系统，其特征在于：
教室范围内子区域（12）设有四个，各子区域（12）的面积相同，在教室范围内呈两行两列排布。
技术总结