一种智能教室监控系统的制作方法

本发明涉及智能监控领域，尤其涉及一种智能教室监控系统。

背景技术：

教室是教师向学生传授课业的场所，它是一间由前面是讲台、后面是座位的大房间构成，靠讲台的墙上有黑板或白板，是教师讲课、布置作业的地方，后面是学生的座位。在中国，中小学的课桌布置一般有四组，每组有八至九桌，每桌坐两个学生，教室的环境是否舒适、安全，是保障学习效率的重要因素之一。

目前，教室内一般设置有空调设备，用于调节教室内的温度，以使老师和学生有一个舒适的学习环境，但是，未能对教室的实际温度进行准确监控，而且，未能对教室环境进行有效监控。

技术实现要素：

因此，为了克服目前的教室监控系统中存在的不能对教室的实际温度进行准确监控、不能对教室环境进行有效监控的问题，本发明提供一种智能教室监控系统，利用计算机处理装置、局域网通信模块、温度传感器、信号处理电路、图像采集装置、图像处理装置、显示装置以及存储装置，其中，信号处理电路能够对温度传感器采集的教室内的温度进行放大、滤波处理，从而使温度监测更加准确，图像采集装置和图像处理装置能够对教室内的图像信息进行采集并清晰化处理，而位于教室外墙壁上的显示装置能够显示教室内的图像信息和温度信息，可以使教室外人员不进入教室而获知教室内的情况，存储装置能够存储教室内的图像信息和温度信息，以备后期调用。

根据本发明的一种智能教室监控系统，智能教室监控系统包括计算机处理装置、局域网通信模块、温度传感器、信号处理电路、图像采集装置、图像处理装置、显示装置以及存储装置；

其中，温度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与局域网通信模块的输入端连接，图像采集装置的输出端与图像处理装置的输入端连接，图像处理装置的输出端与局域网通信模块的输入端连接，局域网通信模块的输出端与计算机处理装置的输入端连接，计算机处理装置的输出端与显示装置的输入端连接，计算机处理装置的输出端与存储装置的输入端连接。

温度传感器用于采集教室内的温度信息，将采集的温度信号转换为电压信号v0，并将电压信号v0传输至信号处理电路，v1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与局域网通信模块的输入端连接，局域网通信模块将信号滤波单元的输出信号传输至计算机处理装置的adc端口。

信号放大单元包括集成运放a1-a2、电阻r1-r6以及电容c1-c4，温度传感器的输出端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c1的一端与集成运放a1的输出端连接，电容c1的另一端与集成运放a1的反相输入端连接，电容c1的一端还与电阻r1的一端连接，电容c1的另一端还与电阻r1的另一端连接，电阻r1的另一端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端接地，电阻r1的一端还与电容c2的一端连接，电容c2的另一端与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端接地，电容c2的另一端还与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与集成运放a2的反相输入端连接，集成运放a2的同相输入端接地，电容c3的一端与集成运放a2的反相输入端连接，电容c3的另一端与集成运放a2的输出端连接，电容c4与电阻r5并联后的一端与集成运放a2的输出端连接，电容c4与电阻r5并联后的另一端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c4与电阻r5并联后的另一端还与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端接地。

信号滤波单元包括电阻r7-r10、电容c5-c7、以及集成运放a3，所述信号放大单元的输出端与电阻r7的一端连接，所述信号放大单元的输出端还与电容c5的一端连接，电容c5的另一端接地，电阻r7的另一端与电容c6的一端连接，电容c6的另一端接地，电阻r7的另一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r8的一端与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r8的另一端接地，电阻r9与电容c7并联后的一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r9与电容c7并联后的另一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r9与电容c7并联后的另一端还与电阻r10的一端连接，电阻r10的一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r10的另一端与局域网通信模块的输入端连接，信号处理单元将处理后的电压信号v1传输至局域网通信模块的输入端，局域网通信模块将电压信号v1传输至计算机处理装置的adc端口。

优选的是，图像采集装置设置于教室内黑板上方，图像采集装置用于采集教室内的图像信息，并将教室内的图像信息传输至图像处理装置，图像处理装置包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元；

其中，图像采集装置的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与局域网通信模块的输入端连接。

优选的是，显示装置挂设于教室门口墙壁，温度传感器采集的教室温度信号经过信号处理电路处理后通过局域网通信模块传输至计算机处理装置，图像采集装置采集教室内的图像信息经过图像处理装置处理后通过局域网通信模块传输至计算机处理装置，计算机处理装置将接收到的图像信息和温度信息传输至显示装置进行显示，计算机处理装置将接收到的图像信息和温度信息传输至存储装置进行存储。

优选的是，显示装置为液晶显示器。

优选的是，智能教室监控系统还包括一电源，电源为智能教室监控系统提供电力支持。

优选的是，电源为太阳能电源。

优选的是，图像采集装置为ccd图像采集装置。

优选的是，温度传感器为热敏电阻器。

优选的是，温度传感器为热敏电偶。

优选的是，图像采集装置将采集的教室内的图像传输至图像处理装置，将教室内的图像信息定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像降噪单元对图像f(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中

；

图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

；

图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，

；

图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的；

图像平滑单元将所述图像s(x,y)传输至局域网通信模块，局域网通信模块将接收到的图像s(x,y)传输至计算机处理装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的智能教室监控系统，利用计算机处理装置、局域网通信模块、温度传感器、信号处理电路、图像采集装置、图像处理装置、显示装置以及存储装置，其中，信号处理电路能够对温度传感器采集的教室内的温度进行放大、滤波处理，从而使温度监测更加准确，图像采集装置和图像处理装置能够对教室内的图像信息进行采集并清晰化处理，而位于教室外墙壁上的显示装置能够显示教室内的图像信息和温度信息，可以使教室外人员不进入教室而获知教室内的情况，存储装置能够存储教室内的图像信息和温度信息，以备后期调用；

（2）本发明提供的智能教室监控系统，图像处理装置对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息，可提高对教室内环境的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

附图说明

图1为本发明的智能教室监控系统的示意图；

图2为本发明的信号处理电路的电路图；

图3为本发明的图像处理装置的示意图。

附图标记如下：

1-计算机处理装置；2-局域网通信模块；3-温度传感器；4-信号处理电路；5-图像采集装置；6-图像处理装置；7-显示装置；8-存储装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的智能教室监控系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的智能教室监控系统包括计算机处理装置（1）、局域网通信模块（2）、温度传感器（3）、信号处理电路（4）、图像采集装置（5）、图像处理装置（6）、显示装置（7）以及存储装置（8）；

其中，温度传感器（3）的输出端与信号处理电路（4）的输入端连接，信号处理电路（4）的输出端与局域网通信模块（2）的输入端连接，图像采集装置（5）的输出端与图像处理装置（6）的输入端连接，图像处理装置（6）的输出端与局域网通信模块（2）的输入端连接，局域网通信模块（2）的输出端与计算机处理装置（1）的输入端连接，计算机处理装置（1）的输出端与显示装置（7）的输入端连接，计算机处理装置（1）的输出端与存储装置（8）的输入端连接。

作为上述的进一步优先，如图2所示，温度传感器（3）用于采集教室内的温度信息，将采集的温度信号转换为电压信号v0，并将电压信号v0传输至信号处理电路（4），v1为经过信号处理电路（4）处理后的电压信号，信号处理电路（4）包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器（3）的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与局域网通信模块（2）的输入端连接，局域网通信模块（2）将信号滤波单元的输出信号传输至计算机处理装置（1）的adc端口。

信号放大单元包括集成运放a1-a2、电阻r1-r6以及电容c1-c4，温度传感器（3）的输出端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c1的一端与集成运放a1的输出端连接，电容c1的另一端与集成运放a1的反相输入端连接，电容c1的一端还与电阻r1的一端连接，电容c1的另一端还与电阻r1的另一端连接，电阻r1的另一端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端接地，电阻r1的一端还与电容c2的一端连接，电容c2的另一端与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端接地，电容c2的另一端还与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与集成运放a2的反相输入端连接，集成运放a2的同相输入端接地，电容c3的一端与集成运放a2的反相输入端连接，电容c3的另一端与集成运放a2的输出端连接，电容c4与电阻r5并联后的一端与集成运放a2的输出端连接，电容c4与电阻r5并联后的另一端与集成运放a1的同相输入端连接，电容c4与电阻r5并联后的另一端还与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端接地。

信号滤波单元包括电阻r7-r10、电容c5-c7、以及集成运放a3，信号放大单元的输出端与电阻r7的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容c5的一端连接，电容c5的另一端接地，电阻r7的另一端与电容c6的一端连接，电容c6的另一端接地，电阻r7的另一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r8的一端与集成运放a3的同相输入端连接，电阻r8的另一端接地，电阻r9与电容c7并联后的一端与集成运放a3的反相输入端连接，电阻r9与电容c7并联后的另一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r9与电容c7并联后的另一端还与电阻r10的一端连接，电阻r10的一端与集成运放a3的输出端连接，电阻r10的另一端与局域网通信模块（2）的输入端连接，信号处理单元将处理后的电压信号v1传输至局域网通信模块（2）的输入端，局域网通信模块（2）将电压信号v1传输至计算机处理装置（1）的adc端口。

上述实施方式中，信号处理电路的噪声在40nv以内，漂移为0.5μv/℃，集成运放a1为lt1028运放，集成运放a2和集成运放a3均为lt1097运放，信号放大单元的增益由r1和r2的比值确定，由于集成运放a1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。

电阻r1的阻值为10kω，电阻r2的阻值为10ω，电阻r3的阻值为100kω，电阻r4的阻值为100kω，电阻r5的阻值为10kω，电阻r6的阻值为10ω，电阻r7的阻值为10kω，电阻r8的阻值为15kω，电阻r9的阻值为15kω，电阻r10的阻值为12kω，电容c1的电容值为470pf，电容c2的电容值为1μf，电容c3的电容值为1μf，电容c4的电容值为470pf，电容c5的电容值为2μf，电容c6的电容值为1.2μf，电容c7的电容值为1.4μf。

由于温度传感器（3）采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过电阻r1-r6、电容c1-c4以及集成运放a1-a2对温度传感器2输出的电压v0进行放大处理，然后再使用电阻r7-r10，电容c5-c7以及集成运放a3对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了温度检测的精度。

上述实施方式中，利用计算机处理装置（1）、局域网通信模块（2）、温度传感器（3）、信号处理电路（4）、图像采集装置（5）、图像处理装置（6）、显示装置（7）以及存储装置（8），其中，信号处理电路（4）能够对温度传感器（3）采集的教室内的温度进行放大、滤波处理，从而使温度监测更加准确，图像采集装置（5）和图像处理装置（6）能够对教室内的图像信息进行采集并清晰化处理，而位于教室外墙壁上的显示装置（7）能够显示教室内的图像信息和温度信息，可以使教室外人员不进入教室而获知教室内的情况，存储装置（8）能够存储教室内的图像信息和温度信息，以备后期调用。

作为上述的进一步优先，如图3所示，图像采集装置（5）设置于教室内黑板上方，图像采集装置（5）用于采集教室内的图像信息，并将教室内的图像信息传输至图像处理装置（6），图像处理装置（6）包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元；

其中，图像采集装置（5）的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与局域网通信模块（2）的输入端连接。

上述实施方式中，图像处理装置（6）对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集装置（5）的图像信息，可提高对教室内环境的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

上述实施方式中，图像降噪单元和图象增强单元的目的是为了改进图像采集装置（5）采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性，图像锐化单元补偿经过图像增强处理后的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰，图像平滑单元将经过图像锐化处理后的图像亮度进行平缓渐变，减小突变梯度，从而改善图像质量。

在教室闲置时，教室外的人员可以通过显示装置（7）所显示教室内的温度以及图像信息判别该教室是否适合自己自习，在教室用于教学时，教室外的人员可以通过显示装置（7）获知教室内的教学情况，在教室用于考试时，教室外的人员也可以通过显示装置（7）获知教室内的考试情况。

具体地，显示装置（7）挂设于教室门口墙壁，温度传感器（3）采集的教室温度信号经过信号处理电路（4）处理后通过局域网通信模块（2）传输至计算机处理装置（1），图像采集装置（5）采集教室内的图像信息经过图像处理装置（6）处理后通过局域网通信模块（2）传输至计算机处理装置（1），计算机处理装置（1）将接收到的图像信息和温度信息传输至显示装置（7）进行显示，计算机处理装置（1）将接收到的图像信息和温度信息传输至存储装置（8）进行存储。

具体地，计算机处理装置（1）为8位微处理器atmega128。

上述实施方式中，考虑到成本和处理性能的要求，计算机处理装置1选用低功耗8位微处理器atmega128，该芯片硬件资源丰富，具有低功耗、功能多、价格便宜和性能强大等优点，atmega128自身带有128k字节flash存储器，同时带有4k字节的eeprom存储器，传感器采集的数据直接存放在eeprom存储器中，atmega128内部的adc端口具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0~5v，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加ad转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。

具体地，显示装置（7）为液晶显示器。

具体地，智能教室监控系统还包括一电源，电源为智能教室监控系统提供电力支持。

具体地，电源为太阳能电源。

具体地，图像采集装置（5）为ccd图像采集装置。

具体地，温度传感器（3）为热敏电阻器或热敏电偶。

具体地，图像采集装置（5）将采集的教室内的图像传输至图像处理装置（6），将教室内的图像信息定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像降噪单元对图像f(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中

；

图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

；

上述实施方式中，图像去噪单元和图象增强单元的目的是为了改进图像采集模块（4）采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。

图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，

；

上述实施方式中，通过对图像邻域频率的比较，以突出图像的高频信息，抑制其低频信息。

图像锐化单元补偿经过图像增强处理后的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰。

图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的；

上述实施方式中，图像平滑单元将经过图像锐化处理后的图像亮度进行平缓渐变，减小突变梯度，从而改善图像质量。

图像平滑单元将所述图像s(x,y)传输至局域网通信模块（2），局域网通信模块（2）将接收到的图像s(x,y)传输至计算机处理装置（1）。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。