一种智慧校园集中式计算终端、系统和应用

技术领域

本发明涉及智慧校园技术领域，更具体地说，涉及一种智慧校园集中式计算终端、系统和应用。

背景技术

智慧校园是指以促进信息技术与教育教学融合、提高学与教的效果为目的，以物联网、云计算、大数据分析等新技术为核心，提供一种智慧型、网络化、数据化一体的教学和管理等服务。一般来说，智慧校园包括数据中心，智慧校园基础设施，智慧校园应用系统等内容。

随着国家在智慧教育装备行业投入的加大，智慧校园基础设施中的智能设备在教室中的应用越来越多，智能设备的分布也越来越分散，功能越来越细化，如智慧教室录播摄像头、安防摄像头、精品课堂、巡课应用、智能灯光控制系统、物联网录播机箱、电子班牌和AI分析等。

经检索，如申请号为CN201822221950.3的中国专利申请一种智慧校园管理系统，申请号为CN201811392869.X的中国专利申请一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统等，公开智慧校园管理系统的结构，实现校园管理信息化，提高管理效率，降低管理成本。

然而，现有技术中的智慧校园系统存在如下缺点：

1、每个教室中的硬件设备过于重复和冗余：比如精品课堂、巡课应用、电子班牌、安防摄像头和AI分析等，每个应用项目都需要提供摄像头，而事实上可以将这些应用整合起来，共用部分摄像头等硬件设备，节省硬件设备投入成本；

2、网络和电源接口资源不足问题：每个供应商实施项目时，都需要考虑硬件设备的网络布线、弱电布线等，当实施的项目增加时，就会面临网络和电源接口资源不足的问题；

3、各厂家通讯控制协议不兼容问题：物联网教室中LED灯源设备、空调设备、环境因子检测设备、空气净化设备等需要与教室的中央网关通信，而不同的设备供应商会提供不同的中央网关和配套设备，当更换或添加新设备时面临不兼容的问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的智慧校园系统硬件无法实现共享，容易造成接口资源不足，不同厂家的设备不兼容等问题，本发明提供一种智慧校园集中式计算终端、系统及应用，将智慧校园各项目中的硬件资源整合，集中式计算各项目数据，可以实现简化网络部署和电源部署，提高系统兼容性且降低成本。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种智慧校园集中式计算终端，包括软件资源池和硬件资源池，硬件资源池中在不同的智慧校园项目中复用硬件单元，采集不同项目中的数据信息；软件资源池中数据单元对硬件资源池采集的数据进行数据处理，发送至中央处理单元进行集中式计算。本发明涉及ARM终端计算、电源资源分配与管理、网络资源分配与管理、音视频数据采集与处理、弱电布线、Zigbee通信与控制等技术领域，本发明所述的一种智慧校园集中式计算终端，将智慧校园各项目的硬件单元和软件单元资源整合，使用硬件资源池的硬件单元采集数据信息，软件资源池的数据单元对数据进行处理，然后发送至中央处理器进行集中式计算。

更进一步的，所述硬件资源池包括电源资源单元、网络资源单元、图像采集单元、显示单元、输入设备单元、接口单元和无线通信单元。电源资源单元提供电源设备，网络资源单元提供运行所需的如路由器等网络设备，图像采集单元采集教室等校园内的图像数据，显示单元包括液晶显示单元，满足高清的显示需求。接口单元包括USB/HDMI/UART，用于采集如电脑、投影仪等外接设备的数据。输入设备单元包括按键/红外/触摸，采集例如遥控器、键盘或触摸板等设备的输入数据。无线通信单元包括低速无线通信单元和高速无线通信单元，适于不同项目的应用需求，对于实时传输要求较高的项目使用高速无线通信单元，对于数据备份等操作使用低速无线通信单元。

更进一步的，所述软件资源池包括数据解析单元、数据转发单元、数据管理单元、编码资源单元、解码资源单元、控制资源单元、硬件调度单元和硬件检测单元。软件资源池各数据单元一方面对硬件资源池获取的数据进行数据处理，在数据解析单元对采集数据进行解析，数据转发单元将采集数据转发到指定地址，在数据管理单元进行数据控制，数据编码单元对数据进行编码处理等，处理后发送至中央处理器进行集中式计算，在硬件检测单元对硬件采集数据进行检测。同时也对中央服务器传送到终端的数据进行调度管理操作，如在数据解码单元对获得的数据解码，反馈给硬件资源池的硬件单元，如通过显示单元显示课表等；在数据控制单元和硬件调度单元对数据进行控制和调度。

更进一步的，所述智慧校园项目包括精品录播/精品课堂项目、常态化轻录播项目、安防摄像头项目、物联网教室项目、多媒体教室项目、AI人工智能教室项目、巡课及电子排班项目。精品录播/精品课堂项目主要对较为重要的示范讲课等精品课堂内容进行全程录播，存储影像资源用于后期学习，精品录播/精品课堂项目在应用时需使用摄像头、拾音器和存储器等硬件设备进行录播控制和数据存储；常态化轻录播项目和安防摄像头项目主要对出于校园安全和日常记录作用，对课堂以及校园内场景进行录播，该项目由于录播数据很大且重点内容不多，无需长时间保存，在项目应用时同样需要摄像头、拾音器和存储器等硬件设备进行录播控制和数据存储；物联网教室项目、多媒体教室项目和AI人工智能教室项目用于特殊的教室项目，一般来说，多元化的教室项目需要的硬件系统基本相同，如摄像头、麦克风、网络设备和存储设备等；巡课及电子排班项目在电子屏幕显示排班和课表，包括液晶显示单元、存储器、通信模块和电源。

一种智慧校园集中式计算系统，使用所述的一种智慧校园集中式计算终端，所述智慧校园集中式计算系统还包括智慧校园项目、智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元，智慧校园集中式计算终端获取智慧校园项目的数据并对数据进行处理，智慧校园集中式计算终端计算后数据发送至智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元进行数据存储和数据处理。

更进一步的，所述智慧校园集中式计算系统还包括4K安防摄像头或精密传感器。对于如4K安防摄像头或精密传感器等智慧校园项目所需要的特殊硬件，不设置在基础的硬件资源池中，通过硬件资源池中的接口单元或输入设备单元单独连接。

一种智慧校园集中式计算方法，使用所述的一种智慧校园集中式计算系统，智慧校园集中式计算终端使用硬件资源池采集智慧校园项目的数据，并将采集的数据发送至软件资源池，软件资源池对采集数据进行处理，软件资源池处理后数据发送至智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元进行数据存储和数据处理。本发明的智慧校园集中式计算方法，通过智慧校园集中式计算终端获取智慧校园各项目数据并对数据进行处理计算，发送至中央处理器集中计算和存储，减少硬件部署数量，降低部署难度，提高硬件接口使用效率，兼容性强，成本低。

更进一步的，智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元将集中式计算后数据反馈至智慧校园集中式计算终端。智慧校园集中式计算终端不仅将智慧校园项目数据采集处理后发送至智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元集中式计算和存储，智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元的数据还将计算所得数据或存储数据发送至智慧校园集中式计算终端，比如巡课及电子排班项目中，显示单元就需要对智慧校园中央服务单元的课表数据进行显示。

更进一步的，智慧校园集中式计算系统外采智慧校园集中式计算终端不具备的硬件数据，将该数据发送至智慧校园集中式计算终端的软件资源池进行数据处理。

更进一步的，所述智慧校园集中式计算终端也包括存储器，对采集的数据进行存储。奔放所有数据在软件资源池处理后发送至中央处理器进行集中式计算，但是由于网络等原因，数据可能会来不及实时上传至中央处理器，因此，数据在发送至中央处理器前会在集中式计算终端短暂处理，保证系统的稳定性和数据的安全性。

本发明智慧校园集中式计算系统，将硬件资源和软件资源整合，集中式计算各项目数据，简化智慧校园系统的硬件部署和线路部署，提高系统兼容性，降低系统成本。同时安全性高，系统稳定性更强。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明集中式计算终端将智慧教室中的各种硬件资源和软件资源进行集中调度和管理，计算结果直接传送至中央服务单元进行存储，提高数据安全性，同时减少硬件部署数量，降低部署难度。针对智慧校园建设中的各种项目，客户只需外采少量高精密图像采集或传感器部件，且外采部件无需再考虑电源布线、网络布线，所有硬件设备均通过集中式计算终端集中提供。

集中式计算终端提供软件资源池和硬件资源池，软件资源池和硬件资源池均采用模块化设计，可以根据应用场景灵活拓展模块，在硬件出现故障需要维修时可直接进行更换，不需要再进行额外的配置，灵活性很强。集中式计算终端由于集中管理硬件资源池和软件资源池，可以解决硬件与硬件之间、软件与软件之间、软硬件之间的兼容性问题；

本发明集中式计算终端整合各个项目中的硬件资源，简化网络布线和电源布线，解决各个厂家各个项目各布一套电源线、网络线的问题，以及项目较多时布线过程中的电源、网络资源紧张问题，所有数据实时传输至中央处理器和中央服务器，实时性强，所有数据通过互联网与中央服务单元进行读写，在集中式计算终端也设置有存储器对尚未传输到中央服务器的数据，进行数据热备份，解决因服务器停止带来的应先，稳定性强；使用集中式计算，数据只存储在中央服务器中，而不是分开存储在各项目中，数据的安全性更高，基于对未成年人的保护，尤其适合在校园特殊环境中使用。

附图说明

图1为本发明智慧校园集中式计算系统的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

一种智慧校园集中式计算系统，包括智慧校园项目、智慧校园中央服务单元、智慧校园中央处理单元和集中式计算终端，所述集中式计算终端基于ARM实现，包括软件资源池和硬件资源池。集中式终端通过硬件资源池各单元采集各智慧校园项目的数据信息，在软件资源池各数据处理单元对数据进行数据处理，然后发送给智慧校园中央服务单元和智慧校园中央处理单元，智慧校园中央处理单元对计算后数据进行集中式计算，智慧校园中央服务单元储存处理器处理结果。

在智慧校园集中式计算终端中，硬件资源池包括电源资源单元、网络资源单元、图像采集单元、液晶显示单元、按键/红外/触摸、USB/HDMI/UART、低速无线通信单元和高速无线通信单元；软件资源池包括数据解析单元、数据转发单元、数据管理单元、编码资源单元、解码资源单元、控制资源单元、硬件调度单元和硬件检测单元。

软件资源池各数据单元一方面对硬件资源池获取的数据进行数据处理，在数据解析单元对采集数据进行解析，数据转发单元将采集数据转发到指定地址，在数据管理单元进行数据控制，数据编码单元对数据进行编码处理等，处理后发送至中央处理器进行集中式计算，在硬件检测单元对硬件采集数据进行检测。同时也对中央服务器传送到终端的数据进行调度管理操作，如在数据解码单元对获得的数据解码，反馈给硬件资源池的硬件单元，如通过显示单元显示课表等；在数据控制单元和硬件调度单元对数据进行控制和调度。

集中式计算系统的智慧校园项目包括精品录播/精品课堂项目、常态化轻录播项目、安防摄像头项目、物联网教室项目、多媒体教室项目、AI人工智能教室项目、巡课及电子排班项目。

其中，精品录播/精品课堂项目主要对较为重要的示范讲课等精品课堂内容进行全程录播，存储影像资源用于后期学习，精品录播/精品课堂项目在应用时需使用摄像头、拾音器和存储器等硬件设备进行录播控制和数据存储；常态化轻录播项目和安防摄像头项目主要对出于校园安全和日常记录作用，对课堂以及校园内场景进行录播，该项目由于录播数据很大且重点内容不多，无需长时间保存，在项目应用时同样需要摄像头、拾音器和存储器等硬件设备进行录播控制和数据存储；物联网教室项目、多媒体教室项目和AI人工智能教室项目用于特殊的教室项目，一般来说，多元化的教室项目需要的硬件系统基本相同，如摄像头、麦克风、网络设备和存储设备等；巡课及电子排班项目在电子屏幕显示排班和课表，包括液晶显示单元、存储器、通信模块和电源。与现有技术中各项目独立运行，硬件结构十分复杂不同，本实施例的智慧校园集中式计算终端将软件和硬件资源整合，构建统一的智慧校园集中式计算系统，资源根据功能而不是根据项目进行分配，减少智慧校园系统的冗余度，同样的硬件或软件单元可根据实际使用需求应用在各个不同的项目上，系统的兼容性好，稳定性高，资源的复用使得成本降低。

本发明集中式计算终端基于如智慧黑板等系统构建，硬件资源池集中提供电源资源单元、网络资源单元、低速无线通信控制单元等硬件单元，无需其他厂家重新进行布线或硬件设置，对于特殊的硬件单元如4K安防摄像头或精密传感器进行集中外采，特殊硬件的安装和部署结合集中式计算终端中硬件单元的部署，统一接口和软件设置等内容。硬件资源池采集的数据统一传输至软件资源池进行数据整合，如对数据进行编码解析等操作，特殊硬件采集的4K高品质图像数据或精密数据也统一发送至软件资源池进行数据处理。软件资源池对数据处理后发送至中央服务单元的服务器和中央处理单元进行集中式计算。

实施例2

本实施例在实施例1所述集中式计算终端和集中式计算系统的基础上，对所述系统的计算方法进行具体描述。

一种智慧校园集中式计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：采集数据

以精品录播/精品课堂项目为例，集中式计算系统运行时，先通过集中式计算终端的硬件资源池中硬件进行数据采集。具体地，通过图像采集单元采集课堂图像，通过接口单元的USB接口或HDMI接口获取课堂中的音频数据，以及上课时电脑或投影仪演示的文档数据作为辅流传输给存储器，在录播时需要无间断的对图像进行采集，此时对集中式计算系统的存储要求较高。

在硬件资源池的部分硬件单元进行数据采集时，硬件资源池中的电源资源单元提供设备供电，网络资源单元提供运行所需的如路由器等网络设备，按键/红外/触摸单元提供对集中式系统的控制，低速无线通信单元和高速无线通信单元用于硬件单元之间的通信和数据传输。在如巡课及电子班牌项目中，显示单元的液晶显示屏作为显示设备，对课表及其他课堂内容进行滚动显示。

步骤S2：数据处理：

集中式计算终端的硬件资源池将采集的数据发送至软件资源池进行数据处理，在需要进行精品录播/精品课堂项目时，获取图像采集单元采集的摄像头数据，结合USB/HDMI/UART等接口获取到的智能音响数据、环境控制数据、灯光数据或者其他组件数据，统一发送到软件资源池的单元。采集的数据通过软件资源池各单元进行包括解析、转发、管理、编码、解码或检测等处理方式，形成录播数据发送至中央服务单元和中央处理单元。

软件资源池根据用户需求可对编码后的数据进行二次处理，即对编码压缩后的数据进行独立封装。如在精品录播/精品课堂项目中，对音频数据、视频数据、投影仪数据和课堂数据进行分开封装发送到中央处理器处理。同时，软件资源池还会根据中央服务单元和中央处理单元的指令对硬件资源池的硬件单元传输调度、检测和控制数据。

步骤S3：存储数据：

软件资源池处理后的数据发送至中央处理单元进行集中式计算，发送至中央服务单元进行存储。中央服务单元和中央处理单元采用云计算等计算方式，对智慧校园数据进行集中式计算，便于校园管理人员进行管理和控制。对于在软件资源池分开封装的数据，中央处理单元对封装后数据进行二次处理，包括数据的编码、计算等处理形式，再次封装生成可以播放的视频文件，并对该视频文件进行标记，提高硬件资源的利用效率。中央服务单元对所有数据进行存储，提高数据的安全性和系统稳定性。

本实施例所述智慧校园集中式计算系统，借助网络通信技术，通过集中式管理构建完善的数据体系和信息共享机制，将所有数据保存在一个地方，即数据全部存储在中央系统，由中央服务器的数据库进行管理，所有的处理也都由系统完成，集中式计算终端主要用来输入和输出，以及小数据量的数据存储和数据处理前的计算。

本实施例智慧校园终端采用集中式计算方式，硬件资源池采集到的数据信息没有延迟实时发送给软件资源池进行数据处理，实时性强；所有数据通过互联网与中央服务单元进行读写，在集中式计算终端也设置有存储器对尚未传输到中央服务器的数据，进行数据热备份，解决因服务器停止带来的应先，稳定性强；使用集中式计算，数据主要存储在中央服务器中，没有传输到中央服务器的数据存储在集中式计算终端，所有数据都不是基于项目分开存储在各项目中，数据的安全性更高，基于对未成年人的保护，尤其适合在校园特殊环境中使用。

应用时只需要外采少量集中式计算终端不具备的硬件资源即可，不再需要每个项目重复购置各种硬件资源，只需对特殊的硬件如4K摄像头或精密传感器进行配置；集中式计算的硬件和网络等设置一次部署即可构建好系统，无需重复对硬件设备进行网络布线、电源布线，解决项目过多时网络、电源资源布线难题；同时，集中式计算终端配置各种无线、有线通信单元模块，均由软件资源池集中统一管理，解决物联网教室建设中出现的各厂家通信协议不兼容问题。

该发明将智慧校园建设中的精品录播/精品课堂项目、常态化轻录播项目、安防摄像头项目、物联网教室项目、多媒体教室项目、AI人工智能教室项目、巡课及电子班牌项目等进行融合，采用集中式计算终端做统一的资源管理和应用管理，减少重复冗余硬件设备数量，节省硬件投资成本，降低智慧校园系统的构建成本。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。