一种基于图像识别的智能课室管理系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种课室管理系统，更具体地说，尤其涉及一种基于图像识别的智能课室管理系统。


背景技术：

2.随着人脸识别技术的不断发展和更迭，人脸识别已成为人工智能、物联网时代的基础性技术。在智能生活时代，人脸识别和视频监控是相辅相成的有机体。现如今我国高校教育不断发展，学生人数不断增加，如何更高效、科学合理地实现课室管理、学生考勤管理和远程智能化管理成为了具有实际应用价值研究的领域。传统意义上的学生考勤管理，教师在课前或课中进行点名、二维码、app定位签到等方式存在诸多弊端。教师点名，学生可以代答代到，二维码或者app定位签到，学生可以通过在线扫码或者伪造gps数据来实现签到，同时由于室内影响定位因素较多，定位误差较大，导致考勤结果误差偏大。
3.国内外对于教室考勤管理已有多年研究基础，主要的方法有：通过指纹考勤信息管理系统对学生进行考勤，该方法考勤精度高，但存在考勤操作较为繁琐；使用rfid射频识别技术获取学生个人信息用于签到，此方法使用便捷，但易存在他人代签等问题。在图像识别技术蓬勃发展的今天，由于其具有高辨识度、高安全性、高稳定性，使用人脸识别技术进行考勤逐渐成为趋势。随着信息化在高校的铺开，课室内电气设施众多，还使用人工手动逐个课室开启关闭电气设施，不仅大量浪费了人力资源，同时造成电能资源浪费严重。国内对节能控制系统也有一定的研究，如姚俊红研发的可根据教室内人数及光照强度进行控制的高校教学楼照明节电控制系统、刘龙等人设计的可根据节能系统节能效率的需要，综合利用教室内人数、光照强度和温度等信息，实现对教室内电器的智能控制的教学楼智能化节能控制系统设计等。以上设计可以实现一定的智能控制以及节能效果，但在智能化上存在不足，同时对于节能效率还可提高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种使用方便、智能化较高的基于图像识别的智能课室管理系统。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于图像识别的智能课室管理系统，包括外壳，所述外壳侧面设有摄像头和显示器，在外壳内设有主控单元，所述摄像头和显示器分别与主控单元连接，通过摄像头、显示器和主控单元的配合进行图像识别；
6.主控单元通过线路分别连接有人体传感器、火焰传感器、温度传感器和光敏传感器，通过感应结果对教室内的各电器进行开关判断。
7.上述的一种基于图像识别的智能课室管理系统中，所述外壳的两侧设有散热孔，在外壳上设有与线路相适应的线路孔。
8.上述的一种基于图像识别的智能课室管理系统中，所述主控单元包括设置在外壳内的电路板，所述电路板上设有gsm模块、继电器模块和wifi模块；所述摄像头、显示器、人
体传感器、火焰传感器、温度传感器和光敏传感器分别与电路板连接。
9.上述的一种基于图像识别的智能课室管理系统中，所述gsm模块采用sim900a型号，继电器模块采用晶体管驱动电路，wifi模块采用esp8266模块。
10.上述的一种基于图像识别的智能课室管理系统中，所述显示器采用集成触摸显示屏的树莓派。
11.上述的一种基于图像识别的智能课室管理系统中，所述摄像头采用openmv模块，人体传感器采用hc
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sr501模块，温度传感器采用ds18b20传感器。
12.本实用新型采用上述结构后，通过摄像头、显示器和主控单元的配合进行图像识别，事先采集人脸数据，将其存放在人脸数据库中，当摄像头采集到人脸数据时，将当前的人脸数据与数据库中的人脸数据进行对比，找到最为相似的人脸，并通过显示器显示其人名及签到时间，从而实现人脸识别考勤功能。再通过人体传感器、火焰传感器、温度传感器和光敏传感器的配合，根据当前环境是否有人、温度、光线等情况，自动开启相应电器，当人离开时，延时自动关闭电器，从而实现自动控制电器功能。该智能课室管理系统以图像识别为基础，通过感应结果对各电器进行闭合或者开启判断，从而实现学生考勤、自动控制和智能监控课室的功能，使用方便，智能化较高。
附图说明
13.下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不构成对本实用新型的任何限制。
14.图1是本实用新型外壳内部的结构示意图。
15.图2是本实用新型外壳的主视图。
16.图3是本实用新型外壳的俯视图。
17.图中：1、外壳；2、摄像头；3、显示器；4、主控单元；4a、电路板；4b、gsm模块；4c、继电器模块；4d、wifi模块；5、线路；6、人体传感器；7、火焰传感器；8、温度传感器；9、光敏传感器；10、散热孔；11、线路孔。
具体实施方式
18.参阅图1至图3所示，本实用新型的一种基于图像识别的智能课室管理系统，包括外壳1，所述外壳1侧面设有摄像头2和显示器3，在外壳1内设有主控单元4，所述摄像头2和显示器3分别与主控单元4连接，通过摄像头2、显示器3和主控单元4的配合进行图像识别；主控单元4通过线路5分别连接有人体传感器6、火焰传感器7、温度传感器8和光敏传感器9，通过感应结果对教室内的各电器进行开关判断。火焰传感器7实现火焰报警的功能，当其检测范围内出现有火焰时，模块将发出高电平，电路板4a部分通过gsm模块4b发送警报电话到设定联系人。光敏传感器9用于检测环境光线，当环境光线低于设定阈值时，发送信号至继电器开启照明设备；当环境光线高于设定阈值时，发送信号至继电器关闭照明设备；模块在环境火焰光谱或者光源达不到设定阈值时，do口输出高电平，当外界环境火焰光谱或者光源超过设定阈值时，模块d0输出低电平。
19.其中，所述外壳1的两侧设有散热孔10，方便外壳1内部电路进行散热，有助于系统长时间运行；外壳1采用3d打印，上下可拆卸设计，便于后期维护。在外壳1上设有与线路5相
适应的线路孔11，统一放置用于外部传感器与主控单元4相连的线路及电源线路，使得系统线路整洁，便于后期检查维护线路。
20.具体的，所述主控单元4包括设置在外壳1内的电路板4a，所述电路板4a上设有gsm模块4b、继电器模块4c和wifi模块4d；所述摄像头2、显示器3、人体传感器6、火焰传感器7、温度传感器8和光敏传感器9分别与电路板4a连接。当系统检测到人脸后会唤醒电路板4a工作，电路板4a部分实现区域人体感应、温度感应、光线感应及火焰感应，通过感应结果对各电器进行闭合或者开启判断。gsm模块4b实现语音拨号通话功能，当检测到温度过高或有火焰时将会拨打电话至固定联系人。采用多个继电器模块4c用于通过电信号分别控制多个用电器的通断，本系统初始采用12个继电器进行控制，将区域内分割成四个部分，每个部分分别控制两个用电器，一共12个继电器，继电器数量可根据实际情况进行调整。
21.进一步的，所述gsm模块4b采用sim900a型号，它是gsm射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等的集成板，具有独立的操作系统、gsm射频处理、基带处理并提供标准接口、发送sms短信、语音通话、gprs数据传输等基于gsm网络进行通信的所有基本功能，能够使用arm或者单片机通过rs232串口与gsm模块通信，使用标准的at命令来控制gsm模块实现各种无线通信功能，例如：发送短信，拨打电话，gprs拨号上网等。继电器模块4c采用晶体管驱动电路，当晶体管基级被输入高电平时，晶体管饱和导通，集电极变为低电平，因此继电器线圈通电，触点吸合；当晶体管基级被输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，触点断开。wifi模块4d采用esp8266模块，esp8266模块使用3.3v直流电源，支持透传体积小且表现稳定，其可使单片机数据通过该模块传输至树莓派上，通过树莓派上的屏幕实时显示数据。本系统采用电源模块进行供电，电源模块电路其核心部件是lm7805为三端稳压集成电路芯片，可输出5v电压电源。
22.另外，所述显示器3采用集成触摸显示屏的树莓派，采用触摸屏设计美观的人机交互界面，系统可将对应的信息显示在触摸屏上，或者用户通过触摸屏对系统进行操作。当系统开机后，触摸屏自动执行人脸考勤功能。当需要对系统进行操作时，系统会要求用户输入密码，当密码正确可以对系统进行人脸录入、更改用电器情况、显示考勤情况等。
23.同时，所述摄像头2采用openmv模块，人体传感器6采用hc
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sr501模块，hc
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sr501模块是基于红外线技术的自动控制模块，其检测到人进入感应范围即可输出高电平至继电器，使得用电器通电，当人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平至继电器使得用电器断电。温度传感器8采用ds18b20传感器，用于实时检测当前环境温度，实现当温度高于一定数值发送信号至继电器开启降温设备，当温度低于一定数值，发送信号至继电器关闭降温设备。
24.在本实施例中，各传感器根据应用场合安装在教室内预定位置，本系统采用220v市电进行供电，采用树莓派加stc12c5a60s2单片机联合控制，摄像头2实现人脸识别考勤该功能，显示器3作为人机交互界面实现显示与控制功能，esp8266模块实现单片机与树莓派通信功能，gsm模块4b实现火灾报警功能，人体传感器6、温度传感器8、光敏传感器9、火焰传感器7负责检测当前环境下的人所处位置、温度、光线及火灾情况反馈给单片机。
25.该智能课室管理系统以图像识别为基础，识别108个人脸数据点特征和定位信息，比对数据库所存储信息，实现人脸识别考勤功能；采用人体传感器6来确定学生所在位置区域信息，从而自动控制该区域相关设备；采用手机app来实现远程控制课室的开启关闭状
态、智能监控课室安全状态，从而实现学生考勤、自动控制和智能监控课室的功能。
26.使用时，通过事先采集人脸数据，将其存放在人脸数据库中，当摄像头2采集到人脸数据时，将当前的人脸数据与数据库中的人脸数据进行对比，找到最为相似的人脸，并通过显示器3显示其人名及签到时间，从而实现人脸识别考勤功能。
27.同时，通过人体传感器6识别学生所在区域，并根据传感器反馈的结果单独开启该区域相应的电器，实现分区域控制电器功能。并且，根据当前环境是否有人、温度、光线等情况，自动开启相应用电器，当人离开时，延时自动关闭用电器。另外，当检测到火灾及高温预警信号时，系统通过语音拨号至设定联系人处实现火灾预警功能。最后，可通过手机端实现网络远程开启或关闭电器总开关，从而实现远程控制电器总开关的功能。
28.在本实施例中，各功能模块的内置程序均为现有技术，非本实用新型所要保护的技术点。在此不再赘述。
29.以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。