顺舟智能推出基于Zigbee的智慧教室物联网方案

随着智慧城市建设加快，以及国家对教育的重视，智慧校园、智慧教室的打造即将在各城市相继落地，重点解决传统校园、教室管理中出现的各类实际问题。

校园、教室管理常见状况及问题

在以往的校园管理及教室设备使用当中，往往存在以下几个问题：

（1）设备繁多，难以统一实现智能感知、控制管理；

（2）手动按键下拉投影幕布、开关灯、空调温度调节、排风扇开关等 *** 作太过繁琐，既浪费实际授课时间，教室上课体验大打折扣；

（3）各类设备使用情况及能耗没有清晰的数据可查及分析，不利于节能改进。

顺舟智能根据教室场景实际需求，推出智慧教室物联网方案，致力于实现教室场景的智慧化升级。

智慧教室物联网方案

顺舟智能基于Zigbee技术优势，Zigbee30网关及内嵌Zigbee模块，可实现对教室场景下的灯光、风扇、空调、窗帘、电教设备、智能门锁等电器设备实现智能化管控，节省人员管理成本，提高设备管理效率，同时为师生打造智慧化的教学/学习体验。

1、情景模式

情景策略为一组动作的集合， *** 作简单、高效。如早上开始一天的学习时段，空调、排风扇到点自动提前开启，改善教室内空气环境；学生进入教室时，门禁打开，音乐播放；老师上课时，投影打开，投影幕布下放，讲台灯光关闭或调暗等。通过场景开关和系统配置，一键进入预设的场景模式。如“上课场景”、“下课场景”、“多媒体场景”、“电教场景”等，可个性化定制。

2、智能门禁系统

智能门禁支持管理员便捷录入人员进出记录，实时掌握门禁状态及告警信息。此外，智能门禁系统结合人脸识别功能，有效保障学校教室安防、安全。

3、教室设备管理系统

设备实时状态显示：设备工作状态（如灯光开还是关）、设备故障显示（开关是否故障）可实时在线显示。 设备单独控制功能：各设备可以通过设备管理系统进行控制和管理，受控设备包括：空调，投影控制器，电脑，日光灯，窗帘、能源、环境设备、专业设备、门禁门锁等。

4、智慧环境监测系统

教室环境监测及调节。通过温湿度传感器、空气质量传感器等实现教室温湿度、空气质量等实时监测，环境数据实时回传至服务器、云平台，通过策略部署、设备联动，开启新风、加湿器、风扇等设备，调节教室环境。实现教室环境智能化管控，确保教学环境处于舒适状态。

5、智慧节能系统

通过物联网平台可远程调控、开关教室设备，设定情景模式、自定义时段进行设备开启关闭 *** 作，避免非教学时段设备长期开启、空转。同时，平台可进行能耗数据展示分析，清楚了解各区域、各类型设备用电情况，实现节能减排。

6、智慧用电安全系统

教室内部智能开关、智能插座、温控面板等均嵌入Zigbee模块，可以远程查询空气开关线路电压、漏电电流、线路功率、线路电流、开关状态等用电数据，同时设置漏电保护功能自动检测，以及区域内所有用电线路开关远程集控管理，自由分组设置定时开关等。

智慧教室物联网方案优势

1、设备覆盖面广、部署方便

支持教室内绝大部分可管理设备，包含了多媒体、空调、开关、能效插座、灯光、窗帘、环境监控、安防、电力等数十种物联网传感器和控制器。方案采用ZigBee无线协议，避免了传统的布线难题，通过简单的升级改造即可快速完成物联网硬件环境的部署，降低了硬件部署成本和施工难度，极大加快了部署速度。

2、智能化、便捷化使用

可灵活定制物联网场景和定时策略，实现设备的批量、定时自动控制。可根据温湿度、光感强度实现智能自动调节。

3、电能节能减排

实时探测关键能耗设备的电能消耗，实现能耗信息透明化，实现能耗的科学管理。

物联网是一个超级产业，涉及领域非常多，其中又有很多细分技术，而且应用碎片化。2020年，工信部发出了《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，意在推动移动物联网的规模化发展，将物联网碎片化的应用“串”起来。2020年，我国窄带物联网NB-IoT基站数和5G基站数均超过了70万个，移动物联网连接数超过了108亿。2021年，物联网发展将有哪些主要趋势？

NB-IoT仍在爬坡

目前我国NB-IoT的连接数已经超过了12亿，应用创新不断深化，水表、气表等领域应用已经达到了千万级，智慧停车、智慧路灯、智慧物流等百万级的应用领域正在不断涌现。

数据显示，目前中国电信的NB-IoT用户近8000万，NB-IoT连接数全球第一，NB市场占有率行业第一。同时，中国电信还部署了全球物联网领域首个异地多活NB-IoT设备服务平台，可提供亿级以上物联网设备服务，确保端到端业务流程安全。

凭借广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点，NB-IoT已经成为蜂窝物联网领域的主流技术。市场研究机构CounterpointIoT的最新研究数据显示，全球移动物联网连接数将在2025年突破50亿大关，其中NB-IoT的贡献比将接近一半。

2021年，由于NB-IoT的规模应用，芯片的生产成本会进一步下降，即使考虑到近期芯片、元器件缺货，NB-IoT模组整体价格下降的趋势不会改变。随着城市管理智能化的深入，NB-IoT的商业部署只会进一步加快，这将带动提高NB-IoT基站的使用率和新基站的部署。但期望NB-IoT能够在越过1亿连接数后，产生“滚雪球”的产业效应，只是一种乐观估计，主要原因是NB-IoT的应用场景、接入平台还比较分散，从梅特卡夫定律看，NB-IoT目前处于连接数的积累阶段，发展拐点还没有到来。

同时，NB-IoT也面临一些挑战，业内人士认为这些挑战体现在NB-IoT功耗、网络覆盖、商业模式三个方面。

NB-IoT的主要优势之一是低功耗。当前在移动物联网上，普遍采用的还是2G模块，NB-IoT的功耗比2G略好，但在中等频率和高频率实时使用时并没有非常明显的优势，而NB-IoT深度待机模式的功耗和2G掉电模式相差不多。所以以目前NB-IoT模块的实际功耗看，十年的超长待机时间是无法实现的，因此在低功耗一项上，NB-IoT优势并没有预计的大，所以采用NB-IoT的动力不够强。在网络覆盖上，NB-IoT相对于2G/3G/4G网络，其覆盖范围和网络质量还需提高，这也会影响用户的使用信心。在商业模式上，即使运营商开启高频服务功能，每年NB-IoT资费可以提升到35~40元，虽然提升了物联网业务的ARPU值（每用户平均收入），但对于运营商的直接收入贡献还非常有限。

LoRa发力室内场景

目前，在全球范围内已超过1亿个LoRa终端接入节点，中国作为最大的物联网应用市场，占了近半的LoRa节点部署数量，在一些能源、公共安全、智慧楼宇、电力、军事工业等行业得到应用。目前，LoRa技术也正在发力于室内场景应用，这将会成为LoRa最值得期待的市场。

LoRa最早于国外起步，在欧、美等国获得应用，但是应用相对分散。相比国外，国内起步较晚，LoRaWAN 协议的标准化落地情况比较差，但是发展速度快、应用丰富、规模大。作为和NB-IoT相似的技术，LoRa的问题与挑战主要是缺少政策及运营商的大力支持，但因为LoRa有其适用的场景，连接数一直在增长。

LoRa的问题是严重碎片化，这不仅制约LoRa产业的发展，也制约着LoRa企业的发展，且目前的产品丰富度无法满足碎片化应用需求，而且国内已有应用领域的市场增量有限，需要寻找新的应用领域拓展市场。目前电力和家居行业转向通过LoRa技术来解决问题。

从LoRa产业链看，相比于其他多数的无线通信技术，LoRa技术除了技术层面上的优势以外，丰富 健康 的产业链生态也是其优势之一，目前已形成了一个从LoRa芯片、模组、网关、终端、平台、系统集成商到解决方案提供商以及互联网企业、电信运营商等共同参与的格局。

哪些领域机会更多

疫情暴发以来，非接触式的远距离测温仪、巡逻无人机、防疫机器人等物联网产品在疫情防控和复工复产中，得到了广泛运用，2021年，这些应用会进一步升级，并将向在医疗保健中发挥作用发展。Forrester的研究预测，物联网会通过可穿戴设备和传感器实现主动的医疗保健参与，这将是2021年物联网应用的一大趋势。

Forrester认为，消费者将在2021年获得更多种类的无线连接。不仅有5G和移动物联网设备，蓝牙、Zigbee和近场通信（NFC）都在解决类似的物联网使用案例。Forrester的报告指出。诸如可穿戴设备和传感器之类的互动和主动参与将激增，它们可以检测患者在家中的 健康 状况。COVID-19之后的医疗保健将以数字医疗经验为主导，并将提高虚拟医疗的有效性。在家中监视的便利性将激发消费者对数字 健康 设备的赞赏和兴趣，因为他们可以对自己的 健康 有更深入的了解。数字医疗设备的价格将变得对消费者更加友好。

由于新冠肺炎疫情，迫使许多患者留在家里或延误了必要的护理，这使慢性病得不到控制，可预防的病得不到重视。医疗机构可以利用接入物联网的医疗设备增进对患者 健康 的了解，跟踪个性化医疗的结果。

另一方面，智能办公的利用率也会大大增长，Forrester期望至少80％的公司为未来的办公室制定全面的战略，其中包括IoT应用程序以增强员工安全性并提高资源效率，例如智能照明、电源、能源、环境监控和基于传感器的空间利用率等。高流量区域的活动监视对于优先进行站点清洁，管理拥挤区域以及修改办公室布局以实现 社会 疏远非常必要。

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。

ZigBee是低速的，低功耗无线控制协议，特色是可以自动组成网络，网络的每个节点可以借力传输数据，网络中需要一个集中节点来管理整个网络，也就意味着ZigBee网络中必须有一个类似路由器的角色，完成ZigBee协议到互联网协议的转换，这个额外的家伙就是hue的Starter包里面的那个Bridge的东西，它本身没有额外的用处，但是可以将其他的灯整合为一个网络，并连接到互联网上。
坏处就是增加了成本，增加了安装的复杂度，而且不能被我们的手机直接连接，必须要转接，好处则是通过Bridge可以让ZigBee灯连接到互联网上，从而具备了更多的远程访问能力（也意味着风险），hue就是基于这种技术的产品，每个子网大约支持50个节点。
ZigBee产品通常功耗较低，成本也相对于Wi-Fi产品低一些，与低功耗蓝牙产品相仿。

Zigbee网络的组建过程主要包括以下步骤：

部署网关：网关是连接物联网设备和其他网络的中心设备，在Zigbee网络中需要先部署一个网关。

配置节点：节点是Zigbee网络中的基本单元，在网络组建过程中需要配置每个节点的信息，包括节点地址、通信频率等。

组建网络：通过网关将节点连接在一起，形成一个Zigbee网络。

设置网络配置：设置Zigbee网络的相关参数，如通信频率、信道、网络安全等。

启动网络：启动Zigbee网络，节点之间开始进行通信。

Zigbee网络的组建过程需要对网络结构、通信协议、安全性等因素进行综合考虑，确保网络的可靠性和安全性。

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