一种基于RFID的室内智能教具系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于RFID的室内智能教具系统及其运行方法，其结构简单，易于运行，其将室内的桌椅坐标、照明灯光和多种预设的教学模式进行关联，能够实现多种智能教学功能。

An indoor intelligent teaching aids system based on RFID and its operation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于RFID的室内智能教具系统及其运行方法
本专利技术属于智能教育领域，特别涉及一种基于RFID的室内智能教具系统及其运行方法。
技术介绍
随着人工智能和物联网的发展，各种智能设备应运而生，极大地方便了人们的工作和生活。其中，很多智能设备是依赖于室内定位而工作的。在众多室内定位方法中，基于LANDMARC的室内定位方法由于使用廉价的RFID标签，降低了设备的运行成本，且具有较强的抗环境干扰能力。然而，由于定位环境的影响，信号在传播过程中会发生各种情况的反射、衍射和多径效应，从而使得定位结果误差较大，定位精度降低，并存在错选邻居标签的情况。中国专利申请CN109324321A通过将参考标签按等边三角形规则进行摆放，并判断是否存在错选邻居标签的情况而进行修正，使得修正与优化后的LANDMARC算法的定位精度相对于传统的LANDMARC算法得到明显的提高和改善。中国专利申请CN106714302A通过安装温度传感器、湿度传感器、亮度传感器和电磁辐射传感器形成传感器组，对环境的温度、湿度、光度、电磁辐射等环境因素进行监控，在系统初始化时能根据环境因素选择合适的工作参数，从而降低误差。这种方法由于引入了多种传感器，不但增加了成本，而且使得系统的复杂度大大地提高。此外，在智能教育领域，随着各种教学形式和方法的创新，教学用具也急需实现自动化和智能化，以满足智能教学的需求。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于RFID的室内智能教具系统及其运行方法，其结构简单，易于运行，其将室内的桌椅坐标、照明灯光和多种预设的教学模式进行关联，能够实现多种智能教学功能。为了达到上述目的，一方面，本专利技术提供了一种基于RFID的室内智能教具系统，包括：多个桌子，每个桌子上安装有第一RFID标签，用于发射表示桌子位置信息的RSSI数据；多个椅子，每个椅子上安装有第二RFID标签，用于发射表示椅子位置信息的RSSI数据；多个照明灯，照明灯为可接入无线网络并可通过所述无线网络控制的智能照明灯，安装于室内的天花板上，用于为室内提供照明；多个读写器天线，用于接收RFID标签的RSSI数据并传输给读写器，读写器天线也安装于室内的天花板上，并与照明灯相邻且一一对应；多个读写器，其分布在室内，与读写器天线通讯连接，用于读取读写器天线所接收的RFID标签的RSSI数据；终端处理器，其与读写器和照明灯通讯连接，用于对读写器读取的RFID标签的RSSI数据进行处理、控制照明灯以及输出视频信号。进一步地，本专利技术的基于RFID的室内智能教具系统还可以包括多个参考RFID标签，其以阵列的方式分布在室内。传统的LANDMARC系统中，参考RFID标签一般呈矩阵式分布；而在一些优化的LANDMARC系统中，参考RFID标签也可以以其他阵列的方式规律分布，例如在中国专利申请CN109324321A的Tri-LANDMARC系统中，参考RFID标签是按等边三角形规则进行分布的。本领域技术人员能够选择合适的参考RFID标签分布方式并采用相应的LANDMARC算法，来得到第一RFID标签和第二RFID标签在室内的位置坐标。进一步地，第一RFID标签和第二RFID标签距离地面的高度相同。这样的设置方式使得第一RFID标签和第二RFID标签到天花板上的读写器天线的距离在竖直方向的分量均相同，因此其信号强度的大小仅取决于其在水平面上的位置坐标不同，因此使得计算第一RFID标签和第二RFID标签的位置坐标时的运算量大大减少，且由于竖直方向上高度不同所造成的误差得以抵消，提高了定位精度。优选地，第一RFID标签安装在桌子的桌面前端中央位置；第二RFID标签安装在椅子的靠背后端中央位置。由于RFID标签所发出的射频信号是通过向上或斜向上到达天花板的读写器天线，这与传统的将RFID标签和读写器部署在室内地面的方式相比，大大地减少了障碍物的干扰，因为当本专利技术的教具系统处于使用状态时，即当教员和学员均落座就位时，水平方向的障碍物远远多于竖直方向的障碍物。因此，本专利技术的第一RFID标签和第二RFID标签的设置方式能够尽量避免射频信号发生遮挡、干扰、反射、折射等无法预估的情况，从而进一步提高了定位精度。优选地，读写器天线位于照明灯的前方，两者中心点之间的距离大致等于第一RFID标签到桌子的桌面中心点的距离。这样，读写器天线中心点、照明灯中心点、第一RFID标签和桌子的桌面中心点四者形成大致的平行四边形，照明灯发出的光到达桌面中心点的路径与第一RFID标签发出的射频到达读写器天线的路径大致平行。由于光和射频均为电磁波，其强度与路径的平方呈反比，因此照明灯投射到桌面的光强大致正比于该桌子对应的第一RFID标签所发射的射频到达该照明灯对应的读写器天线的信号强度，由此可以通过各读写器天线接收到的某个第一RFID标签所发出的RSSI值大小来判断该第一RFID标签所对应的桌子的桌面所接收的照明灯的光强大小，从而判断该桌子所受到的照明是否充足。进一步地，当照明灯为白光灯时，其亮度可以调节；当照明灯为三色灯时，其亮度和色温可以调节；当照明灯为彩光灯时，其亮度和颜色可以调节。白光灯或三色灯一般用于照明；而彩色灯除了可以用于照明，还可以用于在某些教学活动时营造灯光氛围。进一步地，读写器天线与读写器之间的通讯连接可以通过有线的方式连接，也可以通过无线的方式连接。进一步地，读写器与终端处理器之间的通讯连接可以通过有线的方式连接，也可以通过无线的方式连接。优选地，读写器天线、读写器、终端处理器和照明灯均通过WIFI接入无线局域网进行通讯。进一步地，终端处理器输出的视频信号可接入视频显示设备，例如电子黑板、投影仪或显示屏等。优选地，终端处理器安装于讲台处。另一方面，本专利技术还提供了上述基于RFID的室内智能教具系统的运行方法，包括以下步骤：(1)在室内部署若干安装有第一RFID标签的桌子、安装有第二RFID标签的椅子、参考RFID标签和读写器；在室内天花板部署若干照明灯和读写器天线；(2)读写器通过读写器天线采集第一RFID标签、第二RFID标签和参考RFID标签的RSSI值；(3)终端处理器对读写器采集的第一RFID标签、第二RFID标签和参考RFID标签的RSSI值进行处理，使用LANDMARC算法得到第一RFID标签和第二RFID标签的坐标；(4)终端处理器将得到的坐标信息与预设的教学模式数据进行比对，调出相应的教案，并通过输出视频信号将该教案对应的教学内容显示在显示设备上。进一步地，上述基于RFID的室内智能教具系统的运行方法还包括步骤：(5)终端处理器根据教案的设置方案自动对照明灯进行调节。进一步地，预设的教学模式包括一对多大班教学模式、二人讨论模式、三人小组模式、五人小组模式等。进一步地，比对的数据包括椅子的数量、桌子的数量、椅子的坐标(即第二RFID标签的坐标)和桌子坐标(即第一RFID标签的坐标)。又一方面，本专利技术的基于RFID的室内智能教具系统甚至可以不含有参考RFID标签时，此时其运行方法包括以下步骤：(1)在室内部署若干安装有第一RFID标签的桌子、安装有第二RFID标签的椅子和读写器；在室内天花板部署若干照明灯和读写器天线；(2)读写器通过读写器天线采集第一RF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述系统包括：多个桌子，每个所述桌子上安装有第一RFID标签，用于发射表示所述桌子位置信息的RSSI数据；多个椅子，每个所述椅子上安装有第二RFID标签，用于发射表示所述椅子位置信息的RSSI数据；多个照明灯，所述照明灯为可接入无线网络并可通过所述无线网络控制的智能照明灯，安装于室内的天花板上，用于为室内提供照明；多个读写器天线，用于接收RFID标签的RSSI数据并传输给读写器，所述读写器天线也安装于室内的天花板上，并与所述照明灯相邻且一一对应；多个读写器，其分布在室内，与所述读写器天线通讯连接，用于读取所述读写器天线所接收的RFID标签的RSSI数据；终端处理器，其与所述读写器和所述照明灯通讯连接，用于对所述读写器读取的RFID标签的RSSI数据进行处理、控制所述照明灯以及输出视频信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述系统包括：多个桌子，每个所述桌子上安装有第一RFID标签，用于发射表示所述桌子位置信息的RSSI数据；多个椅子，每个所述椅子上安装有第二RFID标签，用于发射表示所述椅子位置信息的RSSI数据；多个照明灯，所述照明灯为可接入无线网络并可通过所述无线网络控制的智能照明灯，安装于室内的天花板上，用于为室内提供照明；多个读写器天线，用于接收RFID标签的RSSI数据并传输给读写器，所述读写器天线也安装于室内的天花板上，并与所述照明灯相邻且一一对应；多个读写器，其分布在室内，与所述读写器天线通讯连接，用于读取所述读写器天线所接收的RFID标签的RSSI数据；终端处理器，其与所述读写器和所述照明灯通讯连接，用于对所述读写器读取的RFID标签的RSSI数据进行处理、控制所述照明灯以及输出视频信号。2.如权利要求1所述的基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述系统还包括多个参考RFID标签，其以阵列的方式分布在室内。3.如权利要求1或2所述的基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述第一RFID标签和所述第二RFID标签距离地面的高度相同。4.如权利要求3所述的基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述第一RFID标签安装在所述桌子的桌面前端中央位置；所述第二RFID标签安装在所述椅子的靠背后端中央位置。5.如权利要求4所述的基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述读写器天线位于所述照明灯的前方，两者中心点之间的距离大致等于所述第一RFID标签到所述桌子的桌面中心点的距离。6.如权利要求1或2所述的基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述照明灯为白光灯、三色灯或彩光灯；当所述照明灯为白光灯时，其亮度可以调节；当所述照明灯为三色灯时，其亮度和色温可以调节；当所述照明灯为彩光灯时，其亮度和颜色可以调节。7.如权利要求1或2所述的基于RFID的室内智能教具系统，其特征在于，所述读写器天线、所述读写器、所述终端处理器和所述照明灯均通过WIFI接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛毅，杨音，
申请(专利权)人：垂欧教科设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31