計(jì)算機(jī)多媒體智能中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王曉超 李興山 李曉莉 宋震 陳高昂

漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 河南漯河 462002

隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用和普及，計(jì)算機(jī)多媒體教室已成為各大高校的主要教學(xué)場地。計(jì)算機(jī)多媒體中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)能夠使管理工作事半功倍。多媒體中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循保證教學(xué)的實(shí)際需要的設(shè)計(jì)原則，中央控制系統(tǒng)采用二級控制管理，分為總控室綜合遠(yuǎn)程控制（圖1）和教室端多媒體控制（圖2）兩部分[1]。整個計(jì)算機(jī)多媒體中控在總控室控制模塊要便于集中管理，具有管理的最高權(quán)限并能實(shí)時監(jiān)控、安全可靠；教室端多媒體控制要操作簡單，界面設(shè)計(jì)人性化，具有自動延時關(guān)閉投影機(jī)電源和回收屏幕功能，防止由于人工誤操作造成的不良后果 。

計(jì)算機(jī)多媒體中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既要便于操作、利于教學(xué)，還要具有監(jiān)控教學(xué)、自身安全防護(hù)等功能。然而在實(shí)際使用過程中，計(jì)算機(jī)多媒體中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在多種信號切換、管理流程繁瑣、安全防護(hù)措施不到位等問題。筆者認(rèn)為計(jì)算機(jī)多媒體教室的中控裝置首先能識別使用者身份，教師使用者能集中管理本教室的教學(xué)設(shè)備，同時還能為總控室管理人員實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信與遠(yuǎn)程控制功能，進(jìn)而構(gòu)建一套基于校園網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)多媒體智能中控系統(tǒng)[2]。

圖1 總控室綜合遠(yuǎn)程端中控系統(tǒng)工作原理

圖2 教室端中央控制系統(tǒng)工作原理

1 系統(tǒng)工作原理

本文所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)多媒體中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過TCP／IP技術(shù)聯(lián)接校園網(wǎng)絡(luò)，使教室端多媒體與總控室實(shí)現(xiàn)通信互動功能，系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

教師進(jìn)入教室打開中控器電源，此時任何多媒體教學(xué)設(shè)備都還不能工作；通過校園一卡通進(jìn)行身份確認(rèn)后，中控器接通其他多媒體設(shè)備的電源，才可以操作多媒體教學(xué)設(shè)備。授課結(jié)束，關(guān)閉教學(xué)設(shè)備后關(guān)閉中控系統(tǒng)，使系統(tǒng)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。若教師在授課前忘記帶校園一卡通卡，可以通過語音電話聯(lián)系總控室，總控室的管理人員可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制解除鎖定，打開教室端計(jì)算機(jī)多媒體。在多媒體教室適當(dāng)位置安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，能兼顧教學(xué)秩序與教學(xué)設(shè)備的管理。總控室的管理人員能在遠(yuǎn)程監(jiān)控端通過攝像頭了解各教室多媒體設(shè)備的使用情況，當(dāng)出現(xiàn)有教師授課后忘記關(guān)閉中控系統(tǒng)或出現(xiàn)非法使用的情況，遠(yuǎn)程控制切斷設(shè)備電源，鎖定中控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件構(gòu)架

總控室作為統(tǒng)管計(jì)算機(jī)多媒體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，具有最高的管理權(quán)限。各個多媒體教室的中控是為了方便教師操控，應(yīng)設(shè)計(jì)操作簡單方便、功能實(shí)用?？偪厥业闹骺刂破魍ㄟ^主控電腦連接教室端控制器，起到橋梁的作用。本文選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的RTC89單片機(jī)作為控制核心，如圖4所示。RTC89單片機(jī)接收主控電腦控制，并且通過主控制器的不同接口方式聯(lián)絡(luò)教室端控制器和其他外聯(lián)設(shè)備[3]。教室多媒體采用C8051F020單片機(jī)，作為控制核心，如圖5所示。身份認(rèn)證模塊、設(shè)備控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊構(gòu)成外圍電路。設(shè)備控制模塊是核心模塊包括控制面板、開關(guān)控制電路、音視頻切換電路等三部分[1]。如圖1中所示計(jì)算機(jī)總控室的主控電腦連接嵌入圖4主控芯片的主控面板，流經(jīng)RS-485總線通訊接口的數(shù)據(jù)信號通過校園互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)教室端控制器?？偪厥揖哂写笃聊伙@示器，通過電視墻服務(wù)器顯示教室的教學(xué)情況以及多媒體操作細(xì)節(jié)，為教學(xué)管理和質(zhì)量監(jiān)控提供方便。

圖3 計(jì)算機(jī)多媒體智能中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一覽圖

圖4 多媒體網(wǎng)絡(luò)總控室主控芯片電路設(shè)計(jì)

圖5 多媒體教室中控芯片設(shè)計(jì)

圖6 系統(tǒng)軟件操作流程

2.2 關(guān)鍵中控芯片設(shè)計(jì)說明

多媒體網(wǎng)絡(luò)總控室主控芯片電路圖中，“看門狗（watchdog）”電路的作用是對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。看門狗芯片和單片機(jī)的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平（或低電平），這一程序語句是分散地放在單片機(jī)其他控制語句中間的，一旦單片機(jī)由于來自外界的電磁場等干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行。這個時候，看門狗電路就會由于得不到單片機(jī)送來的信號，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號，復(fù)位電路使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動復(fù)位。身份認(rèn)證模塊可以采用學(xué)校內(nèi)部的校園一卡通，采用一卡通讀卡器識別教室內(nèi)部多媒體啟用者的身份，保證安全需要。網(wǎng)絡(luò)通信模塊保證網(wǎng)絡(luò)信息暢通，可以有視頻監(jiān)控、語音通訊、遠(yuǎn)程控制功能等。

3 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與優(yōu)化系統(tǒng)流程

漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校在2004年啟用了18套多媒體教室，現(xiàn)在常規(guī)教學(xué)已經(jīng)用到了70多套多媒體教室。筆者參與多媒體教學(xué)管理多年，在設(shè)計(jì)多媒體智能中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一般情況下，教師進(jìn)入多媒體教室打開系統(tǒng)總電源，再使用校園一卡通識別教師身份，進(jìn)一步啟用多媒體設(shè)備。如果教師沒有校園一卡通或者忘記隨身攜帶，可以使用教室內(nèi)的語音話筒告知總控室的管理人員，通過總控室遠(yuǎn)程控制啟用多媒體設(shè)備?？偪厥铱梢噪S時監(jiān)控教室內(nèi)多媒體的使用情況，通過語音電話警告不正確的使用者，具有終止或者鎖上多媒體設(shè)備等功能，具有控制教室內(nèi)部多媒體系統(tǒng)的最高權(quán)限。

設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)多媒體中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)多媒體總控室芯片電路，并對計(jì)算機(jī)多媒體控制管理的系統(tǒng)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)才便于開展教學(xué)。為了更加直觀地說明整個系統(tǒng)工作的原理，現(xiàn)把所有系統(tǒng)工作中的操作流程簡單地用圖6描述。設(shè)計(jì)功能具備人性化、綜合性、實(shí)用性等要求[4]。教師在使用多媒體的時候會有音頻、視頻、實(shí)物展示等教學(xué)需要，讀取存儲載體還應(yīng)具有常見的通用USB接口、DVD光盤驅(qū)動器等不同的設(shè)備支持和視頻、音頻切換等信號切換按鈕選擇。普通教師通過校園一卡通確認(rèn)使用者身份后即可方便地控制計(jì)算機(jī)多媒體?？偪厥业墓芾砣藛T通過教室內(nèi)的攝像頭了解教學(xué)設(shè)備的運(yùn)行情況后，對多媒體設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理。

4 結(jié)束語

本文探討計(jì)算機(jī)多媒體智能中控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，簡單的接口控制開關(guān)的集成模式已逐漸被淘汰，文中使用了單片機(jī)C8051F020、RTC89，并介紹電路的設(shè)計(jì)方案，單片機(jī)的應(yīng)用前景廣闊，在生活中的應(yīng)用還有很多。多媒體中控智能化會隨著核心芯片的開發(fā)而逐步增強(qiáng)，如采用高速DSP芯片、FPGA可編程電路、ARM32位內(nèi)嵌式處理器、CPU中央處理器等。利用計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代信息技術(shù)搭建網(wǎng)絡(luò)平臺支持整個多媒體中控系統(tǒng)的協(xié)同工作，達(dá)到通信合作、信息共享、智能化等特點(diǎn)。

[1]李慶.基于嵌入式TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)型多媒體中控器設(shè)計(jì)[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報,2010,28(2):122-126.

[2]熊劍,朱洪武,胡耀文.智能化多媒體教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國教育技術(shù)裝備,2008(24):117-119.

[3]劉媛.高校多媒體教室中央控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].天津:河北工業(yè)大學(xué),2010.

[4]浦萬成.多媒體中控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報,2003,17(2):67-68.