基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多媒體中控器的設(shè)計方法研究

張力 武漢城市職業(yè)學(xué)院計算機與電子信息工程學(xué)院

現(xiàn)如今，隨著我國教育體制改革的不斷加快，使得現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用規(guī)?？焖贁U大，目前大部分高校出于教學(xué)實踐需求改進、擴建以及新建了許多多媒體教室。由于當前大多數(shù)多媒體教室中對于智能化電子設(shè)備以及數(shù)字化電子設(shè)備的應(yīng)用越來越頻繁，因此傳統(tǒng)的多媒體設(shè)計思路將導(dǎo)致多媒體教室在實際應(yīng)用過程中存在問題。而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多構(gòu)建的多媒體教室不僅可對設(shè)備的利用率進行提高，還可對傳統(tǒng)設(shè)計方式中存在的不足之處進行改進，從而達到智慧化管理以及控制的主要目的。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與多媒體教室結(jié)合意義概述

對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說，可將物品與物品開展信號以及信息的通信與交流，對相關(guān)設(shè)備進行非接觸控制和識別，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)以及感知技術(shù)三種。整體物聯(lián)網(wǎng)包含應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層三部分。感知層對大量的感應(yīng)終端以及傳感設(shè)備進行了應(yīng)用，對探測工具以及信號進行了集成，可使用非接觸的方式對信號進行采集與識別，處于整體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的最下層。同時感知層在構(gòu)建整體物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中提供了十分重要的作用。感知層可使用GPS設(shè)備、RFID、智能設(shè)備、二維碼和條形碼、攝像頭以及傳感器設(shè)備對數(shù)據(jù)進行感知并進行接收工作，同時將已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)信息以無線傳輸或者有線傳輸?shù)姆绞竭M行傳輸工作，而對物聯(lián)網(wǎng)感知識別工作中，RFID技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。網(wǎng)絡(luò)層對連接工具以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行了應(yīng)用，在整體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中可起到連接媒介的作用，可將感知層與應(yīng)用層進行連接。而應(yīng)用層可為使用用戶提供相應(yīng)的管理工具以及服務(wù)，主要進行數(shù)據(jù)處理工作以及控制指令傳達工作，處于整體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的最上層。在建設(shè)智慧校園的過程中，多媒體教師的建設(shè)具有十分重要的地位，是教育體系朝著信息化發(fā)展的重要體現(xiàn)，可對相應(yīng)的教學(xué)活動產(chǎn)生一定積極影響。在課堂教學(xué)的過程中，大多數(shù)演示教學(xué)需要在多媒體教室中進行，教師在進行教學(xué)的過程中可對多媒體設(shè)備進行手動操作，使用投影設(shè)備對實物投影進行放映，從而將知識向?qū)W生更直觀的進行展示，對其抽象性進行降低，從而提高教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量?，F(xiàn)如今，不同教育階段都開始使用多媒體教室進行課堂教學(xué)，而在建設(shè)多媒體教室的過程中，主要包含數(shù)字視頻展示臺、投影屏幕、液晶投影機、多媒體計算機、中央控制系統(tǒng)以及音響設(shè)備等電子設(shè)備。在傳統(tǒng)的多媒體教室建設(shè)理念中，不同電子設(shè)備需要進行單獨控制，不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)不具有互通性，導(dǎo)致在應(yīng)用過程中便利性不高。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多媒體教室建設(shè)開始發(fā)展，可實現(xiàn)智能化控制以及資源整合等功能，可以更加準確以及深入的對數(shù)據(jù)信息進行獲取，從而構(gòu)建關(guān)系型數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)庫，將不同設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進行無縫連接，從而提高課堂教學(xué)的便利性，強化課堂教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計概述

本中央控制系統(tǒng)的主控芯片選擇采用STC15F2K60S2型號的單片機，而單片機系統(tǒng)可用于接受本地上位機、面板鍵盤以及Zigbee模塊中設(shè)備狀態(tài)信息，遠程監(jiān)控上位機的運行環(huán)境，單片機可將這些信息進行有效處理從而轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制信號，使用設(shè)備控制模塊來進行功能操作。對于實時感知無線傳感網(wǎng)絡(luò)來說，可使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)中特有的拓撲結(jié)構(gòu)來對射頻識別、光線以及溫度等節(jié)點進行控制與檢測。以太網(wǎng)接口、視頻信號切換、面板鍵盤、開關(guān)控制以及HDMI/VGA信號切換等子模塊組成了其他控制模塊。同時串行通信模塊可對主控芯片的投影以及參數(shù)設(shè)置進行狀態(tài)檢測與指令控制，并且還可構(gòu)建與PC機的通信方式。

三、軟件程序設(shè)計

1.上位機通信軟件的實現(xiàn)

在上位機中，實現(xiàn)串行通信的開發(fā)工具為VB6.0，可對微軟公司提供的Mscomm32.ocx通訊空間進行調(diào)用，該控件的使用方式較為簡單，提供了標準通信命令接口，只要對通信空間的事件以及屬性進行監(jiān)視與設(shè)定后便可完成上位機的串口通信功能。本程序在設(shè)計過程中是將投影機開機控制指令進行更改的方式來對上位機與主控芯片的通信進行說明，完成單片機系統(tǒng)重寫寄存器信息的環(huán)節(jié)，具體操作方式可分為以下兩步：首先，制定通信協(xié)議。本系統(tǒng)制定的通信協(xié)議是使用對東芝投影機進行刷寫的方式進行實現(xiàn)的，同時將其通信波特率控制在了9600bps。串行通信協(xié)議格式的起始字符為“STX”，結(jié)束字符為“ETX”，投影廠家可針對自身情況自行對控制指令的數(shù)據(jù)信息進行設(shè)定，可構(gòu)建多個字節(jié)的指令長度，針對東芝投影機的字符控制情況來看，其控制指令為三個字符。其次為上位機的串口通信程序。本系統(tǒng)使用了Visual Basic對上位機的通信程序進行了編寫，使用事件驅(qū)動法來對信息數(shù)據(jù)進行接收，當Rthreshold數(shù)據(jù)信息存在于接收緩存區(qū)時，將觸發(fā)OnComm事件。本程序的設(shè)計方式為將不同功能字符的最后一位當做指令，例如投影開機指令為字符N，投影關(guān)機指令為字符F。選擇信號源可使用字符1、2、3來進行。當動作指令由PC機發(fā)出時，單片機會將接收的指令回發(fā)至PC機中，一旦PC機確認指令后再次發(fā)送控制指令，并將指令在客戶端軟件中進行顯示。單片機在對指令進行接收后便將其寫入至數(shù)組寄存器中，同時向投影機發(fā)送相應(yīng)的控制指令，完成最終操作。

2.以太網(wǎng)模塊程序的實現(xiàn)

嵌入式以太網(wǎng)控制器W5500為TCP服務(wù)器模式，在經(jīng)過Socket初始化后可連接至客戶端，在對Socket打開后，服務(wù)器可對LISTEN命令進行執(zhí)行，并進行偵聽，等待客戶端的連接。一旦服務(wù)器對客戶端的SYN包進行了偵聽，可對其請求進行接收并構(gòu)建Socket連接，在完成連接后ESTABLISHED狀態(tài)將替換掉原來的Socket狀態(tài)，同時客戶端監(jiān)控軟件可開展與中控器的設(shè)備控制功能以及狀態(tài)查詢功能，一旦客戶端或服務(wù)器對Socket關(guān)閉，需要對FIN數(shù)據(jù)包進行發(fā)送，在得到響應(yīng)后可將狀態(tài)改為SOCK_CLOSED，完成關(guān)閉操作。

3.下位機程序設(shè)計

主控器系統(tǒng)包含子程序控制、子程序切換以及單片機的初始化等功能。在對單片機進行初始化的過程中，可對定時器的開中斷、定時器的初始化、串口控制寄存器以及點源控制寄存器進行設(shè)置，隨后對遠程監(jiān)控中心以及本地PC機等上位機進行判斷。如果有請求便發(fā)出中斷指令，隨后跳轉(zhuǎn)至子程序模塊，在完成相應(yīng)工作后使用鍵盤對子程序進行掃描。如果沒有請求發(fā)出便直接使用鍵盤對子程序進行掃描，將檢測到的鍵值進行譯碼，從而找到相應(yīng)的按鍵，隨后執(zhí)行相應(yīng)的子程序，最終實現(xiàn)對不同信號模塊的控制工作。

四、結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的提高，教學(xué)方式以及教學(xué)手段也在不斷進步，近年來隨著信息化時代的來臨，多媒體教室開始廣泛應(yīng)用于各個教育階段的課堂教學(xué)中。隨著多媒體教室的頻繁使用，各個學(xué)校開始構(gòu)建智慧化的多媒體教室，但傳統(tǒng)的構(gòu)建方式存在較多不足之處，無法將所有數(shù)據(jù)信息進行連接，使其應(yīng)用效果較差。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用可幫助多媒體教室在構(gòu)建過程中將不同數(shù)據(jù)信息進行融合，從而充分發(fā)揮其應(yīng)有作用，進而提高教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量。