計算機多媒體智能中控網絡系統的設計

王曉超 李興山 李曉莉 宋震 陳高昂

漯河醫學高等專科學校 河南漯河 462002

隨著計算機多媒體技術與網絡信息技術的應用和普及，計算機多媒體教室已成為各大高校的主要教學場地。計算機多媒體中控網絡系統的合理設計能夠使管理工作事半功倍。多媒體中控系統設計遵循保證教學的實際需要的設計原則，中央控制系統采用二級控制管理，分為總控室綜合遠程控制（圖1）和教室端多媒體控制（圖2）兩部分[1]。整個計算機多媒體中控在總控室控制模塊要便于集中管理，具有管理的最高權限并能實時監控、安全可靠；教室端多媒體控制要操作簡單，界面設計人性化，具有自動延時關閉投影機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 。

計算機多媒體中控網絡系統既要便于操作、利于教學，還要具有監控教學、自身安全防護等功能。然而在實際使用過程中，計算機多媒體中控網絡系統存在多種信號切換、管理流程繁瑣、安全防護措施不到位等問題。筆者認為計算機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設備，同時還能為總控室管理人員實現實時監控、網絡通信與遠程控制功能，進而構建一套基于校園網絡的計算機多媒體智能中控系統[2]。

圖1 總控室綜合遠程端中控系統工作原理

圖2 教室端中央控制系統工作原理

1 系統工作原理

本文所設計的計算機多媒體中控網絡系統，通過TCP／IP技術聯接校園網絡，使教室端多媒體與總控室實現通信互動功能，系統工作原理如圖3所示。

教師進入教室打開中控器電源，此時任何多媒體教學設備都還不能工作；通過校園一卡通進行身份確認后，中控器接通其他多媒體設備的電源，才可以操作多媒體教學設備。授課結束，關閉教學設備后關閉中控系統，使系統進入鎖定狀態。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系總控室，總控室的管理人員可通過網絡遠程控制解除鎖定，打開教室端計算機多媒體。在多媒體教室適當位置安裝視頻監控設備，能兼顧教學秩序與教學設備的管理。總控室的管理人員能在遠程監控端通過攝像頭了解各教室多媒體設備的使用情況，當出現有教師授課后忘記關閉中控系統或出現非法使用的情況，遠程控制切斷設備電源，鎖定中控系統。

2 系統硬件設計

2.1 硬件構架

總控室作為統管計算機多媒體網絡系統的核心，具有最高的管理權限。各個多媒體教室的中控是為了方便教師操控，應設計操作簡單方便、功能實用。總控室的主控制器通過主控電腦連接教室端控制器，起到橋梁的作用。本文選擇經濟實用的RTC89單片機作為控制核心，如圖4所示。RTC89單片機接收主控電腦控制，并且通過主控制器的不同接口方式聯絡教室端控制器和其他外聯設備[3]。教室多媒體采用C8051F020單片機，作為控制核心，如圖5所示。身份認證模塊、設備控制模塊、網絡通信模塊構成外圍電路。設備控制模塊是核心模塊包括控制面板、開關控制電路、音視頻切換電路等三部分[1]。如圖1中所示計算機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RS-485總線通訊接口的數據信號通過校園互聯網聯絡教室端控制器。總控室具有大屏幕顯示器，通過電視墻服務器顯示教室的教學情況以及多媒體操作細節，為教學管理和質量監控提供方便。

圖3 計算機多媒體智能中控網絡系統一覽圖

圖4 多媒體網絡總控室主控芯片電路設計

圖5 多媒體教室中控芯片設計

圖6 系統軟件操作流程

2.2 關鍵中控芯片設計說明

多媒體網絡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運行狀態進行實時監測。看門狗芯片和單片機的一個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其他控制語句中間的，一旦單片機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入死循環狀態時，寫看門狗引腳的程序便不能被執行。這個時候，看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號，便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號，復位電路使單片機發生復位，即程序從程序存儲器的起始位置開始執行，這樣便實現了單片機的自動復位。身份認證模塊可以采用學校內部的校園一卡通，采用一卡通讀卡器識別教室內部多媒體啟用者的身份，保證安全需要。網絡通信模塊保證網絡信息暢通，可以有視頻監控、語音通訊、遠程控制功能等。

3 實踐經驗與優化系統流程

漯河醫學高等專科學校在2004年啟用了18套多媒體教室，現在常規教學已經用到了70多套多媒體教室。筆者參與多媒體教學管理多年，在設計多媒體智能中控網絡系統方面積累了豐富的實踐經驗。一般情況下，教師進入多媒體教室打開系統總電源，再使用校園一卡通識別教師身份，進一步啟用多媒體設備。如果教師沒有校園一卡通或者忘記隨身攜帶，可以使用教室內的語音話筒告知總控室的管理人員，通過總控室遠程控制啟用多媒體設備。總控室可以隨時監控教室內多媒體的使用情況，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備等功能，具有控制教室內部多媒體系統的最高權限。

設計計算機多媒體中控網絡系統，合理設計多媒體總控室芯片電路，并對計算機多媒體控制管理的系統流程進行優化設計才便于開展教學。為了更加直觀地說明整個系統工作的原理，現把所有系統工作中的操作流程簡單地用圖6描述。設計功能具備人性化、綜合性、實用性等要求[4]。教師在使用多媒體的時候會有音頻、視頻、實物展示等教學需要，讀取存儲載體還應具有常見的通用USB接口、DVD光盤驅動器等不同的設備支持和視頻、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使用者身份后即可方便地控制計算機多媒體。總控室的管理人員通過教室內的攝像頭了解教學設備的運行情況后，對多媒體設備進行監控管理。

4 結束語

本文探討計算機多媒體智能中控網絡系統的設計，簡單的接口控制開關的集成模式已逐漸被淘汰，文中使用了單片機C8051F020、RTC89，并介紹電路的設計方案，單片機的應用前景廣闊，在生活中的應用還有很多。多媒體中控智能化會隨著核心芯片的開發而逐步增強，如采用高速DSP芯片、FPGA可編程電路、ARM32位內嵌式處理器、CPU中央處理器等。利用計算機和現代信息技術搭建網絡平臺支持整個多媒體中控系統的協同工作，達到通信合作、信息共享、智能化等特點。

[1]李慶.基于嵌入式TCP/IP技術的網絡型多媒體中控器設計[J].陜西科技大學學報,2010,28(2):122-126.

[2]熊劍,朱洪武,胡耀文.智能化多媒體教室的設計與實現[J].中國教育技術裝備,2008(24):117-119.

[3]劉媛.高校多媒體教室中央控制系統的實現[D].天津:河北工業大學,2010.

[4]浦萬成.多媒體中控系統的設計與應用[J].北京聯合大學學報,2003,17(2):67-68.