基于串口通信的多媒體教室控制系統(tǒng)

張?zhí)N綺

摘要：文章從充分利用設(shè)備功能的角度出發(fā)，研究投影機(jī)和計(jì)算機(jī)間的串行通信，并通過控制程序的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中控的大部分常用功能，為多媒體教室建設(shè)低成本集控提出了新思路。

關(guān)鍵詞：多媒體教室;串口通信;投影機(jī)控制

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0237-02

近年來，隨著高校信息化建設(shè)的開展，以網(wǎng)絡(luò)型中控為中心的集中控制模式成為各大高校多媒體教室的主流建設(shè)方案。網(wǎng)絡(luò)型中控在節(jié)省人力成本、提升管理效率方面起到了很大的作用，但是其技術(shù)層面上也存在性能不穩(wěn)定、排故困難、檢修周期長的技術(shù)瓶頸。為解決上述問題，筆者設(shè)計(jì)了基于串口通信的多媒體教室控制系統(tǒng)，為多媒體教室集控模式提出了新思路。

1 多媒體教室建設(shè)中存在的主要問題

網(wǎng)絡(luò)型中控雖然功能齊全，大幅度提升了管理效率，但在實(shí)際應(yīng)用中，還存在諸多問題：

1.1 性能不穩(wěn)定

網(wǎng)絡(luò)型中控集成了電源管理、聲音控制、音視頻切換、可編程串行通訊、網(wǎng)絡(luò)連接等功能，復(fù)雜的電路模塊和功能對其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出了很高的要求。模塊間接觸不良、鐵制講桌的靜電流引發(fā)短路、外部電壓的變化都會導(dǎo)致中控性能的不穩(wěn)定[1]。目前市場上的中控設(shè)備因缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而良莠不齊，即使是知名品牌在高頻使用下也易出故障。

1.2 維修困難

由于網(wǎng)絡(luò)型中控集成的設(shè)備數(shù)量多，維修時要找到故障環(huán)節(jié)相當(dāng)困難，需要花費(fèi)時間一步步地從接口、線路、設(shè)備各方面進(jìn)行排查，導(dǎo)致維修的效率很低。

1.3 功能上重復(fù)投資

主流教育工程投影機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上都具備多路信號的輸入輸出接口和信號控制功能，在使用中控的設(shè)計(jì)方案中，中控與投影機(jī)的數(shù)據(jù)與信號傳輸只使用到一組VGA接口和RS232串口，其他功能設(shè)定為在中控上實(shí)現(xiàn)[2]。而計(jì)算機(jī)自帶的串口同樣可以對投影機(jī)進(jìn)行信號控制。由此可見，在投影機(jī)和計(jì)算機(jī)的使用上普遍存在功能閑置、重復(fù)投資的現(xiàn)象。

2 方案設(shè)計(jì)思路

針對上述問題，筆者提出基于串口通信的多媒體教室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該方案利用投影機(jī)和計(jì)算機(jī)的RS-232串口通信功能，并以Visual Basic6.0為開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)客戶端控制程序，從而代替網(wǎng)絡(luò)中控實(shí)現(xiàn)對投影機(jī)的集中控制。

在硬件架構(gòu)上，以投影機(jī)為視頻連接中心、以計(jì)算機(jī)為控制中心，硬件上采用投影機(jī)（含幕）+計(jì)算機(jī)+擴(kuò)音設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)多媒體教室的功能。布局上剔除冗余設(shè)備、優(yōu)化內(nèi)部線路，從而達(dá)到提升系統(tǒng)整體性能，降低故障率的目的，為用戶提供穩(wěn)定、便捷、可靠的使用體驗(yàn)。

3 實(shí)現(xiàn)過程

3.1 以投影機(jī)為視頻連接中心

目前，市場上各品牌的教育工程投影機(jī)雖然型號多樣，但都自帶多輸入控制、聲音控制和信號切換等通用功能。表1為筆者所在學(xué)院所使用的投影機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中控的技術(shù)參數(shù)對比，根據(jù)該圖可以看出，該型號的投影機(jī)可以實(shí)現(xiàn)兩臺計(jì)算機(jī)、一臺普通視頻設(shè)備、一臺高清設(shè)備的音視頻輸入，并通過不同信號源之間的選擇實(shí)現(xiàn)音視頻同步與切換。由此可見，充分利用投影機(jī)的自身功能便可實(shí)現(xiàn)中控對投影的控制。

在線路設(shè)計(jì)上，所有設(shè)備的視頻輸入源信號都接入投影機(jī)，從投影的視頻輸出端連接到顯示器等輸出設(shè)備，硬件架設(shè)所用線纜及連接件與傳統(tǒng)多媒體教室建設(shè)并無區(qū)別[2]。

3.2 以計(jì)算機(jī)為控制中心

3.2.1 計(jì)算機(jī)與投影機(jī)的串口連接

在網(wǎng)絡(luò)型中控多媒體教室中，中控是通過單片機(jī)的串口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對投影機(jī)的開啟、關(guān)閉、信號源選擇等控制功能，同樣計(jì)算機(jī)也可利用主板自帶的RS-232串口對投影機(jī)進(jìn)行直接控制。投影機(jī)和計(jì)算機(jī)常見的串口多為9針標(biāo)準(zhǔn)接口（DB9）。因?yàn)橥队皺C(jī)和計(jì)算機(jī)間的通信方式為單工通信，只要把計(jì)算機(jī)串口的第3引腳（發(fā)送端）與投影機(jī)串口的第2引腳（接收端）相連，再把雙方串口的第5引腳（接地端）相連便可[3]。針對目前臺式機(jī)可能不設(shè)置串口的情況，可以通過配備PCI插槽串口卡或USB轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線來解決。

在RS-232串口通信中，因總線標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，傳輸距離一般不能超過15米。因此，當(dāng)投影機(jī)和計(jì)算機(jī)距離較遠(yuǎn)時要使用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器來延長通信距離[4]。

3.2.2 計(jì)算機(jī)與投影機(jī)串行通信的控制碼

投影機(jī)的控制碼大多為16進(jìn)制，數(shù)據(jù)包格式由起始字節(jié)、指令、參數(shù)、結(jié)束字節(jié)組成。不同品牌型號的投影機(jī)其控制碼存在一定差異，具體使用應(yīng)參考產(chǎn)品說明書。以愛普生EB-C1040XN投影機(jī)為例，其控制碼如圖1所示。

3.1.3 中控程序設(shè)計(jì)

1）MSComm串口通信控件

在設(shè)計(jì)中控程序時，選擇Visual Basic6.0作為開發(fā)環(huán)境，VB6.0中的MSComm控件可用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和投影機(jī)的串口通信。

MSComm控件屬性很多，本文只介紹和投影機(jī)控制相關(guān)的屬性：

CommPort：設(shè)置或返回連接的串口編號，屬性值用1、2……串口COM1、COM2……，表示取值范圍為1-16（默認(rèn)值是1）。

Settings：設(shè)置或返回?cái)?shù)據(jù)傳輸速率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位參數(shù)（默認(rèn)值是“9600，N，8，1”），屬性值為字符串。

PortOpen：設(shè)置或返回通信端口狀態(tài)，屬性值為Boolean型，Ture為端口打開，F(xiàn)alse為關(guān)閉。

Input ：用于從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符，屬性值為Variant變量。

Output： 用于向傳輸緩沖區(qū)寫一個字符串，屬性值為Variant變量。

2）程序設(shè)計(jì)

以愛普生EB-C1040XN投影機(jī)為例，完成主要控制功能的核心代碼如下所示：

①端口初始化

MSComm1.CommPort=1//指定計(jì)算機(jī)通信端口是COM1

MSComm1.Settings=“9600，N，8，1”//計(jì)算機(jī)通信端口初始化，設(shè)置其波特率為9600bps，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位

MSComm1.PortOpen=True//打開COM1

②開啟投影機(jī)

Dim OP（7） As Byte//定義字節(jié)數(shù)組用于存儲控制碼

OP（0）=&H50

OP（1）=&H57

OP（2）=&H52

OP（3）=&H20

OP（4）=&H4F

OP（5）=&H4E

OP（6）=&H0D/*按照串行通信從低位到高位發(fā)送的順序?qū)⒖刂拼a逐個賦值于字節(jié)數(shù)組*/

PON=OP//將數(shù)組賦值于變量

MSComm1.Output=PON//發(fā)送控制碼[5]

實(shí)現(xiàn)投影機(jī)其他控制功能如關(guān)閉、切換信號源的核心代碼與代碼②的框架相同，只需把相應(yīng)的控制碼按順序賦值給數(shù)組，通過串口通信控件發(fā)送給投影機(jī)完成對應(yīng)的操作。需要注意的是用16進(jìn)制表示的投影機(jī)控制碼要轉(zhuǎn)換成VB格式代碼，如53H應(yīng)轉(zhuǎn)換為&H53，其他代碼以此類推，設(shè)計(jì)完成的投影機(jī)控制程序用戶界面如圖2所示。

把調(diào)試完成的程序在VB6.0中生成.exe可執(zhí)行文件，如取名為“投影機(jī)控制程序.exe”，并把此文件復(fù)制到安裝了VB6.0環(huán)境的多媒體教室計(jì)算機(jī)中。考慮到教師的使用習(xí)慣，應(yīng)把“投影機(jī)控制程序.exe”設(shè)定為開機(jī)自啟動，方法是打開“開始”菜單，在“所有程序”中找到“啟動”項(xiàng)，在“啟動”窗口中拖入“投影機(jī)控制程序.exe”，這樣開機(jī)后該程序就能自動運(yùn)行。考慮到下課后教師忘記關(guān)閉投影的情況，可用VB6.0再編寫一個提示程序，具體編程方法與投影機(jī)控制程序類似，故而不再贅述。

提示程序應(yīng)設(shè)定為當(dāng)用戶觸發(fā)關(guān)閉/重啟計(jì)算機(jī)時會彈出提醒，這里要用到組策略對電腦進(jìn)行設(shè)置，把“提示程序.exe”作為腳本添加進(jìn)去，這樣當(dāng)用戶關(guān)閉或重啟電腦時系統(tǒng)會自動提示，如圖3所示。另外提示信息的窗體border style屬性設(shè)為0（無邊框），用戶必須選擇一項(xiàng)按鈕才可進(jìn)行下一步操作，為投影設(shè)置了第二道保護(hù)措施。

4 不足之處及其解決思路

相對于使用網(wǎng)絡(luò)中控，基于串口通信的多媒體教室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案還兩項(xiàng)其不足之處：一是投影機(jī)沒有延時斷電功能，二是幕布無法自動升降。

針對投影機(jī)延時斷電方面，可以設(shè)計(jì)專門的延時斷電保護(hù)電路，電路中使用時間繼電器來達(dá)到關(guān)閉投影自動延時斷電的效果。針對幕布自動控制方面，可以通過設(shè)計(jì)單片機(jī)控制繼電器電路來實(shí)現(xiàn)幕布與投影的聯(lián)動以及單獨(dú)控制;也可以利用投影機(jī)的“trigger out”接口來實(shí)現(xiàn)聯(lián)動功能。“trigger out”屬于3.5mm mini-jack接口（非立體聲），當(dāng)投影機(jī)啟動時，它輸出12V電壓，當(dāng)投影關(guān)閉時則輸出0V電壓，當(dāng)它與配置“trigger out”接口的電動幕布配套使用時，通過該接口的觸發(fā)功能可實(shí)現(xiàn)幕布與投影聯(lián)動。

5 結(jié)束語

使用計(jì)算機(jī)代替網(wǎng)絡(luò)中控實(shí)現(xiàn)多媒體集控功能，一方面降低了建設(shè)成本，在相同經(jīng)費(fèi)條件下可對核心設(shè)備的品質(zhì)進(jìn)行提升;另一方面通過簡化多媒體教室的設(shè)備構(gòu)成來減少接觸不良、面板按鍵磨損等現(xiàn)象，降低了多媒體教室的故障概率，為多媒體集控模式提出了新思路，具體一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王永斌， 張波.以投影機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)控制多媒體教室建設(shè)方案研究[J].中國教育技術(shù)裝備， 2016（8）：28-33.

[3] 黃天強(qiáng). 投影機(jī)RS232串口通信控制研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 科技視界， 2013（33）：181-182.

[4] RS232串口通訊隔離方案介紹-接口/總線/驅(qū)動-電子發(fā)燒友網(wǎng)[EB/OL]. http：//www.elecfans.com/emb/jiekou/20180522681710.html.

[5] 李潤生， 任益夫. PC與投影機(jī)的串行通信研究[J]. 電腦編程技巧與維護(hù)，2011（19）： 54-56.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】