教室消息廣播系統方案設計

張方櫻+胡維

摘 要： 本文探索了教室消息廣播系統的現狀，根據現狀提出了解決方案，并從技術角度設計了基于LED的教室消息廣播系統的實用方案。本系統分為上位機和下位機，下位機采用基于ARM的LINUX實時操作系統，上位機采用X86架構的Windows系統。經過論證，該系統能滿足教室實時消息傳播的需求。

關鍵詞： 有線通信 無線通信 ARM ZigBee 時間同步

1.教室消息廣播系統現狀

1.1與選題相關的國內外研究和發展概況

在傳統的方法上，學校科室管理部門或者教室等需要將信息告知課室內或課室門內外的人員（學生、教師等），使用的發布、更新、刪改等方法大概可分為幾種：

對于非實時信息（通知，非緊急消息等）：①通過人力，將信息使用某種（書寫等）方式在不可移動物體（黑板等）上發布（更新），或者移除之;②先通過人力將信息使用某種（書寫、印刷等）方式在可移動的物體（紙、木板）等上面，再通過人力將帶有信息的物體從信息發布處安放在課室內或外以發布（更新），或者移除之。

對于實時信息/亞實時信息（時間、緊急消息等）：①用人力傳遞：以人為消息載體載體，以人聲或者黑板等為發布源，通過人將消息傳遞，以發布、更新、刪改;②用廣播傳遞：以人為消息載體載體，以廣播等為發布源，通過廣播將消息傳遞，以發布、更新、刪改。

以上傳統課室信息發布方法缺點分別有：①耗費人力，信息不易修改;②信息不可視化，教室內有聲音接受盲點，信息發布時所有課室不能有噪音，否則影響信息接收質量。

傳統的方法上，課室時間同步使用的方法通常有：①無時間同步：依賴教師或學生自身攜帶時間同步設備（手表、手機、手提電腦等）;②通過人力定時向課室傳遞最新時間;③用聲音同步時間：全校布置一個獲每棟樓布置一個大功率聲音產生裝置，通過鐘聲、鈴聲等同步時間;④使用掛鐘同步：課室內懸掛一個時鐘（石英鐘、電子鐘，電腦時鐘）以實現時間同步。

以上傳統課室信息發布方法缺點分別有：①不同教學樓，不同課室，不同室內人員無統一時間同步源;②耗費人力，僅同一課室時間同步;③不同樓層因聲音信號衰減無法收到時間同步信號或者不同教學樓時鐘信號不一;④不同教學樓，不同課室時間不同步。

LED信息顯示屏、有線網絡技術，無線網絡技術的發展為本畢業設計的課室內LED信息發布系統鋪下良好基礎，本課題擬解決傳統課室信息發布方法的缺點，最終實現跨教學樓、跨課室、跨室內人員的時間同步，教學信息內容接收一致，信息接收時間一致，可用于對課室的教學信息、應急事件（災害等）信息的實時發布，上下課時間同步，考試時間同步等功能。

1.2小結

目前國內電子時鐘市場處在一個生產公司居多，研發公司占少數的階段。

幾乎每個電子公司都有涉及電子時鐘的生產工作，但是專門研發電子時鐘系統的公司并不多，因此市場上尚未有大批量的多功能的電子時鐘系統的出現。考慮到中國市場的特殊性（山寨產品較多），一旦市場上出現較鮮見的科技產品，不用多久便會大范圍地出現這種產品，因此電子時鐘市場具有一定的風險。

就目前的市場而言，仍有大量的用戶在使用傳統的電子時鐘，對多功能的電子時鐘系統還沒有全面的認識，因此在本產品投入生產時必須大力宣傳，增強人們對新一代電子時鐘系統的認識。

事實上，近年來一些新一代的電子時鐘系統已經開始一步一步“入駐”越來越多的高校，價格上已可以被現在的消費者接受，用戶完全可以根據自己的需要和喜好選擇安裝不同功能的電子時鐘系統，以滿足自己的各種需求。

電子時鐘作為一種顯示時間的工具，是許多場所不可缺少的重要設備之一，在世界各地得到廣泛的應用。傳統的電子時鐘只是單純地顯示時間，而且各個時鐘無法完成彼此之間的互相同步校準時間的功能，對人們的工作生活造成嚴重的影響。

隨著經濟的不斷發展，人們對時間精確的要求越來越高，功能單一化的產品的市場越來越小，開始逐步被淘汰。然而，國內市場尚未有大批量的多功能電子時鐘產品的出現，大多數為功能不一的，不可同步校準時間的電子時鐘。為此，有必要開拓一塊屬于多功能電子時鐘產品滿足市場需求。

2.系統方案設計與論證

2.1 顯示屏方案

根據應用場合的不同，顯示屏的方案可以有多種：數碼管，1602液晶顯示屏，中小塊液晶顯示屏幕，LED點陣顯示屏（16X32）。數碼管功能簡單，易于實現，亮度較好，成本低廉;缺點是：無法顯示文字，可拓展性差。靜態LED文字顯示功能較簡單，易于實現，亮度較好，成本較低廉，可顯示固定字符、漢字;缺點是：文字只能固定，不能重配置。動態LED顯示的液晶顯示屏功能復雜，使用通用接口，亮度較好，成本較低廉，可顯示固定字符、漢字;缺點是：文字只能固定，不能重配置。LED點陣屏功能較復雜，使用特定控制HUB08、HUB10接口，亮度很好，可視距離長，成本一般，可顯示固定獲不固定字符、漢字;缺點是：控制較不易。

由于顯示屏用于時間和動態文字，單純數碼管和靜態LED只能顯示有限數字、字符、文字，而不能個性化設置文字內容，具有功能十分局限。另外，LCD/LED液晶顯示屏耗能大，亮度較暗，安裝在課室內顯示時間、文字信息等。因此，LED點陣屏是本項目的最佳方案選擇。

2.2 下位機方案

下位機由有線通信、無線通信、按鍵，顯示，音頻輸出、蜂鳴器等模塊組成，下位機系統主要模塊如圖1所示：

2.3 上位機方案

本系統上位機系統由兩部分構成，X86-Windows上位機和ARM-Linux上位機。X86-Windows上位機運行Win32應用程序，調用靜態庫，可在Windows2000，WinXP，Win7操作系統下運行， 上位機采用VB6.0和VC++6.0混合編程開發的軟件進行應用層功能的控制。ARM-Linux上位機采用現成ARM開發套件進行開發，需要進行Uboot的移植，Linux操作系統移植，文件系統移植，字符設備驅動，網絡設備驅動等功能。

2.4 有線通信方案

如圖2是有線通信模塊的拓撲圖：

2.5 無線通信方案

ZigBee無線通信網絡協議基于IEEE802.15.4協議，中文名為“紫蜂”。它的特點是距離近、功耗低、速率低，支持雙工通信。它工作在ISM的2.4GHz頻段上，傳輸速率為20kb/s-250kb/s，傳輸距離最近10m，最遠達75m。除此之外，它還有數據完整性檢查，AES-128加密算法協議簡單、成本低、時延短、網絡容量大等優點。所以本系統無線通信部分采用性價比較高的ZigBee通信方式。但與一般采用電池供電的系統不同，本系統采用市電供電。原因是下位機處于教室內，有穩定供電的市電電源。圖3是無線通信方式下系統拓撲圖：

3.結語

本文章的教室消息廣播系統方案，從技術角度闡述了實施的可行性。理論上能應用于小學、中學、大學等智能化多媒體課室的時鐘同步，時鐘播報，具有廣泛的應用性。

參考文獻：

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