计算机多媒体智能中控网络系统的设计

王晓超 李兴山 李晓莉 宋震 陈高昂

漯河医学高等专科学校 河南漯河 462002

随着计算机多媒体技术与网络信息技术的应用和普及，计算机多媒体教室已成为各大高校的主要教学场地。计算机多媒体中控网络系统的合理设计能够使管理工作事半功倍。多媒体中控系统设计遵循保证教学的实际需要的设计原则，中央控制系统采用二级控制管理，分为总控室综合远程控制（图1）和教室端多媒体控制（图2）两部分[1]。整个计算机多媒体中控在总控室控制模块要便于集中管理，具有管理的最高权限并能实时监控、安全可靠；教室端多媒体控制要操作简单，界面设计人性化，具有自动延时关闭投影机电源和回收屏幕功能，防止由于人工误操作造成的不良后果 。

计算机多媒体中控网络系统既要便于操作、利于教学，还要具有监控教学、自身安全防护等功能。然而在实际使用过程中，计算机多媒体中控网络系统存在多种信号切换、管理流程繁琐、安全防护措施不到位等问题。笔者认为计算机多媒体教室的中控装置首先能识别使用者身份，教师使用者能集中管理本教室的教学设备，同时还能为总控室管理人员实现实时监控、网络通信与远程控制功能，进而构建一套基于校园网络的计算机多媒体智能中控系统[2]。

图1 总控室综合远程端中控系统工作原理

图2 教室端中央控制系统工作原理

1 系统工作原理

本文所设计的计算机多媒体中控网络系统，通过TCP／IP技术联接校园网络，使教室端多媒体与总控室实现通信互动功能，系统工作原理如图3所示。

教师进入教室打开中控器电源，此时任何多媒体教学设备都还不能工作；通过校园一卡通进行身份确认后，中控器接通其他多媒体设备的电源，才可以操作多媒体教学设备。授课结束，关闭教学设备后关闭中控系统，使系统进入锁定状态。若教师在授课前忘记带校园一卡通卡，可以通过语音电话联系总控室，总控室的管理人员可通过网络远程控制解除锁定，打开教室端计算机多媒体。在多媒体教室适当位置安装视频监控设备，能兼顾教学秩序与教学设备的管理。总控室的管理人员能在远程监控端通过摄像头了解各教室多媒体设备的使用情况，当出现有教师授课后忘记关闭中控系统或出现非法使用的情况，远程控制切断设备电源，锁定中控系统。

2 系统硬件设计

2.1 硬件构架

总控室作为统管计算机多媒体网络系统的核心，具有最高的管理权限。各个多媒体教室的中控是为了方便教师操控，应设计操作简单方便、功能实用。总控室的主控制器通过主控电脑连接教室端控制器，起到桥梁的作用。本文选择经济实用的RTC89单片机作为控制核心，如图4所示。RTC89单片机接收主控电脑控制，并且通过主控制器的不同接口方式联络教室端控制器和其他外联设备[3]。教室多媒体采用C8051F020单片机，作为控制核心，如图5所示。身份认证模块、设备控制模块、网络通信模块构成外围电路。设备控制模块是核心模块包括控制面板、开关控制电路、音视频切换电路等三部分[1]。如图1中所示计算机总控室的主控电脑连接嵌入图4主控芯片的主控面板，流经RS-485总线通讯接口的数据信号通过校园互联网联络教室端控制器。总控室具有大屏幕显示器，通过电视墙服务器显示教室的教学情况以及多媒体操作细节，为教学管理和质量监控提供方便。

图3 计算机多媒体智能中控网络系统一览图

图4 多媒体网络总控室主控芯片电路设计

图5 多媒体教室中控芯片设计

图6 系统软件操作流程

2.2 关键中控芯片设计说明

多媒体网络总控室主控芯片电路图中，“看门狗（watchdog）”电路的作用是对单片机运行状态进行实时监测。看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连，该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平），这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于来自外界的电磁场等干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行。这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，复位电路使单片机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。身份认证模块可以采用学校内部的校园一卡通，采用一卡通读卡器识别教室内部多媒体启用者的身份，保证安全需要。网络通信模块保证网络信息畅通，可以有视频监控、语音通讯、远程控制功能等。

3 实践经验与优化系统流程

漯河医学高等专科学校在2004年启用了18套多媒体教室，现在常规教学已经用到了70多套多媒体教室。笔者参与多媒体教学管理多年，在设计多媒体智能中控网络系统方面积累了丰富的实践经验。一般情况下，教师进入多媒体教室打开系统总电源，再使用校园一卡通识别教师身份，进一步启用多媒体设备。如果教师没有校园一卡通或者忘记随身携带，可以使用教室内的语音话筒告知总控室的管理人员，通过总控室远程控制启用多媒体设备。总控室可以随时监控教室内多媒体的使用情况，通过语音电话警告不正确的使用者，具有终止或者锁上多媒体设备等功能，具有控制教室内部多媒体系统的最高权限。

设计计算机多媒体中控网络系统，合理设计多媒体总控室芯片电路，并对计算机多媒体控制管理的系统流程进行优化设计才便于开展教学。为了更加直观地说明整个系统工作的原理，现把所有系统工作中的操作流程简单地用图6描述。设计功能具备人性化、综合性、实用性等要求[4]。教师在使用多媒体的时候会有音频、视频、实物展示等教学需要，读取存储载体还应具有常见的通用USB接口、DVD光盘驱动器等不同的设备支持和视频、音频切换等信号切换按钮选择。普通教师通过校园一卡通确认使用者身份后即可方便地控制计算机多媒体。总控室的管理人员通过教室内的摄像头了解教学设备的运行情况后，对多媒体设备进行监控管理。

4 结束语

本文探讨计算机多媒体智能中控网络系统的设计，简单的接口控制开关的集成模式已逐渐被淘汰，文中使用了单片机C8051F020、RTC89，并介绍电路的设计方案，单片机的应用前景广阔，在生活中的应用还有很多。多媒体中控智能化会随着核心芯片的开发而逐步增强，如采用高速DSP芯片、FPGA可编程电路、ARM32位内嵌式处理器、CPU中央处理器等。利用计算机和现代信息技术搭建网络平台支持整个多媒体中控系统的协同工作，达到通信合作、信息共享、智能化等特点。

[1]李庆.基于嵌入式TCP/IP技术的网络型多媒体中控器设计[J].陕西科技大学学报,2010,28(2):122-126.

[2]熊剑,朱洪武,胡耀文.智能化多媒体教室的设计与实现[J].中国教育技术装备,2008(24):117-119.

[3]刘媛.高校多媒体教室中央控制系统的实现[D].天津:河北工业大学,2010.

[4]浦万成.多媒体中控系统的设计与应用[J].北京联合大学学报,2003,17(2):67-68.