基于TCP/IP協(xié)議的多媒體教室管理系統(tǒng)的研究與實(shí)踐

黃婷 李佩學(xué)

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530007）

基于TCP/IP協(xié)議的多媒體教室管理系統(tǒng)的研究與實(shí)踐

黃婷 李佩學(xué)

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530007）

面對國內(nèi)外職業(yè)院校都在推行多媒體教室智能化管理理念，管理改革多媒體教室的深入開展，已成為職業(yè)院校多媒體教室管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文就當(dāng)前多媒體教室智能管理系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能問題提出一些觀點(diǎn)，希望能夠?yàn)槁殬I(yè)院校多媒體教室智能化管理相關(guān)研究提供參考和借鑒。

多媒體教室；中控單元；TCP/IP；管理系統(tǒng)

引言

目前國內(nèi)外職業(yè)院校都在推行多媒體教室智能化管理理念，對于管理改革多媒體教室的深入開展，有著超前趨勢。多是采用基于控制主機(jī)-校園網(wǎng)-IP控制模塊-集中控制器-多媒體教學(xué)設(shè)備-被控設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)采集-教學(xué)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)返回主控機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多媒體教室和設(shè)備進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)化管理，由于中控主機(jī)是通過發(fā)控制編碼的方式來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制，所以各種受控設(shè)備必需與中控主機(jī)存在物理上連接。根據(jù)多媒體教室需要可執(zhí)行遠(yuǎn)程管理，統(tǒng)一監(jiān)控，通過執(zhí)行遠(yuǎn)程管理控制每間教室的設(shè)備的電源開關(guān)，如控制多媒體教室銀幕的上下、投影機(jī)的開關(guān)、投影機(jī)的信號(hào)切換、計(jì)算機(jī)的開關(guān)等。

1 多媒體教室智能管理系統(tǒng)需求分析（含智能中控，聽課，數(shù)字廣播，教師考勤及網(wǎng)絡(luò)中控鎖）

學(xué)院的多媒體教室數(shù)量逐年遞增，目前70％左右的教室是多媒體教室。設(shè)備型號(hào)眾多，采購批次不同，功能及操作不盡相同，對教師操作要求較高，提高設(shè)備管理維護(hù)的難度，而且傳統(tǒng)的多媒體教室功能相對單一，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多媒體設(shè)備管控，遠(yuǎn)程聽課，教室廣播，教師考勤，門禁及設(shè)備關(guān)鎖等功能。如何實(shí)現(xiàn)對分散的多媒體教室實(shí)行智能化管理已經(jīng)成為現(xiàn)代教育資源管理的一個(gè)熱點(diǎn)問題。多媒體教室智能單點(diǎn)管理系統(tǒng)是指通過統(tǒng)一智能的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多媒體教室的所有設(shè)備的智能化管理，如：實(shí)時(shí)了解設(shè)備使用狀態(tài)、簡化管理流程、遠(yuǎn)程管理、故障自動(dòng)報(bào)警等功能，以此達(dá)到提高設(shè)備利用率、節(jié)省故障診斷及處理時(shí)間、提高工作效率。

隨著教育信息化的快速發(fā)展，目前我學(xué)院多媒體教室設(shè)備管理方式以不能滿足教學(xué)的需求。管理模式處于相對落后狀態(tài)，基本是一種被動(dòng)人工的管理模式。這種管理方式效率低且浪費(fèi)人力物力，故障頻發(fā)時(shí)易影響教學(xué)正常秩序，落后于學(xué)院信息化建設(shè)的發(fā)展步伐。本項(xiàng)目旨在利用學(xué)院現(xiàn)有資源，通過建設(shè)多媒體教室智能管理系統(tǒng)提高多媒體教室管理效率及使用效果，研究實(shí)現(xiàn)投影儀、本地執(zhí)行管理器、幕布、計(jì)算機(jī)、音箱、麥克風(fēng)等多媒體教室設(shè)備智能化管理模式。用較少的人員科學(xué)管理多媒體教室，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決多媒體教室使用中出現(xiàn)的問題，實(shí)現(xiàn)大幅縮短設(shè)備維修維護(hù)響應(yīng)時(shí)間，能更好保障設(shè)備以滿足教學(xué)需求，服務(wù)師生，促進(jìn)教學(xué)改革與發(fā)展?，F(xiàn)階段多媒體教室管理存在主要的問題：

（1）人工的管理模式管理多媒體教室，設(shè)備出現(xiàn)故障，排除故障和響應(yīng)時(shí)間不夠及時(shí)。導(dǎo)致教室調(diào)配效率偏低，教室管理不全面，出現(xiàn)耗時(shí)又耗力（人力、物力和財(cái)力）等問題。

（2）教室和教學(xué)設(shè)備使用情況不便于監(jiān)督，造成教學(xué)設(shè)備使用數(shù)據(jù)不能及時(shí)統(tǒng)計(jì)，不利于督導(dǎo)教學(xué)管理。

（3）多媒體教學(xué)設(shè)備缺少安防管理。較易造成設(shè)備遺失。

研究內(nèi)容：

（1）研究多媒體教室智能化管理，提高管理多媒體教室的效率；

（2）研究執(zhí)行遠(yuǎn)程管理，監(jiān)控多媒體教室統(tǒng)一管理教學(xué)資源；

（3）系統(tǒng)的適用性強(qiáng)：平臺(tái)從學(xué)校的實(shí)際情況出發(fā)，在現(xiàn)有的校園網(wǎng)絡(luò)和多媒體教室設(shè)備的基礎(chǔ)上稍加投資，使網(wǎng)絡(luò)中央控制系統(tǒng)與校園網(wǎng)相結(jié)合，適用于我學(xué)院并且投入資金不大；

（4）系統(tǒng)的操作簡易性：運(yùn)行操作應(yīng)方便、簡易、智能化；

（5）保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性、兼容可擴(kuò)展性。

2 智能多媒體教室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

解決目前這種多媒體教室管理現(xiàn)狀。我們采用利用成熟可靠技術(shù)及集成整合第三方產(chǎn)品來開發(fā)智能多媒體教室管理系統(tǒng)。這是我們總體設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)的適用性強(qiáng)、系統(tǒng)的操作簡易性、保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性、兼容可擴(kuò)展性。用其來輔助多媒體教室的管理，擬解決現(xiàn)有多媒體教室資源與基于工作過程多媒體教室智能化教室改革不配套的問題，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程統(tǒng)管控的智能平臺(tái)。開發(fā)集成出配套的執(zhí)行遠(yuǎn)程管理單元（軟件），監(jiān)管教學(xué)資源。為教學(xué)改革奠定良好基礎(chǔ)。聽課及數(shù)字廣播功能。系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)基于TCP/ip協(xié)議，管理端采用WEB模式。多媒體教室端以中控單元為核心連接模塊，電器控制模塊，智能網(wǎng)關(guān)控制器，二級(jí)交換機(jī)配合其工作。分別連接外圍的相關(guān)設(shè)備及服務(wù)器。主要鏈路采用TCP/IP協(xié)議工作，局部鏈路采用RS485、RS232，CAN，LANWORKS等局部總線協(xié)議建立智能多媒體教室管理系統(tǒng)基礎(chǔ)通訊架構(gòu)。該架構(gòu)設(shè)計(jì)思路就是：建立設(shè)備管理專用網(wǎng)絡(luò)（與互聯(lián)網(wǎng)相對獨(dú)立，采用獨(dú)立網(wǎng)段通過路由鏈接），在多媒體教室端使用交換設(shè)備分別連接各種設(shè)備，其他設(shè)備采用支持局部總線協(xié)議物理連接方式構(gòu)建基礎(chǔ)鏈路架構(gòu)。管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

3 管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

多媒體教室智能管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)多媒體教室的講臺(tái)中控鎖，總電源，教師使用的計(jì)算機(jī)，升降幕布，開投影設(shè)備，音箱電源及音量的調(diào)節(jié)，同時(shí)監(jiān)控其狀態(tài)。同時(shí)可以對教室中其他邊緣設(shè)備進(jìn)行相關(guān)控制，如控制設(shè)備供電、電動(dòng)窗簾，門禁開關(guān)等設(shè)備的控制。系統(tǒng)能對多媒體教室控受控信息瞬態(tài)刷新并反饋在主控計(jì)算機(jī)管理端上，并可存儲(chǔ)其當(dāng)前狀態(tài)信息。管理者可以依據(jù)此信息做相應(yīng)管理操作，中控鎖可以使用校園智能卡開啟，并可依據(jù)上課情進(jìn)行授權(quán)，有課教師的智能卡（教師卡）才能開啟，同時(shí)又密碼方式開啟，遠(yuǎn)程開啟，并產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)據(jù)信息記錄，對其處理具有教師考勤等功能。投影系統(tǒng)與移動(dòng)終端集成DLNA協(xié)議，支持無線影音傳輸投射幕布及影響的功能，實(shí)現(xiàn)教師課堂內(nèi)無紙化及移動(dòng)方式授課，極大提高教師上課便利性及增強(qiáng)課堂互動(dòng)交流可能性。集成的數(shù)字廣播系統(tǒng)可以對某一教室實(shí)現(xiàn)對講，也可以對指定的教室及區(qū)域進(jìn)行廣播。聽課系統(tǒng)能夠依據(jù)課程表及指定教師及自主選擇等方式進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)聽課。聽課音視頻與上課進(jìn)度同步。實(shí)現(xiàn)教師板書區(qū)域展示，教師計(jì)算機(jī)桌面展示及學(xué)生區(qū)域展示，能多角度采集視頻，同時(shí)采集音頻。并可錄像存儲(chǔ)。顯示主機(jī)進(jìn)行掃描返回設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中，本系統(tǒng)與排課系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)合起來，自動(dòng)把空閑的教室標(biāo)記出來，課前自動(dòng)開門，沒課沒人自動(dòng)關(guān)門。系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)淙鐖D2。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及開發(fā)平臺(tái)（主要以中控系統(tǒng)為例）

系統(tǒng)主要采用TCP/IP協(xié)議及邊緣設(shè)備其它總線協(xié)議RS485、RS232，CAN，LANWORKS等局部系統(tǒng)的總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)，中控模塊主程序通過嵌入TCP/IP協(xié)議棧來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)微系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能。TCP/IP協(xié)議是一組用來連接Internet上的各種系統(tǒng)的協(xié)議族。其保障英特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)能快速準(zhǔn)確的傳輸。TCP/IP協(xié)議主要由五層組成：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層，其對應(yīng)ISO模型的主要層級(jí)。智能多媒體管理主要通訊鏈路使用TCP/IP及UDP，ICMP協(xié)議。微系統(tǒng)支持TCP/IP協(xié)議也是采用分層實(shí)現(xiàn)的方法。TCP/IP連接中控模塊的CPU采用51系列單片機(jī)的AT89c52型號(hào)。采用了32K外部存儲(chǔ)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，使用的存儲(chǔ)芯片型號(hào)是SRAM62256。采用了64K外部存儲(chǔ)作為程序存儲(chǔ)區(qū)。使用的存儲(chǔ)芯片型號(hào)是EPROM27512。其刷入TCP/IP協(xié)議棧，RS485、RS232協(xié)議和主控制程序。中控模塊主控程序設(shè)計(jì)主要功能包括：首先是實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，RS485、RS232協(xié)議通訊，確保通訊鏈路暢通，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)及局部總線相關(guān)的功能。其次是執(zhí)行對外圍設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視及根據(jù)管理控制指令進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換。該中控模塊系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用C語言編寫程序及TCP/IP協(xié)議棧。因此更便于閱讀、更便于移植、同時(shí)也便于功能擴(kuò)展及升級(jí)。通過單片機(jī)微系統(tǒng)管理投影機(jī)。RS232接口2RXD接受數(shù)據(jù)，RS232接口3接受數(shù)據(jù)TXD信號(hào)控制投影開關(guān)。開關(guān)信號(hào)來源于控制面板微動(dòng)開關(guān)及遠(yuǎn)程管理PC，偵測計(jì)算機(jī)開關(guān)狀態(tài)，音箱，功放微控電源開關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對其開關(guān)。其過程是：系統(tǒng)收到該開關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制端，控制端接收到開關(guān)信號(hào)，將信號(hào)打包并過網(wǎng)絡(luò)傳遞，給開關(guān)信號(hào)處理模塊網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)收到信號(hào)，識(shí)別信號(hào)源，并且識(shí)別操作狀態(tài)，做出相應(yīng)處理完后，將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)執(zhí)行模塊，執(zhí)行信號(hào)指令。MCU與繼電器連，繼電器與開關(guān)連，MCU弱電控制繼電器操控開關(guān)開閉完成對邊緣設(shè)備控制。其他基于RS232協(xié)議采用類似方法。rs232串口通信開關(guān)控制程序采用AutoSwitcher軟件工具來開發(fā)，TXD及RXD口收發(fā)中控碼指令實(shí)現(xiàn)對投影機(jī)開關(guān)。教室計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程喚醒模式，配置了網(wǎng)卡的固定IP地址綁定網(wǎng)卡的MAC地址，并配置了路由器的端口映射，即可用遠(yuǎn)程指令控制計(jì)算機(jī)的開關(guān)。WEB端采用以基于ASP.NET的C#作為開發(fā)語言，Microsoftv isual Studio 2008及Sql 2005作為系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。

聽課系統(tǒng)及數(shù)字廣播系統(tǒng)主要采用功能硬件集成整合方式實(shí)現(xiàn)，也是采用TCP/IP作為主要通訊協(xié)議，涉及到音頻視頻編碼壓縮及傳輸存儲(chǔ)。集成整合工作主要體現(xiàn)接口通訊及頂層應(yīng)用開發(fā)上，限于篇幅本文不做詳細(xì)說明。

5 小結(jié)

該多媒體教室智能管理系統(tǒng)使用后實(shí)現(xiàn)用較少的人員全方位管理大量多媒體教室，減少管理崗位配置數(shù)。提高管理效率，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決多媒體教室使用中出現(xiàn)的設(shè)備及教學(xué)一般問題。大幅縮短設(shè)備維修維護(hù)響應(yīng)時(shí)間，能更好保障設(shè)備滿足教學(xué)需求，更好的服務(wù)師生，為教學(xué)改革與發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)，促進(jìn)教學(xué)改革與發(fā)展。

[1]張一春，馬青玉.打造智能化信息化人本化的多媒體教學(xué)環(huán)境.現(xiàn)代教育技術(shù)，2011，21（9）：70～74.

[2]駱方舟.基于web架構(gòu)的多媒體智能教室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì).黎明職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，9：74～79.

TP393.0

A

1004-7344（2016）36-0032-02

2016-12-13

黃 婷（1972-），女，工程師，本科，機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)，從事多媒體教室管理工作及多媒體教學(xué)應(yīng)用研究。

李佩學(xué)（1978-），男，工程師，本科，計(jì)算科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，從事信息系統(tǒng)管理運(yùn)維及應(yīng)用研究，多媒體設(shè)備管理工作。