多媒体教室网络智能化中央控制系统的设计与建设

刘和连

福建卫生职业技术学院现代教育技术中心， 福州 350101

多媒体教室网络智能化中央控制系统的设计与建设

刘和连

福建卫生职业技术学院现代教育技术中心， 福州 350101

以福建卫生职业技术学院为例，分析了当前多媒体教室管理控制模式存在的主要问题，通过对国内外多媒体集中控制模式发展状况的了解对比，研究设计了基于校园网平台之上的多媒体网络智能化中央控制系统，并对系统的设计原则、系统构建和应用功能作了具体介绍，运行结果表明，该系统实现了对校内多媒体教室集中控制和远程监控的预期目标，有效保障了多媒体教室作为先进教学平台对高校教学的支撑作用。

多媒体教室；中央控制系统；设计；建设

多媒体集中控制是随着计算机技术的发展而出现的一个新兴应用领域。自实施教育现代化以来，以多媒体教学为核心的现代教育技术快速发展，如何实现对多媒体教室的网络化、智能化集中安全管理，以有效保证多媒体教学顺利进行，是许多院校亟待解决的一个重要课题。该文以福建卫生职业技术学院为例，对基于校园网平台之上的多媒体教室网络智能化中央控制系统的设计与建设进行了研究，以期提高多媒体教室管理水平。

1 当前多媒体教室管理控制模式存在的主要问题

目前，福建卫生职业技术学院共有多媒体教室88间，每间多媒体教室配备的设备主要有：计算机、投影仪、电动银幕、音响系统，等。在管理控制模式上，最初是单独控制各项设备的运行,后来发展到单机版的多媒体集中控制，即通过多媒体集中控制器打开操作台就能接通设备电源、打开计算机、启动投影机、降下银幕等的自动操作，减少了操作难度，降低了设备故障发生率。但也存在一些不足：一是各多媒体教室计算机虽然通过校园网络进行了联网，但因多媒体教室控制器本身没有实现嵌入式联网,还无法实现多媒体教室的网络化集中控制和管理；二是由于多媒体教室各自分散，无法实现教学资源的整合使用,导致教学资源浪费，基于网络环境下的教学模式也无法实现[1]；三是每次使用多媒体教室,无法实现远程操作和屏蔽不同教室控制系统的操作差异,增添了操作的复杂性和操作失误的几率；四是没有将多媒体教室系统嵌入式地接入网络,对多媒体教室设备的管理、检测和维护水平较低，主要还是靠电教管理人员的日常巡查来发现多媒体教室设备的故障问题。在多媒体教室的数量和使用频率不断增多的情况下，电教管理人员的人手不足与服务保障之间的矛盾日益突出[2]。如计算机、音响设备损坏，往往是教师使用时才被发现，再进行更换时,已影响了正常的课堂教学。

2 几种多媒体集中控制模式的分析

从国外看，研究多媒体集中控制比较著名的公司有美国的CRESTRON公司和AMX公司。其中，CRE- STRON公司首先提出信息化网络环境下多媒体集中控制的新概念—E-Control，为国内研究网络多媒体中央控制系统提供了样板。从国内看，多媒体集中控制系统大体经历了3个发展阶段[3]：第一代模拟式单机版的多媒体集中控制系统，第二代数字式单机版多媒体集中控制系统，以及现在的第三代网络版多媒体集中控制系统。根据功能和控制原理的不同，三代集中控制系统各有其优缺点：第一代集控系统设计原理简单，实现的只是一种教学辅助功能，不能满足多功能教学的需求，也无法解决多媒体教室的日益增多和电教管理人员不足之间的矛盾；第二代集控系统大多采用“PC/NC+中控”的网络中控技术模式，一定程度上解决了多媒体教室多、设备多，而管理人员少等问题，从模式上实现了管理集中化，但缺点在于该中控是开环控制，网管中心所发出的命令只是一种单向传递，至于命令是否被执行以及执行程度，没有相关信息反馈给网管中心进行确认，无法实现对多媒体设备工作状态的真实、及时检测；第三代集控系统采用闭环控制模式，具有信息反馈功能，可以通过对设备的检测反馈使故障及时被发现并得到有效处理，从而有效避免了教学事故的发生。与第二代相比，信息反馈功能是第三代集控系统的最大优点，但在网络控制功能及智能化方面还不够完善。

3 多媒体网络智能化中央控制系统的设计与构建

通过对国内外多媒体教室集中控制系统发展状况的分析，为有效解决当前多媒体教室管理中存在的问题，进一步提高管理效率，保障多媒体教学质量，福建卫生职业技术学院结合实际，在第三代网络群控系统方案基础上进行优化，设计了网络控制功能更全面、更智能化的多媒体网络智能化中央控制系统。

3.1 系统的设计原则

根据管理需要，在系统方案的设计原则上有以下几点要求：

3.1.1 系统整体网络智能化的先进性要求 一是控制系统的硬件核心要保持先进性，各硬件部分采用模块化结构，某一硬件模块的故障不会影响其他硬件模块的功能；二是系统功能设计[4]要全面合理，体现设备操作一体化、语音对讲网络化、管理人员监管跨网段远程化、教务管理数量化、设备防盗自动化、监控系统数字化和软件系统功能的模块化；三是系统在技术标准上要能够适应未来技术发展，兼容将来有可能升级换代的外接设备，在未来一段较长时间内能保持技术的先进性与同步性。

3.1.2 系统稳定性、安全性的要求 稳定性方面，要求系统抗干扰性强，中控提供的信号有很高稳定性和不受干扰性，确保至少每天6-8 h不间断的正常工作；安全性方面，多媒体设备的电器安全和设备操作人员的自身安全必须要有保障。系统的设计与安装依照国家或国际有关技术标准进行，确保系统运行稳定。系统能够与视频监控及安防报警设备相连接，具有防盗报警功能。

3.1.3 系统应操作简单、管理智能、维护便捷 多媒体教室使用人员大多为教师，没有电教专业技术，要求教室内终端设备操作必须简便易学，要具备有一卡通、一键通、远程控制等多种模式，按一下开机按钮就可将相关多媒体设备同时打开。同时，出于提高系统运行效率和降低维护成本的需要，要求系统管理人员在任何时候都可以实时监听、观察多媒体教室的实际情况，并通过系统的IP呼叫、检测、诊断功能，实时解决教师所遇到的故障问题，保证教学正常进行。

3.1.4 系统可拓展性及兼容性的要求 要本着兼容性原则，为今后的系统扩展预留外接多媒体设备接口，而且系统的功能拓展仅需在教室端或总控室增加相关的硬件设施即可，无需对已建成的系统布线或主要设备进行更换，避免重复投资。同时，考虑到今后的教学发展需要，要按国际标准协议设计，具有开放式的标准化、模块化的系统结构，在校园网平台上可与符合标准化的第三方软、硬件产品兼容，在增加必要的设备和软件后，即可实现教学资源的点播[5]、调用，以及电视、录像、广播等的视、音频转播。

3.2 系统架构

系统采用“远程控制主计算机-校园网络-TCP/IP网络通信模块-集中控制器-多媒体教学设备(被控设备)”技术方案，主要由终端系统与远程控制系统组成，通过运用网络通讯技术将多媒体教室中的多媒体讲台、投影机、幕布、电脑、视频音频设备、话筒及功放等诸多设备进行集中管理和远程控制。

3.2.1 终端系统 即多媒体教室内的系统架构，每个多媒体教室都配备一台多媒体设备中央控制器，教室中的多媒体设备，如投影机、计算机、讲台、音响功放、视频展示台、摄像机、拾音器，等，通过中央控制器的端口接入该中央控制器，成为终端被控设备，共同组成终端系统，如图1所示。

3.2.2 远程控制系统 多媒体教室远程控制系统由网络控制软件、主控计算机、校园局域网络、网络接入模块、多媒体设备中央控制器及其接入设备这五部分构成，如图2所示。该系统的工作原理：一是在校园网内给每个多媒体教室的中央控制器分配惟一的IP地址[6]，同时将主控计算机的IP地址赋予每一个中央控制器，实现互相的数据通信，将各教室的多媒体设备连接起来，成为一个网络化的整体;二是中央控制器中安装网络接入模块，通过该模块将中央控制器接入校园网络，并与主控计算机相连接;三是主控计算机上安装网络控制软件，将系统内所有的多媒体设备中央控制器及其接入设备通过校园局域网络纳入主控计算机的监管。

3.3 系统的主要硬件要求及软件核心设计

3.3.1 主要硬件要求 系统的硬件组成主要分为四大部分：即远端多媒体教室内的各项多媒体设备、中控讲台及多媒体设备中央控制器；主控计算机；校园网络以及视频监控和安防报警设备。其中，多媒体设备中央控制器核心硬件采用ARM32位CPU、16M以上内存、4M以上Flash内核芯片组；内置接口有2进1出视频信号端口、3进1出音频信号端口、3进2出VGA信号端口、1进1出MIC信号端口、4路RS232通讯接口、3组可控电源输出、4路可控触点输出、4路探测信号输入及1路网络接口，实现与电脑接口、网络接口及控制面板的通讯；强电部分和弱点部分采用分离式设计，经过48 h以上的烤机试验，保证中控信号有很高稳定性和不受干扰性；中控按键面板具有2路及以上数码音量调节和静音功能，可对输出的音频信号进行音量多级连续调节和静音；台式机、笔记本、视听设备、展台等4个及以上节目源的切换控制；电动幕升降和投影机开关控制；支持一键开关控制，有本地定制开关功能。教室中控讲台(如图3所示)尺寸为1 040×720×1 000 mm，冷轧钢板制作，防盗密封性能良好，配有智能插卡槽、嵌入式19英寸宽屏液晶显示器槽位、智能锁以及漏电保护开关、接地处理，台面上配有VGA线、RJ45、视音频、电源等接口。教室内除投影机、幕布及视频监控探头等外，其他设备集中于控制台内，实现全封闭管理，非授课状态时无设备裸露在外。若投影机等被盗或发生VGA线拔出等其他意外事件时，网络中控会自动向主控室报警。对主控计算机的配置要求，一般的办公用计算机即可，但若作系统服务器，则要求配置较高。目前，该校的中控系统服务器依托校园网络服务器，但考虑主控计算机的各项监控功能，在配置上比一般办公电脑高些，主要配置为：双智能处理器:Intel(R)core(TM)i7-3770CPU@3.40GHz 3.40GHz内存(RAM):16.0GB,系统类型:64位操作系统。对于多媒体教室的各项多媒体设备、监控安防设备、校园网络，等，系统无特殊要求，符合国家标准即可。

3.3.2 系统软件核心设计 网络总控制管理软件是系统的设置程序，采用B/S结构，可以根据用户需要分别安装在不同的电脑上实现分工合作。在程序设置功能上，主要通过对系统服务器和多媒体教室中央设备控制器的参数设置，使系统各个部分相连互通，形成一个整体，实现主控端与系统内各教室的多媒体设备中央控制器的数据通信，接收采集数据和发送控制命令。如设置中央设备控制器开机启动、关闭多媒体设备程序、设置网络接入模块参数接入校园网络，等。在软件运行环境要求上，多媒体教室的计算机要求操作系统:Windows 2000/XP/2003;CPU:奔腾III 450MHz及以上;内存:最低128MB，推荐256MB及以上。安装时，直接运行设置程序目录中的ClientConfig.exe程序，即可进入设置界面。在软件的管理功能上，具有五个功能模块：①实时监控模块，主要功能是远程控制、远程监测、远程监视、IP对讲、电脑屏幕监控和检测报警;②卡处理模块，主要功能是发新卡、远程写IC卡号、挂失/解挂、权限设定和卡信息导入;③预约审批模块，主要功能是Web预约、预约审批和预约查询;④电子课表模块，主要功能是课表编排、课表导入和课表查询;⑤统计查询模块，主要功能是设备故障检测情况查询统计、投影机灯泡使用率和设备使用统计。

3.4 系统的应用功能

3.4.1 多媒体教室终端设备的一卡通操作功能 在操作上实现插卡即用，拔卡即走。每个教室的中控台配置一个读卡器，教学人员使用一张多媒体教学卡插入读卡器，通过系统数据库的身份对比识别后启动讲台电控门锁[7]，多媒体教室各项设备随即自动开启，进入多媒体教学状态；设备切换操作简单，声音、图像一键到位；课程结束，拔卡后系统自动关闭，所有设备恢复至保管状态。教室端的设备开启使用不受校园网络的影响，可脱网运行使用。管理人员使用通用卡,可以开启管理部门管辖下任意教室。

3.4.2 多媒体教室与主控端的语音对讲呼叫功能 系统通过运用语音压缩传输技术实现网络IP双向对讲，支持多教室同时呼叫等待。控制中心管理员可分组同时接受来自不同教室的呼叫请求，与远端授课教师直接对话。若装有监控摄像的教室，通话时会自动切换到教师呼叫请求的教室画面，实时画面跟踪，方便快捷直观地实现教师与管理人员实时沟通并及时处理问题。

3.4.3 主控端的远程控制功能 一是跨网段远程检测诊断。远程检测教室端多媒体设备的使用状态，侦测网络是否正常，如通过监听功能了解远程教室的音量大小是否合适，等，所有设备状态通过网络传送至总控室的总控软件界面上，使每个教室的状况一目了然，实时掌握教室中控的基本参数、网络参数、开机参数，等，若需要调整，可进行网络远程配置；二是教室端计算机系统的远程维护。网络中心管理计算机可实现对各个教室计算机系统的实时监测和控制。当客户端使用计算机遇到问题时，网络中心管理计算机可远程登录，并远程操作教室端的计算机界面实行软件插件安装、系统复原、杀毒处理、批处理等实时解决电脑问题；三是远程控制多媒体教室的设备使用，通过网络远程控制教室的中央控制系统，实现对投影机、计算机、音响设备、挂幕、讲台电控锁等设备的开关控制，并实时进行反馈。还可以通过远程批处理控制功能，管理系统可以对选定的一组教室或整个学校的全部教室进行统一的控制，提高管理效率。

3.4.4 教务管理功能 一是课表管理。主要为上下课时间设置、课表安排和课表查询。通过课表管理的相关操作，将教务处的课表导入到系统中，可轻松地排出多媒体教室的课表，实时安排多媒体教室调度，随时进行修改、删除、增加等操作，并可记录查询；二是教室信息管理。系统自动记录教师、教室使用时段，教师授课时长及出勤状况，等。教务管理人员和多媒体管理人员可实时查看教室使用情况和教师使用信息。教师通过登录预约系统软件模块可以进行教室预约，也可以登陆查看本学期自己所用教室的详细信息,如教室的地理位置、座位数、计算机系统和软件安装情况，等；三是设备的资产管理。具有对设备的使用情况、故障情况、维护情况等的统计查询功能，总控中心统计查核后可提前发现和消除设备隐患，或及时通知供应商上门维护，避免教学事故，保障设备正常使用。多媒体设备的维修保养管理可在网上申请、审批。

3.4.5 安防报警功能 系统提供相关的安防探测接口，接入相关的安防传感设备，可实现门磁开关、双鉴探测器、投影机断线保护等各种安防措施，与硬盘录像机相结合，实现对教室内重要设备的安全报警保护。

3.5 系统的运行效果

福建卫生职业技术学院建设的多媒体教室网络智能化中央控制系统，主控端设在校电教室管理中心(如图4所示)，系统的服务器依托在校园网服务器，建设成本较为经济，在已配备多媒体教室各项设备、校园网络和监探探头的基础上，每间多媒体教室的系统造价约为6 500元，主要是在系统总控软件标准版(只需一套)、多媒体设备中央控制器、一卡通信息对接系统、教室中控讲台方面的建设投入。系统运行以来，初期出现个别教师先手动关闭电脑或投影机再拔卡，下次插卡开机出现电脑或投影机无法正常启动问题，经调试后予以了解决，除此外未出现其他问题。一卡通操作、语音对讲呼叫、远程控制、教务管理、安防报警等功能发挥正常，系统运行良好，实现了对校内多媒体教室进行集中控制和远程监视的预期目标，以往管理与人手不足的矛盾得到解决，因操作不当引起的设备故障问题也明显减少，极大的提高了管理效率，具有安装方便、操作简单、管理智能化、稳定性能强、故障率低、维护实时、系统升级方便等特点，有效保障了多媒体教室作为先进教学平台对高校教学的支撑作用。

综上所述，网络多媒体智能化中央控制系统是该校对提高多媒体教室管理水平所做的一项尝试，但因系统本身运行应用时间不长，其功能性、智能性方面还有很多内容值得探索和提升,使之不断改进和完善。

[1]李学哲．基于网络平台下的多媒体教室控制系统的研究与设计[J]．计算机与数字工程，2006,(7)：126-130

[2]江文化.创新高校多媒体教室管理运行模式的探讨[J].中国教育信息化,2009,(1):60-62

[3]吕利昌，郭向勇．高校多媒体教学集控系统的发展[J]．中国教育技术装备，2008,(2)：32-35

[4]曾鹏远.关于高校智能多媒体教室建设与管理的探讨[J].福建电脑，2012,(7)：172-175

[5]任锁平，崔永红.基于嵌入式系统的多媒体教室系统设计[J].自动化与仪器仪表,2014,(10):52-56

[6]王琴，闫华,刘惠青.基于TCP_IP协议的网络多媒体教室的研究与架构[J].计算机与现代化,2012,(7):132-137

[7]胡维治.基于校园教学网的多媒体教室管理系统的实现[J].中国教育技术装备,2009,(6):80-81

Design and construction of the central control system for intelligentized multimedia classrooms

LiuHelian

ModernEducationalTechnologyCenter,FujianHealthCollege,Fuzhou350101,China

Taking Fujian Health College as an example, this paper analyzes the main problems in the current management and control mode of its multimedia classrooms. Then it introduces the development of multimedia centralized control mode at home and abroad, design of an intelligentized centralized control system of multimedia and network based on the campus network platform. It also makes a detailed introduction of system design principles, system construction and application functions. The operation results show that this system has achieved the expected goal to have centralized control and distance monitoring of multimedia classrooms on our campus, thus ensuring the supportive role of multimedia classrooms as an advanced teaching platform in university teaching.

multimedia classroom; centralized control system; design; construction

2013年福建省中青年教师教育科研项目 (科技B类)(JB13336)

2014-12-12

刘和连(1974-)，女，福建武平人，本科，工程师，主要研究方向：现代教育技术理论与实践研究工作。

G434

A

1004-5287(2015)02-0157-04

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201502014