基于TCP/IP协议的多媒体教室管理系统的研究与实践

2016-08-10黄婷李佩学

大科技 2016年36期

关键词：管理系统智能化教室

黄婷李佩学

（广西机电职业技术学院广西南宁 530007）

基于TCP/IP协议的多媒体教室管理系统的研究与实践

黄婷李佩学

（广西机电职业技术学院广西南宁 530007）

面对国内外职业院校都在推行多媒体教室智能化管理理念，管理改革多媒体教室的深入开展，已成为职业院校多媒体教室管理系统的发展趋势。本文就当前多媒体教室智能管理系统进行需求分析，以及系统设计思想到设计实现设计功能问题提出一些观点，希望能够为职业院校多媒体教室智能化管理相关研究提供参考和借鉴。

多媒体教室；中控单元；TCP/IP；管理系统

引言

目前国内外职业院校都在推行多媒体教室智能化管理理念，对于管理改革多媒体教室的深入开展，有着超前趋势。多是采用基于控制主机-校园网-IP控制模块-集中控制器-多媒体教学设备-被控设备传感器数据采集-教学设备运行数据返回主控机数据库技术，实现多媒体教室和设备进行分布式网络化管理，由于中控主机是通过发控制编码的方式来实现对设备的控制，所以各种受控设备必需与中控主机存在物理上连接。根据多媒体教室需要可执行远程管理，统一监控，通过执行远程管理控制每间教室的设备的电源开关，如控制多媒体教室银幕的上下、投影机的开关、投影机的信号切换、计算机的开关等。

1 多媒体教室智能管理系统需求分析（含智能中控，听课，数字广播，教师考勤及网络中控锁）

学院的多媒体教室数量逐年递增，目前70％左右的教室是多媒体教室。设备型号众多，采购批次不同，功能及操作不尽相同，对教师操作要求较高，提高设备管理维护的难度，而且传统的多媒体教室功能相对单一，不能实现远程多媒体设备管控，远程听课，教室广播，教师考勤，门禁及设备关锁等功能。如何实现对分散的多媒体教室实行智能化管理已经成为现代教育资源管理的一个热点问题。多媒体教室智能单点管理系统是指通过统一智能的管理平台，实现多媒体教室的所有设备的智能化管理，如：实时了解设备使用状态、简化管理流程、远程管理、故障自动报警等功能，以此达到提高设备利用率、节省故障诊断及处理时间、提高工作效率。

随着教育信息化的快速发展，目前我学院多媒体教室设备管理方式以不能满足教学的需求。管理模式处于相对落后状态，基本是一种被动人工的管理模式。这种管理方式效率低且浪费人力物力，故障频发时易影响教学正常秩序，落后于学院信息化建设的发展步伐。本项目旨在利用学院现有资源，通过建设多媒体教室智能管理系统提高多媒体教室管理效率及使用效果，研究实现投影仪、本地执行管理器、幕布、计算机、音箱、麦克风等多媒体教室设备智能化管理模式。用较少的人员科学管理多媒体教室，及时发现和解决多媒体教室使用中出现的问题，实现大幅缩短设备维修维护响应时间，能更好保障设备以满足教学需求，服务师生，促进教学改革与发展。现阶段多媒体教室管理存在主要的问题：

（1）人工的管理模式管理多媒体教室，设备出现故障，排除故障和响应时间不够及时。导致教室调配效率偏低，教室管理不全面，出现耗时又耗力（人力、物力和财力）等问题。

（2）教室和教学设备使用情况不便于监督，造成教学设备使用数据不能及时统计，不利于督导教学管理。

（3）多媒体教学设备缺少安防管理。较易造成设备遗失。

研究内容：

（1）研究多媒体教室智能化管理，提高管理多媒体教室的效率；

（2）研究执行远程管理，监控多媒体教室统一管理教学资源；

（3）系统的适用性强：平台从学校的实际情况出发，在现有的校园网络和多媒体教室设备的基础上稍加投资，使网络中央控制系统与校园网相结合，适用于我学院并且投入资金不大；

（4）系统的操作简易性：运行操作应方便、简易、智能化；

（5）保持系统的稳定性、兼容可扩展性。

2 智能多媒体教室管理系统设计思想

解决目前这种多媒体教室管理现状。我们采用利用成熟可靠技术及集成整合第三方产品来开发智能多媒体教室管理系统。这是我们总体设计思想，系统的适用性强、系统的操作简易性、保持系统的稳定性、兼容可扩展性。用其来辅助多媒体教室的管理，拟解决现有多媒体教室资源与基于工作过程多媒体教室智能化教室改革不配套的问题，可实现远程统管控的智能平台。开发集成出配套的执行远程管理单元（软件），监管教学资源。为教学改革奠定良好基础。听课及数字广播功能。系统基础架构基于TCP/ip协议，管理端采用WEB模式。多媒体教室端以中控单元为核心连接模块，电器控制模块，智能网关控制器，二级交换机配合其工作。分别连接外围的相关设备及服务器。主要链路采用TCP/IP协议工作，局部链路采用RS485、RS232，CAN，LANWORKS等局部总线协议建立智能多媒体教室管理系统基础通讯架构。该架构设计思路就是：建立设备管理专用网络（与互联网相对独立，采用独立网段通过路由链接），在多媒体教室端使用交换设备分别连接各种设备，其他设备采用支持局部总线协议物理连接方式构建基础链路架构。管理系统总体设计如图1。

图1 系统总体设计图

3 管理系统功能设计

多媒体教室智能管理系统可以实现开关多媒体教室的讲台中控锁，总电源，教师使用的计算机，升降幕布，开投影设备，音箱电源及音量的调节，同时监控其状态。同时可以对教室中其他边缘设备进行相关控制，如控制设备供电、电动窗帘，门禁开关等设备的控制。系统能对多媒体教室控受控信息瞬态刷新并反馈在主控计算机管理端上，并可存储其当前状态信息。管理者可以依据此信息做相应管理操作，中控锁可以使用校园智能卡开启，并可依据上课情进行授权，有课教师的智能卡（教师卡）才能开启，同时又密码方式开启，远程开启，并产生相应数据信息记录，对其处理具有教师考勤等功能。投影系统与移动终端集成DLNA协议，支持无线影音传输投射幕布及影响的功能，实现教师课堂内无纸化及移动方式授课，极大提高教师上课便利性及增强课堂互动交流可能性。集成的数字广播系统可以对某一教室实现对讲，也可以对指定的教室及区域进行广播。听课系统能够依据课程表及指定教师及自主选择等方式进行远程实时听课。听课音视频与上课进度同步。实现教师板书区域展示，教师计算机桌面展示及学生区域展示，能多角度采集视频，同时采集音频。并可录像存储。显示主机进行扫描返回设备运行状态并将数据存储于系统设备状态数据库中，本系统与排课系统系统结合起来，自动把空闲的教室标记出来，课前自动开门，没课没人自动关门。系统架构拓扑如图2。

图2 系统拓扑图

4 系统开发技术及开发平台（主要以中控系统为例）

系统主要采用TCP/IP协议及边缘设备其它总线协议RS485、RS232，CAN，LANWORKS等局部系统的总线协议实现，中控模块主程序通过嵌入TCP/IP协议栈来实现单片机微系统的网络功能。TCP/IP协议是一组用来连接Internet上的各种系统的协议族。其保障英特网上的数据能快速准确的传输。TCP/IP协议主要由五层组成：物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层，其对应ISO模型的主要层级。智能多媒体管理主要通讯链路使用TCP/IP及UDP，ICMP协议。微系统支持TCP/IP协议也是采用分层实现的方法。TCP/IP连接中控模块的CPU采用51系列单片机的AT89c52型号。采用了32K外部存储作为基础数据存储区，使用的存储芯片型号是SRAM62256。采用了64K外部存储作为程序存储区。使用的存储芯片型号是EPROM27512。其刷入TCP/IP协议栈，RS485、RS232协议和主控制程序。中控模块主控程序设计主要功能包括：首先是实现TCP/IP协议，RS485、RS232协议通讯，确保通讯链路畅通，实现以太网及局部总线相关的功能。其次是执行对外围设备状态的监视及根据管理控制指令进行设备状态转换。该中控模块系统软件的设计采用C语言编写程序及TCP/IP协议栈。因此更便于阅读、更便于移植、同时也便于功能扩展及升级。通过单片机微系统管理投影机。RS232接口2RXD接受数据，RS232接口3接受数据TXD信号控制投影开关。开关信号来源于控制面板微动开关及远程管理PC，侦测计算机开关状态，音箱，功放微控电源开关状态实现对其开关。其过程是：系统收到该开关信号，将信号转化为数字信号，通过网络传递给控制端，控制端接收到开关信号，将信号打包并过网络传递，给开关信号处理模块网关，网关收到信号，识别信号源，并且识别操作状态，做出相应处理完后，将信号发送给信号执行模块，执行信号指令。MCU与继电器连，继电器与开关连，MCU弱电控制继电器操控开关开闭完成对边缘设备控制。其他基于RS232协议采用类似方法。rs232串口通信开关控制程序采用AutoSwitcher软件工具来开发，TXD及RXD口收发中控码指令实现对投影机开关。教室计算机远程唤醒模式，配置了网卡的固定IP地址绑定网卡的MAC地址，并配置了路由器的端口映射，即可用远程指令控制计算机的开关。WEB端采用以基于ASP.NET的C#作为开发语言，Microsoftv isual Studio 2008及Sql 2005作为系统的开发平台进行开发。

听课系统及数字广播系统主要采用功能硬件集成整合方式实现，也是采用TCP/IP作为主要通讯协议，涉及到音频视频编码压缩及传输存储。集成整合工作主要体现接口通讯及顶层应用开发上，限于篇幅本文不做详细说明。