基于载波通信的教学设备管理系统设计*

（华北电力大学计算机系，保定071003）

1 引言

多媒体教室作为高校中实现多媒体教学的平台，在教学过程中发挥着举足轻重的作用。其运行与管理是学校教学管理工作的重要组成部分，已成为推进教学改革和提升教学质量的重要支撑。对多媒体教室管理维护者而言，在管理和维护任务日益加重的情况下，探索如何提高多媒体教室使用效率尤显重要。大学教室多媒体设备的使用主要仍依靠人工管理的方式，存在着诸多不便，如老师每节课在使用教室多媒体之前需要去管理处登记借钥匙，下课后还需归还。为此提出一种基于载波通信的教学设备管理系统，以解决当前存在的管理系统复杂繁琐、多媒体使用不便捷、控制方式非智能化的弊端。

2 电力载波通信技术

电力载波通信是一种利用现有电力线，通过低压载波方式进行的信息传输。主要是利用调制器将原始信号加载到电力线上，再通过电力线传输至接收设备以接收信号[1]。

一般情况下,电力线载波传输系统包含了载波处理装置和载波通道装置。载波处理装置包括载波设施、调制芯片等,主要功能就是对需要传输的通信信号进行解调,将其转换成可以经由线路传送的高频信号。高载波通道通常包括耦合设施和输电线路,负责传输信号。所以载波通道对于信号通信传送有着至关重要的影响[2]。电力线载波通信系统结构如图1所示[3]。

图1 电力线载波通信系统结构图

电力载波通信最大的优点是不需要重新架设网络，利用原有电力线路即可进行数据传递，故而省去了通信线路建设的基建投资和日常维护费用，这无疑成为解决学校范围内教学设备管理的最佳方案之一。目前，世界上最大的有线网络是电力线网络，利用电力线网络有以下优点：

(1)充分利用电力线资源，进行资源的整合和再利用，符合现代发展的趋势。

(2)通过电力载波技术，利用现有的电力线资源，无需施工布线，安装方便，对于已经装修完毕而没有预留布线位置的学校是最佳的选择[4-5]。

3 系统的硬件构成

3.1 系统的总体结构

系统总体结构包含以下几部分，如图2所示。

图2 多媒体教学设备管理系统的总体框架

可见其主体构成包括总控制中心、分控制室、受控端三部分，简介如下：

(1)总控制中心，即教务处主机和总数据库，负责全校每日课表制定，并存储课表信息，每学期初向分控制室下达课表；

(2)分控制室，负责相对集中的若干教学楼中各教室多媒体设备管理箱的远程控制，包含控制端主机及电力载波模块；

(3)受控端，安装在教室的多媒体设备管理箱的外部，根据分控制室的返回信息决定是否打开设备管理箱，包含电力载波模块、单片机从机、键盘及电动锁等。

3.2 系统组成功能

总控制中心通讯连接分控制室主机，并向其提供必要的数据库信息。分控制室主机借助分控电力载波模块与电力线连接，并对受控端传送而来的数据进行处理，并对其做出指示。受控端的单片机模块借助受控电力载波模块与电力线连接，接收到分控制室传送的数据后作出相应动作。各部分的具体功能如下：

(1)总控制中心

每学期由教务处主机端制定全校课表并录入数据库中，并在学期初发送到分控制室的主机上。数据库中每条记录包含教师信息、登录密码、教室号。密码和教室号与教师信息不匹配时无法打开多媒体设备管理箱。

(2)分控制室

分控制室端的电力载波模块接收到来自受控端的开锁请求信号后，将其解调，并传送给控制端主机。控制端主机将开锁请求信号中的开锁信息与数据库中的信息进行比对，若比对成功，发送确认帧返回，单片机控制电动锁解锁；若比对不成功，则返回错误帧，单片机控制键盘屏幕显示报错信息，并提示教师重输密码。这一部分的工作流程如图3所示。

图3 分控制室设备的系统工作流程图

(3)受控端：教师使用多媒体之前，在上课教室的受控端键盘上输入相应的密码，该密码通过单片机传输到电力载波模块上，电力载波模块将其调制后加载到电力线，最后传输到各分控制室。这一部分的工作流程图如图4所示。

图4 受控端设备的系统工作流程图

3.3 硬件模块与连接图

电力载波数据收发模块与单片机连接电路如图5所示。KQ-130F为单列9针过零载波数据收发模块，体积小而性能高。它是一种经过特殊设计的载波模块，专供220V交流、强干扰、强衰减、有远距离要求的环境下使用，能够可靠地传送数据，性价比很高，传送距离可达1.5km[6]。

图5 KQ-130F模块与单片机连接图

4 系统的软件实现

系统的核心功能是基于电力载波模块通过电力线进行通信，因此研究重点在于处理串口通信的数据。在RXTXcomm.jar包中封装了大量方法和类，以CommPortIdentifier类作为访问串口的核心类，可让开发人员能够更容易地控制处理串口数据，降低了开发的难度。本系统的开发过程中主要实现了以下四方面的内容：对可用串口的查找、对串口参数的自定义设置、对IO流管道的管理、对接收到的数据的处理[7-8]。各部分的设计思路和实现过程详述如下。

(1)对可用串口的查找

利用scanPorts()函数对本机串口进行扫描，其中设置CommPortIdentifier对象，并调用getPortType()和getName()方法对端口的类型和名称进行获取。通过循环查找、判断符合条件的端口，获取后显示在界面化的下拉菜单中。

(2)串口参数的自定义设置

串口参数自定义设置串口打开前应设置波特率、校验位、停止位、数据位等信息。设置时应定义串口类对象，并调用setSerialPortParams()方法对参数进行设置。

(3)对IO流管道的管理

IO通道是信息交换的关键，应做以下处理：

(4)对接收的数据的处理

把接收到的数据与MySQL建立的数据库中的数据进行比对，当匹配时发送正确帧，不匹配时发送错误帧。

软件生成界面如图6所示。

图6 软件界面

5 结束语

经上述论证，构建了基于低压电力载波通信的多媒体教学设备管理系统，从软件和硬件两方面给出了相应设计思路。电力载波模块能够很好地构建小型通信网络，具有整合资源、方便安装等优点，是一种性价比很高的控制方式，其在教学设备的自动化控制方面具有良好的应用前景。