基于树莓派的地理教育系统的设计与实现

黄东明 孙桂鸿 林灶钢

摘要：多媒体类型教育设备基本价格偏高，部分市级以下及大部分乡镇级县级的中小学普及率较低，主要由于教育经费的紧缺，无法承担设备引进费用。本系统极大地降低了成本，在原来的地理模型上进行改造与电子设备相结合，既发挥信息技术的优势，又保留了地理实体的直观。是向全信息化教育发展中的过渡产品，具有重要的教学改革意义。

关键词：树莓派；教育；多媒体

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0049-02

目前我国教育发展中的主要问题是由于结构不平衡带来的，并制约了人口教育素质的全面提升。因此，现阶段优化教育结构，尤其是优化教育公共资源的投入是提高教育素质的核心要务。多媒体类型教育设备基本价格偏高，部分市级以下及大部分乡镇级县级的中小学普及率较低，主要由于教育经费的紧缺，无法承担设备引进费用。义务教育与经费的冲突尤为突出，急需发明出成本低廉的教育设备，使信息教育普及，提高学生对信息技术的熟悉和教学质量。

本系统极大地降低了成本，在原来的地理模型上进行改造与电子设备相结合，既发挥信息技术的优势，又保留了地理实体的直观。是向全信息化教育发展中的过渡产品，具有重要的教学改革意义。

1 系统简介

本系统由软硬件系统构成，系统包含Raspberry 3B设备及其外围模块及操作软件。系统结构如图1所示。

系統软件主要包含音频控制组件，GPIO控制组件，数据库组件，前端交互组件等，系统硬件包含音频播放器，外围编码器，红外线控制器等。

本系统以中国行政区域教学为例，点击软件界面中的任一行政区，便可以展现行政区的文字介绍和风景图片，并且能够播放对应的音频文件，播放时可以调节音量和进度。使用便捷，能够完成教学所需要的多媒体功能。

2 操作软件设计

软件运行平台为搭载Raspbian系统的RaspberryPi 3b（树莓派3b），内核为Linux，开发软件为Qt5，使用C++作为后台业务处理，Qml语言进行前端页面开发。如图3所示。

音频播放使用Qt5的Multimedia模块，通过封装gstreamer的接口实现Multimedia 功能。可以实现加载播放音频或视频文件，并对其进行播放，暂停等功能，并可扩展成视频。

UI界面设计，播放，暂停，停止，播放进度条，音量条，中国行政区区块（34个行政区块），为每一个部件添加slot点击事件。事件为显示的风景图片以及文字介绍。

GPIO控制使用WiringPi库，对IO进行初始化使用wiringPiSetup方法，再设置IO运行模式使用pinMode方法。红外线模块采用IIC模式与树莓派连接，使用IIC驱动进行数据读取。外围编码组使用3根地址线，5根片选信号线进行连接，使用普通IO口模式。

数据库操作，使用QSqlDatabase类创建数据库连接语句，使用QSqlQuery类方法exec进行数据库语句操作。由于存储图片和文本，展示行政区域的风景和详细信息功能。

使用QTimer类实现定时器功能，实时捕获媒体播放时间，用于实现媒体播放的播放，暂停，停止等。

3 硬件系统设计

硬件系统主要为编码组，红外线遥控器及电容显示屏，音响设备等，核心为树莓派。

编码组由74HC138译码器和74HC04非门电路组成的数字电路，3条地址线作为译码器输入，5条片选使能端作为非门电路输入，连接树莓派GPIO口。可以驱动外部如LED灯管等外部硬件设备，提供了良好的外部扩展措施，提高了系统扩展能力。

红外线遥控器主要是用来控制声音播放及进度调控功能，当软件进行播放时有效。将红外线接收模块连接至树莓派GPIO口并进行录制。

电容显示屏用于显示软件界面及操作功能，使用触屏方式提高使用效率。

4 工作流程

打开操作软件后，进行初始化操作，并开始监听界面的点击事件，并进行相应的事件处理，如播放文件或资料显示等，如图4所示。

5 结束语

现代化教育需要与现代化科技发展同步，教育方式需要改革和前进。但义务教育与经费的冲突尤为突出，急需发明出成本低廉的教育设备，使信息教育普及，提高学生对信息技术的熟悉和教学质量。

本设备造价低廉，可扩展性强，外围编码可进行改装适应更多环境特效，不仅可用于地理教学，也可延伸至各学科，并添加学科特色互动。是向全信息化教育发展中的过渡产品，具有重要的教学改革意义。

参考文献：

[1] 汪琴.基于树莓派的高级语言程序设计类课程教学研究[D].重庆：重庆师范大学，2017.

[2] 张志亮，刘英.基于Webpy的嵌入式云音乐播放器[J].信息与电脑，2016（21）：168-169.

[3] 王浩南，刘益成.基于嵌入式Linux系统下的Qt开发[J].电脑开发与应用，2010，23（1）：11-13.

【通联编辑：唐一东】