基于TCP/IP協議的多媒體教室管理系統的研究與實踐

黃婷 李佩學

（廣西機電職業技術學院 廣西南寧 530007）

基于TCP/IP協議的多媒體教室管理系統的研究與實踐

黃婷 李佩學

（廣西機電職業技術學院 廣西南寧 530007）

面對國內外職業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，已成為職業院校多媒體教室管理系統的發展趨勢。本文就當前多媒體教室智能管理系統進行需求分析，以及系統設計思想到設計實現設計功能問題提出一些觀點，希望能夠為職業院校多媒體教室智能化管理相關研究提供參考和借鑒。

多媒體教室；中控單元；TCP/IP；管理系統

引言

目前國內外職業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-校園網-IP控制模塊-集中控制器-多媒體教學設備-被控設備傳感器數據采集-教學設備運行數據返回主控機數據庫技術，實現多媒體教室和設備進行分布式網絡化管理，由于中控主機是通過發控制編碼的方式來實現對設備的控制，所以各種受控設備必需與中控主機存在物理上連接。根據多媒體教室需要可執行遠程管理，統一監控，通過執行遠程管理控制每間教室的設備的電源開關，如控制多媒體教室銀幕的上下、投影機的開關、投影機的信號切換、計算機的開關等。

1 多媒體教室智能管理系統需求分析（含智能中控，聽課，數字廣播，教師考勤及網絡中控鎖）

學院的多媒體教室數量逐年遞增，目前70％左右的教室是多媒體教室。設備型號眾多，采購批次不同，功能及操作不盡相同，對教師操作要求較高，提高設備管理維護的難度，而且傳統的多媒體教室功能相對單一，不能實現遠程多媒體設備管控，遠程聽課，教室廣播，教師考勤，門禁及設備關鎖等功能。如何實現對分散的多媒體教室實行智能化管理已經成為現代教育資源管理的一個熱點問題。多媒體教室智能單點管理系統是指通過統一智能的管理平臺，實現多媒體教室的所有設備的智能化管理，如：實時了解設備使用狀態、簡化管理流程、遠程管理、故障自動報警等功能，以此達到提高設備利用率、節省故障診斷及處理時間、提高工作效率。

隨著教育信息化的快速發展，目前我學院多媒體教室設備管理方式以不能滿足教學的需求。管理模式處于相對落后狀態，基本是一種被動人工的管理模式。這種管理方式效率低且浪費人力物力，故障頻發時易影響教學正常秩序，落后于學院信息化建設的發展步伐。本項目旨在利用學院現有資源，通過建設多媒體教室智能管理系統提高多媒體教室管理效率及使用效果，研究實現投影儀、本地執行管理器、幕布、計算機、音箱、麥克風等多媒體教室設備智能化管理模式。用較少的人員科學管理多媒體教室，及時發現和解決多媒體教室使用中出現的問題，實現大幅縮短設備維修維護響應時間，能更好保障設備以滿足教學需求，服務師生，促進教學改革與發展?，F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，設備出現故障，排除故障和響應時間不夠及時。導致教室調配效率偏低，教室管理不全面，出現耗時又耗力（人力、物力和財力）等問題。

（2）教室和教學設備使用情況不便于監督，造成教學設備使用數據不能及時統計，不利于督導教學管理。

（3）多媒體教學設備缺少安防管理。較易造成設備遺失。

研究內容：

（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）研究執行遠程管理，監控多媒體教室統一管理教學資源；

（3）系統的適用性強：平臺從學校的實際情況出發，在現有的校園網絡和多媒體教室設備的基礎上稍加投資，使網絡中央控制系統與校園網相結合，適用于我學院并且投入資金不大；

（4）系統的操作簡易性：運行操作應方便、簡易、智能化；

（5）保持系統的穩定性、兼容可擴展性。

2 智能多媒體教室管理系統設計思想

解決目前這種多媒體教室管理現狀。我們采用利用成熟可靠技術及集成整合第三方產品來開發智能多媒體教室管理系統。這是我們總體設計思想，系統的適用性強、系統的操作簡易性、保持系統的穩定性、兼容可擴展性。用其來輔助多媒體教室的管理，擬解決現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，可實現遠程統管控的智能平臺。開發集成出配套的執行遠程管理單元（軟件），監管教學資源。為教學改革奠定良好基礎。聽課及數字廣播功能。系統基礎架構基于TCP/ip協議，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，智能網關控制器，二級交換機配合其工作。分別連接外圍的相關設備及服務器。主要鏈路采用TCP/IP協議工作，局部鏈路采用RS485、RS232，CAN，LANWORKS等局部總線協議建立智能多媒體教室管理系統基礎通訊架構。該架構設計思路就是：建立設備管理專用網絡（與互聯網相對獨立，采用獨立網段通過路由鏈接），在多媒體教室端使用交換設備分別連接各種設備，其他設備采用支持局部總線協議物理連接方式構建基礎鏈路架構。管理系統總體設計如圖1。

圖1 系統總體設計圖

3 管理系統功能設計

多媒體教室智能管理系統可以實現開關多媒體教室的講臺中控鎖，總電源，教師使用的計算機，升降幕布，開投影設備，音箱電源及音量的調節，同時監控其狀態。同時可以對教室中其他邊緣設備進行相關控制，如控制設備供電、電動窗簾，門禁開關等設備的控制。系統能對多媒體教室控受控信息瞬態刷新并反饋在主控計算機管理端上，并可存儲其當前狀態信息。管理者可以依據此信息做相應管理操作，中控鎖可以使用校園智能卡開啟，并可依據上課情進行授權，有課教師的智能卡（教師卡）才能開啟，同時又密碼方式開啟，遠程開啟，并產生相應數據信息記錄，對其處理具有教師考勤等功能。投影系統與移動終端集成DLNA協議，支持無線影音傳輸投射幕布及影響的功能，實現教師課堂內無紙化及移動方式授課，極大提高教師上課便利性及增強課堂互動交流可能性。集成的數字廣播系統可以對某一教室實現對講，也可以對指定的教室及區域進行廣播。聽課系統能夠依據課程表及指定教師及自主選擇等方式進行遠程實時聽課。聽課音視頻與上課進度同步。實現教師板書區域展示，教師計算機桌面展示及學生區域展示，能多角度采集視頻，同時采集音頻。并可錄像存儲。顯示主機進行掃描返回設備運行狀態并將數據存儲于系統設備狀態數據庫中，本系統與排課系統系統結合起來，自動把空閑的教室標記出來，課前自動開門，沒課沒人自動關門。系統架構拓撲如圖2。

圖2 系統拓撲圖

4 系統開發技術及開發平臺（主要以中控系統為例）

系統主要采用TCP/IP協議及邊緣設備其它總線協議RS485、RS232，CAN，LANWORKS等局部系統的總線協議實現，中控模塊主程序通過嵌入TCP/IP協議棧來實現單片機微系統的網絡功能。TCP/IP協議是一組用來連接Internet上的各種系統的協議族。其保障英特網上的數據能快速準確的傳輸。TCP/IP協議主要由五層組成：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層和應用層，其對應ISO模型的主要層級。智能多媒體管理主要通訊鏈路使用TCP/IP及UDP，ICMP協議。微系統支持TCP/IP協議也是采用分層實現的方法。TCP/IP連接中控模塊的CPU采用51系列單片機的AT89c52型號。采用了32K外部存儲作為基礎數據存儲區，使用的存儲芯片型號是SRAM62256。采用了64K外部存儲作為程序存儲區。使用的存儲芯片型號是EPROM27512。其刷入TCP/IP協議棧，RS485、RS232協議和主控制程序。中控模塊主控程序設計主要功能包括：首先是實現TCP/IP協議，RS485、RS232協議通訊，確保通訊鏈路暢通，實現以太網及局部總線相關的功能。其次是執行對外圍設備狀態的監視及根據管理控制指令進行設備狀態轉換。該中控模塊系統軟件的設計采用C語言編寫程序及TCP/IP協議棧。因此更便于閱讀、更便于移植、同時也便于功能擴展及升級。通過單片機微系統管理投影機。RS232接口2RXD接受數據，RS232接口3接受數據TXD信號控制投影開關。開關信號來源于控制面板微動開關及遠程管理PC，偵測計算機開關狀態，音箱，功放微控電源開關狀態實現對其開關。其過程是：系統收到該開關信號，將信號轉化為數字信號，通過網絡傳遞給控制端，控制端接收到開關信號，將信號打包并過網絡傳遞，給開關信號處理模塊網關，網關收到信號，識別信號源，并且識別操作狀態，做出相應處理完后，將信號發送給信號執行模塊，執行信號指令。MCU與繼電器連，繼電器與開關連，MCU弱電控制繼電器操控開關開閉完成對邊緣設備控制。其他基于RS232協議采用類似方法。rs232串口通信開關控制程序采用AutoSwitcher軟件工具來開發，TXD及RXD口收發中控碼指令實現對投影機開關。教室計算機遠程喚醒模式，配置了網卡的固定IP地址綁定網卡的MAC地址，并配置了路由器的端口映射，即可用遠程指令控制計算機的開關。WEB端采用以基于ASP.NET的C#作為開發語言，Microsoftv isual Studio 2008及Sql 2005作為系統的開發平臺進行開發。

聽課系統及數字廣播系統主要采用功能硬件集成整合方式實現，也是采用TCP/IP作為主要通訊協議，涉及到音頻視頻編碼壓縮及傳輸存儲。集成整合工作主要體現接口通訊及頂層應用開發上，限于篇幅本文不做詳細說明。

5 小結

該多媒體教室智能管理系統使用后實現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。提高管理效率，便于及時發現和解決多媒體教室使用中出現的設備及教學一般問題。大幅縮短設備維修維護響應時間，能更好保障設備滿足教學需求，更好的服務師生，為教學改革與發展奠定良好基礎，促進教學改革與發展。

[1]張一春，馬青玉.打造智能化信息化人本化的多媒體教學環境.現代教育技術，2011，21（9）：70～74.

[2]駱方舟.基于web架構的多媒體智能教室管理系統設計.黎明職業大學學報，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，機械制造及自動化專業，從事多媒體教室管理工作及多媒體教學應用研究。

李佩學（1978-），男，工程師，本科，計算科學與技術專業，從事信息系統管理運維及應用研究，多媒體設備管理工作。