基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多媒體中控器的設(shè)計(jì)方法研究

張力 武漢城市職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)與電子信息工程學(xué)院

現(xiàn)如今，隨著我國教育體制改革的不斷加快，使得現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用規(guī)模快速擴(kuò)大，目前大部分高校出于教學(xué)實(shí)踐需求改進(jìn)、擴(kuò)建以及新建了許多多媒體教室。由于當(dāng)前大多數(shù)多媒體教室中對于智能化電子設(shè)備以及數(shù)字化電子設(shè)備的應(yīng)用越來越頻繁，因此傳統(tǒng)的多媒體設(shè)計(jì)思路將導(dǎo)致多媒體教室在實(shí)際應(yīng)用過程中存在問題。而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多構(gòu)建的多媒體教室不僅可對設(shè)備的利用率進(jìn)行提高，還可對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中存在的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到智慧化管理以及控制的主要目的。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與多媒體教室結(jié)合意義概述

對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說，可將物品與物品開展信號以及信息的通信與交流，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行非接觸控制和識別，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及感知技術(shù)三種。整體物聯(lián)網(wǎng)包含應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層三部分。感知層對大量的感應(yīng)終端以及傳感設(shè)備進(jìn)行了應(yīng)用，對探測工具以及信號進(jìn)行了集成，可使用非接觸的方式對信號進(jìn)行采集與識別，處于整體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的最下層。同時感知層在構(gòu)建整體物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中提供了十分重要的作用。感知層可使用GPS設(shè)備、RFID、智能設(shè)備、二維碼和條形碼、攝像頭以及傳感器設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行感知并進(jìn)行接收工作，同時將已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)信息以無線傳輸或者有線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行傳輸工作，而對物聯(lián)網(wǎng)感知識別工作中，RFID技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。網(wǎng)絡(luò)層對連接工具以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行了應(yīng)用，在整體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中可起到連接媒介的作用，可將感知層與應(yīng)用層進(jìn)行連接。而應(yīng)用層可為使用用戶提供相應(yīng)的管理工具以及服務(wù)，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作以及控制指令傳達(dá)工作，處于整體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的最上層。在建設(shè)智慧校園的過程中，多媒體教師的建設(shè)具有十分重要的地位，是教育體系朝著信息化發(fā)展的重要體現(xiàn)，可對相應(yīng)的教學(xué)活動產(chǎn)生一定積極影響。在課堂教學(xué)的過程中，大多數(shù)演示教學(xué)需要在多媒體教室中進(jìn)行，教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中可對多媒體設(shè)備進(jìn)行手動操作，使用投影設(shè)備對實(shí)物投影進(jìn)行放映，從而將知識向?qū)W生更直觀的進(jìn)行展示，對其抽象性進(jìn)行降低，從而提高教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量。現(xiàn)如今，不同教育階段都開始使用多媒體教室進(jìn)行課堂教學(xué)，而在建設(shè)多媒體教室的過程中，主要包含數(shù)字視頻展示臺、投影屏幕、液晶投影機(jī)、多媒體計(jì)算機(jī)、中央控制系統(tǒng)以及音響設(shè)備等電子設(shè)備。在傳統(tǒng)的多媒體教室建設(shè)理念中，不同電子設(shè)備需要進(jìn)行單獨(dú)控制，不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)不具有互通性，導(dǎo)致在應(yīng)用過程中便利性不高。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多媒體教室建設(shè)開始發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)智能化控制以及資源整合等功能，可以更加準(zhǔn)確以及深入的對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行獲取，從而構(gòu)建關(guān)系型數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)庫，將不同設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行無縫連接，從而提高課堂教學(xué)的便利性，強(qiáng)化課堂教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述

本中央控制系統(tǒng)的主控芯片選擇采用STC15F2K60S2型號的單片機(jī)，而單片機(jī)系統(tǒng)可用于接受本地上位機(jī)、面板鍵盤以及Zigbee模塊中設(shè)備狀態(tài)信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，單片機(jī)可將這些信息進(jìn)行有效處理從而轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制信號，使用設(shè)備控制模塊來進(jìn)行功能操作。對于實(shí)時感知無線傳感網(wǎng)絡(luò)來說，可使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)中特有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來對射頻識別、光線以及溫度等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制與檢測。以太網(wǎng)接口、視頻信號切換、面板鍵盤、開關(guān)控制以及HDMI/VGA信號切換等子模塊組成了其他控制模塊。同時串行通信模塊可對主控芯片的投影以及參數(shù)設(shè)置進(jìn)行狀態(tài)檢測與指令控制，并且還可構(gòu)建與PC機(jī)的通信方式。

三、軟件程序設(shè)計(jì)

1.上位機(jī)通信軟件的實(shí)現(xiàn)

在上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)串行通信的開發(fā)工具為VB6.0，可對微軟公司提供的Mscomm32.ocx通訊空間進(jìn)行調(diào)用，該控件的使用方式較為簡單，提供了標(biāo)準(zhǔn)通信命令接口，只要對通信空間的事件以及屬性進(jìn)行監(jiān)視與設(shè)定后便可完成上位機(jī)的串口通信功能。本程序在設(shè)計(jì)過程中是將投影機(jī)開機(jī)控制指令進(jìn)行更改的方式來對上位機(jī)與主控芯片的通信進(jìn)行說明，完成單片機(jī)系統(tǒng)重寫寄存器信息的環(huán)節(jié)，具體操作方式可分為以下兩步：首先，制定通信協(xié)議。本系統(tǒng)制定的通信協(xié)議是使用對東芝投影機(jī)進(jìn)行刷寫的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，同時將其通信波特率控制在了9600bps。串行通信協(xié)議格式的起始字符為“STX”，結(jié)束字符為“ETX”，投影廠家可針對自身情況自行對控制指令的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行設(shè)定，可構(gòu)建多個字節(jié)的指令長度，針對東芝投影機(jī)的字符控制情況來看，其控制指令為三個字符。其次為上位機(jī)的串口通信程序。本系統(tǒng)使用了Visual Basic對上位機(jī)的通信程序進(jìn)行了編寫，使用事件驅(qū)動法來對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，當(dāng)Rthreshold數(shù)據(jù)信息存在于接收緩存區(qū)時，將觸發(fā)OnComm事件。本程序的設(shè)計(jì)方式為將不同功能字符的最后一位當(dāng)做指令，例如投影開機(jī)指令為字符N，投影關(guān)機(jī)指令為字符F。選擇信號源可使用字符1、2、3來進(jìn)行。當(dāng)動作指令由PC機(jī)發(fā)出時，單片機(jī)會將接收的指令回發(fā)至PC機(jī)中，一旦PC機(jī)確認(rèn)指令后再次發(fā)送控制指令，并將指令在客戶端軟件中進(jìn)行顯示。單片機(jī)在對指令進(jìn)行接收后便將其寫入至數(shù)組寄存器中，同時向投影機(jī)發(fā)送相應(yīng)的控制指令，完成最終操作。

2.以太網(wǎng)模塊程序的實(shí)現(xiàn)

嵌入式以太網(wǎng)控制器W5500為TCP服務(wù)器模式，在經(jīng)過Socket初始化后可連接至客戶端，在對Socket打開后，服務(wù)器可對LISTEN命令進(jìn)行執(zhí)行，并進(jìn)行偵聽，等待客戶端的連接。一旦服務(wù)器對客戶端的SYN包進(jìn)行了偵聽，可對其請求進(jìn)行接收并構(gòu)建Socket連接，在完成連接后ESTABLISHED狀態(tài)將替換掉原來的Socket狀態(tài)，同時客戶端監(jiān)控軟件可開展與中控器的設(shè)備控制功能以及狀態(tài)查詢功能，一旦客戶端或服務(wù)器對Socket關(guān)閉，需要對FIN數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，在得到響應(yīng)后可將狀態(tài)改為SOCK_CLOSED，完成關(guān)閉操作。

3.下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

主控器系統(tǒng)包含子程序控制、子程序切換以及單片機(jī)的初始化等功能。在對單片機(jī)進(jìn)行初始化的過程中，可對定時器的開中斷、定時器的初始化、串口控制寄存器以及點(diǎn)源控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，隨后對遠(yuǎn)程監(jiān)控中心以及本地PC機(jī)等上位機(jī)進(jìn)行判斷。如果有請求便發(fā)出中斷指令，隨后跳轉(zhuǎn)至子程序模塊，在完成相應(yīng)工作后使用鍵盤對子程序進(jìn)行掃描。如果沒有請求發(fā)出便直接使用鍵盤對子程序進(jìn)行掃描，將檢測到的鍵值進(jìn)行譯碼，從而找到相應(yīng)的按鍵，隨后執(zhí)行相應(yīng)的子程序，最終實(shí)現(xiàn)對不同信號模塊的控制工作。

四、結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的提高，教學(xué)方式以及教學(xué)手段也在不斷進(jìn)步，近年來隨著信息化時代的來臨，多媒體教室開始廣泛應(yīng)用于各個教育階段的課堂教學(xué)中。隨著多媒體教室的頻繁使用，各個學(xué)校開始構(gòu)建智慧化的多媒體教室，但傳統(tǒng)的構(gòu)建方式存在較多不足之處，無法將所有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行連接，使其應(yīng)用效果較差。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用可幫助多媒體教室在構(gòu)建過程中將不同數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合，從而充分發(fā)揮其應(yīng)有作用，進(jìn)而提高教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量。