多媒体教学一体机的制作方法

专利名称：多媒体教学一体机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多媒体教学技术，特别涉及一种多媒体教学一体机。
背景技术：
在传统的多媒体教室建设中，讲台内部有多个设备(通常有PC机、中央控制器(以下简 称中控)、DVD播放机、功放音箱、用户扩展接口、视频展台等)组成，这些设备通过外部连 接线连接完成。中控负责对其他设备实行集中控制，这在一定程度上简化了多媒体教室设备 的操作过程。但是由于设备种类较多，系统连接线复杂，给多媒体教室的安装维护制造了不 小的麻烦，同时也为系统的稳定性打了很大折扣。各种设备以中控为核心，其他设备均以各 种不同的线缆连接到中控上。这样中控就可以完成对这些设备的开关控制和信号切换等操作。 这些设备的开关控制以投影仪的控制最为复杂也最为重要，需要通过RS232协议进行通讯。 在实现控制之前需要对中控编写匹配的控制码。传统的中控对于其他设备的控制大都是控制 其电源的开关， 一般都是直接切断其电源。由于计算机的开关机不能简单的用电源开关来实 现，因此传统中控一般不对计算机开关进行控制(如果一定要实现对计算机的控制，则需要 比较复杂的改造步骤)。这样用户在使用计算机时需要找到计算机主机箱上的电源按钮，而大 多数电脑的主机箱都放在讲台内部，并且有比较牢固的铁箱保护其安全，这在很大程度上增 加了的用户操作的复杂度。
除了对设备的开关机进行控制以外，中控还要完成对各种设备的信号进行切换，以便与 用户将自己需要的信号播放到输出设备上。因此各种信号源设备都要将自己的音视频信号通 过各种屏蔽线连接到中控的信号输入口上，在通过信号矩阵进行切换，最后通过输出接口传 到输出设备上。
为了能够实现对于设备的控制和信号切换，需要使用大量的各种线缆对这些设备进行连 接。这些线缆的使用不仅造成成本的大幅度上升，同时也大大增加了设备安装调试的成本和 复杂度 必须要有经验的技术人员才能对设备，行连接和调试。同时复杂的连接线路对于系 统的稳定性也是一个威胁，只要其中某一根线缆出现断开，松动，脱落时，整个系统就无法 正常运行。

发明内容
为弥补上述不足，本发明提供一种实用，快捷，方便，经济，安全的多媒体教学一体机。
本发明多媒体教学一体机，包括中控模块、PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频 功放模块，中控模块分别连接PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频功放模块。
本发明多媒体教学一体机，其中所述中控模块包括集成在一块板上的核心控制器、VGA 信号切换模块、AV信号切换模块、强电控制模块、网络通信驱动器、交换机模块、外设控制 接口、设备控制面板和RFID读卡器，核心控制器分别连接并控制VGA信号切换模块、AV信 号切换模块、强电控制模块、网络通信驱动器、交换机模块、外设控制接口、设备控制面板 和RFID读卡器的工作。
本发明多媒体教学一体机，其中所述PC机模块包括电脑主板/CPU/存储器和DVD/VCD 光盘驱动器。
本发明多媒体教学一体机，其中所述外设接口模块是一体机输入输出设备的接口，包
括投影机的1个VGA接口， 一个Video接口， 一个RS232控制接口； PC机模块的键盘鼠标输 入、显示信号输出；功放的音频信号输出接口，有线话筒的信号输入接口，电动屏幕的控制 接口，网络接口、外设电源的输出接口，电源输入接口。
本发明多媒体教学一体机，其中所述音频功放模块包括前置运放电路、主功率放大芯 片和环绕混响芯片，以及整套的交直流转换供电电路。
本发明多媒体教学一体机，其中所述核心控制器包括主MCU、复位IC、电平转换电路 和逻辑扩展电路，复位IC、电平转换电路和逻辑扩展电路分别连接到主MCU的各个I/0口， 核心控制器的软件包括底层硬件驱动、TCP/IP协议栈、底层硬件初始化、UDP参数配置、上 位机命令解析、FLASH数据刷新、逻辑电平控制、控制面板命令解析、喂狗程序、开关量监 视、中断服务子程序。
本发明多媒体教学一体机，其中所述VGA信号切换模块有3路输入、2路输出，由模 拟选路芯片控制选择输入，并经信号分配芯片进行分配放大后输送到2路输出中的一路。
本发明多媒体教学一体机，其中所述AV信号切换模块有4路输入和1路输出，由模拟 选路芯片选择输入接通到i^出。
本发明多媒体教学一体机，其中所述强电控制模块包括电动幕布接口和投影仪接口，
电动幕布接口有两个火线触点分别连接两个继电器，投影仪接口的火线零线连接一个继电器，
三个继电器分别通过光耦连接到主MCU的三个I/O 口，其中投影仪接口为延时断电。
本发明多媒体教学一体机，其中所述交换机模块具有5个10/100M自适应以太网接口和一个接口芯片。
本发明多媒体教学一体机，其中所述外设控制接口包括连接到主MCU 1/0口的光耦和 连接到主MCU串口的电平转换芯片，对于设备电源的开关控制是有主控MCU发出电平信号， 通过光耦转换后控制继电器动作来实现的，对于投影机的开关控制则是由主控MCU通过RS232 控制协议发送相应的命令码来实现，电平转换芯片负责逻辑电平转换，将主MCU发出的TTL 电平转换成符合标准RS232规范的电平信号。
本发明多媒体教学一体机，其中所述PC机模块包括电脑主板/CPU/存储器和DVD光驱。
本发明多媒体教学一体机，其中所述外设接口模块是一体机输入输出设备的接口，包 括投影机的1个VGA接口， 一个Video接口， 一个RS232控制接口； PC机模块的键盘鼠标输 入、显示信号输出；功放的音频信号输出接口，有线话筒的信号输入接口，电动屏幕的控制 接口，网络接口、外设电源的输出接口，电源输入接口。
本发明多媒体教学一体机，其中所述音频功放模块包括前置运放电路、主功率放大芯 片和环绕混响芯片，以及整套的交直流转换供电电路。
本发明多媒体教学一体机，集多种设备功能于一体，多媒体教学一体机集成了PC机、中 央控制器、网络交换机、功放、DVD播放机、有线/无线话筒接收模块、用户设备接口模块等 功能。这些功能的性能指标必须达到普通多媒体教室的要求。
本发明多媒体教学一体机，具有操作的便捷性。用户通过多媒体教学一体机的操作面板 就可以控制所有设备。采用多媒体教学一体机以后，普通多媒体教室只需要再配置一台投影 仪， 一个电动屏幕， 一台显示器， 一对无源音箱即可。这四个设备都可以被多媒体教学一体 机完全控制。
本发明多媒体教学一体机，设备连接变得异常简单。多媒体教学一体机具备了传统多媒 体教室的诸多设备的功能，因此安装时只有简单的几根输入输出连接线，这就省去了大多数 的设备连接和调试工作。
本发明多媒体教学一体机，具备高可靠性。多媒体教学一体机的功能模块进行高度整合设 计，模块间连接更加紧凑，接口更加牢固。多媒体教学一体机釆用统一供电方案，最大限度 地保证了系统稳定性。由于各个模块都集成在同一机箱内部，因此多媒体教学一体机需要解 决各个功能模块间的相互干扰以及散热问题。
本发明多媒体教学一体机，可维护性强。为了提高多媒体教学一体机的可维护性，我们 采用模块化设计。即多媒体教学一体机中的各个功能模块都在物理结构上都相对独立，若某 个模块出现故障，则可将该模块单独替换掉。各个功能模块的连接采用专用连接线缆和连接接口，确保连接的可靠。
本发明多媒体教学一体机，安全有保障。在结构上，多媒体教学一体机采用防盗锁设计， 必须打开防盗锁才能够进行检修工作，有效杜绝普通人员接触多媒体教学一体机内部模块。 同时多媒体教学一体机还配有远程防盗机制， 一旦有人暴力开启机箱，多媒体教学一体机会 通过校园网告知管理员或者门卫。
本发明多媒体教学一体机，具备待机联网功能。多媒体教学一体机必须24小时网络待机 功能，只有这样才能做到持续的远程设备监控。
本发明多媒体教学一体机，价格实惠。无论是从产品的售价，还是系统安装维护费，采 用多媒体教学一体机都将比传统方式更经济实惠。
采用多媒体教学一体机以后，多媒体教室建设复杂度就被大大简化。这是因为多媒体教 学一体机同时具备了传统方式下的计算机、中控、网络交换机、功放、用户扩展接口、 DVD 播放机等设备的功能。这些设备都在多媒体教学一体机内部以专用线路和接口的方式连接并 且固定。这样以来，不仅将多媒体教室中的设备类型大大减少，同时也省略了这些设备之间 的连接线，从而解决了安装调试难，系统问题多，成本昂贵等一系列问题。


图1是本发明多媒体教学一体机的电路框图2是本发明多媒体教学一体机的应用图3是本发明多媒体教学一体机核心控制器的电路框图4是本发明多媒体教学一体机核心控制器软件子程序模块图5是本发明多媒体教学一体机核心控制器软件流程图6是本发明多媒体教学一体机VGA信号切换模块主要信号走向示意图7是本发明多媒体教学一体机AV信号切换模块主要信号走向示意图8是本发明多媒体教学一体机强电控制模块示意图9是本发明多媒体教学一体机网络通信驱动器示意图IO是本发明多媒体教学一体机交换机板示意图11是本发明多媒体教学一体机外设控制接口模块示意图12是本发明多媒体教学一体机设备控制面板示意图13是本发明多媒体教学一体机音频控制电路示意图14是本发明多媒体教学一体机RFID读卡器原理图15是本发明多媒体教学一体机笔记本接口示意图；图16是本发明多媒体教学一体机外部接口模块的示意图； 图17是本发明多媒体教学一体机音频功放模块的原理图。
具体实施例方式
为进一步阐述本发明多媒体教学一体机，下面结合实施例作更详尽的说明。 图1是本发明多媒体教学一体机的电路框图。
本发明采用了 32位单片机作为中央控制模块的主控MCU，高速X86处理器作为PC机模 块的CPU,以及高速存储芯片和硬盘。中控(中控包括简易中控和带远程监控功能的网络中控， 以下均以网络中控为例进行说明。)模块采用具有自主知识产权的操作系统，将TCP/IP协议 栈移植到该操作系统上，以实现网络远程集散式控制。采用数字电位器实现对音量的控制。 编程模拟用户按钮操作动作，以实现对计算机的远程开关机控制。本发明还利用以太网交换 芯片来实现5 口快速以太网数据交换机的功能。本发明采用了 2.4G无线数字传输技术，实现 音频数据的无线传输功能，同时还实现了基于13. 56M的射频读卡功能。
网络中控模块是多媒体教学一体机的核心，它的功能是实现对2、 3、 4、 5这四个模块的 控制，信号切换，同时它负责接收用户操作指令(既包括网络远程指令，也包括本地按键操 作、刷卡指令)。模块6主要负责多媒体教学一体机的供电需求，还有运行过程中产生的热量 散发。模块2复责最终用户教学内容的展示，它对于终端用户来说是最重要的，也是核心信 息源。模块3主要为手提电脑或其他音视频设备用户使用，用户可以通过这些接口轻松将自 己手提电脑、录音机、便携式播放器等设备的信号输出到显示设备或音箱上。模块4提供连 接其他外部设备的接口，比如投影仪、监视器等显示设备，键盘、鼠标、视频展台等信号输 入设备。模块5的功能是将各种音频信号放大并输出到音箱上。
模块l一网络中控
1) VGA信号切换模块(见图6)
该模块实现3*2路模拟VGA信号的矩阵切换。其中3路为输入信号，2路是输出信号。 实现该功能首先采用模拟信号选路芯片实现信号的选择，再采用信号分配芯片实现信号的分 配和放大。
AV信号切换模块(见图7)
该模块实现4*1路AV信号的矩阵切换。其中4路为音视频输入信号接口 ， 1路为音视频 信号输出接口。实现该功能也是通过选路芯片来完成切换。
2) 强电控制模块(见图8)该模块主要是对外设电源进行控制，对于投影仪则实现延时断电功能。实现该功能首先 对主控MCU(32位单片机)进行编程实现对10 口信号的控制，再通过连接在该10 口上的光偶 器件对继电器操作，以实现对交流220V电源的通、断路控制。对于电动屏幕的控制也是基于 同样的原理。
3) 核心控制器(见图3)
核心控制器指的是以主控MCU(32位单片机)为核心器件的软硬件模块。该模块属于核心 模块的核心，它负责整个系统运行过程中的各种逻辑信号的控制，用户指令的接收，各种方 式的数据通讯和处理。其中硬件包括复位电路，存储器电路,光电耦合电路，逻辑电平转换电 路等。软件则包括INFOBED硬件操作系统，以太网驱动程序，RS232驱动程序，TCP/IP协议 栈，应用程序等多个模块。
核心控制器模块的PCB采用4层设计，中间两层为电源和地，外边两层为信号层。复位 电路是一个外部看门狗电路，当程序出现死机时，外部看门狗会触发主MCU重新启动，确保 程序恢复运行。电平转换电路负责将串行控制口的逻辑电平转换成标准的RS232的电平逻辑 电平信号。逻辑扩展电路是核心控制器模块与外围电路连接的接口，在上面描述的关于VGA 切换模块、AV切换模块、强电控制模块的逻辑电平都是通过这里的引出的。后面讲到的网络 驱动器模块的地址、数据接口也是连接到逻辑扩展电路接口上的。
核心控制器的软件主要包括底层硬件驱动、TCP/IP协议栈、底层硬件初始化、UDP参数 配置、上位机命令解析、FLASH数据刷新、逻辑电平控制、控制面板命令解析、喂狗程序、 开关量监视、中断服务子程序等多个子模块。(见图4)
核心控制器的软件运行流程见图5。
4) 网络通讯驱动器(见图9)
网络通讯驱动器主要是负责以太网数据收发操作模块。该模块以网络驱动器芯片为核 心，以总线方式接入到主控MCU的I/0口上，从而实现以太网数据帧的收发工作。
5) 交换机模块(见图10)
该模块以网络交换芯片为核心，具有5个10/100M自适应的以太网接口，该接口负责将 台式机、笔记本、网络中控模块连接到校园网上。
6) 外设控制接口 (见图ll)
外设控制接口主要有对设备电源的开关控制，对于电动屏幕的升降控制，对于投影机的开关机控制，对于电脑的开关机控制等。
对于设备电源的开关控制是有主控MCU发出电平信号，通过可控硅转换以后，最后控制 继电器动作来实现的。电动屏幕的控制与设备电源控制原理一样。对于投影机的开关控制则 是由主控MCU通过RS232控制协议发送相应的命令码来实现，这些命令码在设备安装时由配 套的上位机软件进行配置。对于电脑的开关机控制则是利用继电器动作来模拟计算机电源按 钮被按下的过程来实现。其中逻辑电平转换芯片负责将TTL电平转换成符合标准RS232规范 的电平信号。
7) 设备控制面板(见图12)
设备控制面板则是用户操作多媒体教学一体机的接口。通过该面板，用户可以插卡或钥 匙来开启系统总电源，然后开启投影机、计算机等设备，也可以控制电动屏幕的升降，音量 的大小，还可以实现各种信号的切换。总之对于多媒体教室内的所有相关设备操作全部集中 在该面板上了。下图给出了多媒体教学一体机控制面板的布局图
其中对于音量的控制则是利用数字电位器芯片来调节信号放大幅度来实现。数字电位器 通过按键发出的电平信号引起电阻值的变化，从而实现声音信号的强弱，达到控制音量的效 果。对于静音功能则是通过控制小型继电器来实现线路的开闭路，从而达到静音功能。对于 其他设备的控制则是通过RS232协议向核心控制器模块发送指令来实现。(见图13):
8) RFID读卡器(见图14)
RFID读卡模块采用的是基于13.56M的非接触射频技术，内嵌低功耗射频基站。该模块 采用高度集成读写卡芯片作为射频基站，符合IS014443TYPE A/Mifare标准，模块具有寻 卡、读取、写入、初始化等指令集。
模块2—PC机模块
9) PC机基本配置
本方案的PC机模块采用MiniITX架构的主板，另外还配有高速CPU、内存、硬盘等。
10) DVD光驱
为了能够让用户播放各种多媒体光盘，本方案专门配置了 DVD光驱配以相应的DVD播放 软件即可实现对各种影碟光盘的播放。
模块3—用户接口11)笔记本接口 (见图15)
本方案中的用户接口是指终端用户通过一体机使用个人笔记本电脑的接口。为方便用户 使用，本方案配置了可抽拉式信号线接口。
模块4一外设接口
12) 外设接口模块(见图16)
本方案中的外设接口主要是一体机输入输出设备的接口。比如与投影机的连接需要l个 VGA接口， 一个符合Video接口， 一个RS232控制接口； PC机模块则需要键盘鼠标输入，显 示信号输出；功放需要将放大后的音频信号输出到音箱上，同时又需要将有线话筒的信号输 入到其内部；电动屏幕的控制接口；外设电源的输出接口。
模块5--音频功放模块
13) 音频功放模块(见图17)
本方案中的音频功放模块釆用音频信号放大芯片来设计前置运放电路，采用功率放大芯 片作为主功率放大芯片，另外还采用了数字音频芯片来实现立体环绕混响功能。 图2是多媒体教学一体机的实际应用示意图，仅用来说明连接的减少。
权利要求
1、一种多媒体教学一体机，其特征在于所述一体机包括中控模块、PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频功放模块，中控模块分别连接PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频功放模块。
2、 根据权利要求1所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述中控模块包括集成在一块板上的核心控制器、VGA信号切换模块、AV信号切换模块、强电控制模块、网络通信驱动 器、交换机模块、外设控制接口、设备控制面板和RFID读卡器，核心控制器分别连接并控制 VGA信号切换模块、AV信号切换模块、强电控制模块、网络通信驱动器、交换机模块、外设 控制接口 、设备控制面板和RFID读卡器的工作。
3、 根据权利要求2所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述PC机模块包括电脑主 板/CPU/存储器和DVD/VCD光盘驱动器。
4、 根据权利要求3所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述外设接口模块是一体机 输入输出设备的接口，包括投影机的1个VGA接口， 一个Video接口， 一个RS232控制接口； PC机模块的键盘鼠标输入、显示信号输出；功放的音频信号输出接口，有线话筒的信号输入 接口，电动屏幕的控制接口，网络接口、外设电源的输出接口，电源输入接口。
5、 根据权利要求4所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述音频功放模块包括前置 运放电路、主功率放大芯片和环绕混响芯片，以及整套的交直流转换供电电路。
6、 根据权利要求5所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述核心控制器包括主MCU、 复位IC、电平转换电路和逻辑扩展电路，复位IC、电平转换电路和逻辑扩展电路分别连接到 主MCU的各个I/0口，核心控制器的软件包括底层硬件驱动、TCP/IP协议栈、底层硬件初始 化、UDP参数配置、上位机命令解析、FLASH数据刷新、逻辑电平控制、控制面板命令解析、 喂狗程序、开关量监视、中断服务子程序。
7、 根据权利要求6所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述VGA信号切换模块有多 路输入多路输出，由模拟选路芯片控制选择输入，并经信号分配芯片进行分配放大后输送到 输出中，所述AV信号切换模块有多路输入和1路输出，由模拟选路芯片选择输入接通到输出。
8、 根据权利要求7所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述强电控制模块包括电动 幕布接口和投影仪接口，电动幕布接口有两个火线触点分别连接两个继电器，投影仪接口的 火线零线连接一个继电器，三个继电器分别通过光耦连接到主MCU的三个1/0 口，其中投影 仪接口为延时断电。
9、 根据权利要求8所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述交换机模块具有若干个10/100M自适应以太网接口和一个接口芯片。
10、 根据权利要求9所述的多媒体教学一体机，其特征在于所述外设控制接口包括连接到主MCU I/O 口的光耦和连接到主MCU串口的电平转换芯片，对于设备电源的开关控制是 有主控MCU发出电平信号，通过光耦转换后控制继电器动作来实现的，对于投影机的开关控 制则是由主控MCU通过RS232控制协议发送相应的命令码来实现，电平转换芯片负责逻辑电 平转换，将主MCU发出的TTL电平转换成符合标准RS232规范的电平信号。
全文摘要
多媒体教学一体机，由中控模块、PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频功放模块组成，中控模块由VGA信号切换模块、AV信号切换模块、强电控制模块、网络通信驱动器、交换机模块、外设控制接口、设备控制面板和RFID读卡器组成，核心控制器连接并控制VGA信号切换模块、AV信号切换模块、强电控制模块、网络通信驱动器、交换机模块、外设控制接口、设备控制面板和RFID读卡器的工作。采用多媒体教学一体机，多媒体教室建设复杂度就被大大简化，只需配上相应的输入输出设备即可，这不仅将多媒体教室中的设备类型大大减少，同时也省略了这些设备之间的连接线，从而解决了安装调试难，系统问题多，成本昂贵等一系列问题。
文档编号G09B5/00GK101582206SQ20091013597
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者葛茜倩, 郭国庆 申请人:宁波高新区阶梯科技有限公司