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进行连接和调试。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。
实用新型内容为弥补上述不足，本实用新型提供一种实用，快捷，方便，经济，安全的多媒体教学 一体机。本实用新型多媒体教学一体机，包括网络中控模块、PC机模块、用户接口、外设接 口模块和音频功放模块，网络中控模块分别连接PC机模块、用户接口、外设接口模块和音 频功放模块。本实用新型多媒体教学一体机，其中所述网络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
3备控制面板和RFID读卡器的工作。本实用新型多媒体教学一体机，其中所述PC机模块包括电脑主板/CPU/存储器 和DVD播放器。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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/O 口。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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输出。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，其中所述外设控制接口包括连接到主MCU 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。本实用新型多媒体教学一体机，其中所述PC机模块包括电脑主板/CPU/存储器 和DVD播放器。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。[0022]本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。多媒体教学一体机采用统一供电方 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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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。本实用新型多媒体教学一体机，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、网络中控、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。

[0030]图1是本实用新型多媒体教学--体机的电路框图；[0031]图2是本实用新型多媒体教学--体机的应用图；[0032]图3是本实用新型多媒体教学--体机核心控制器的电路框图；[0033]图4是本实用新型多媒体教学--体机核心控制器软件子程序模块图；[0034]图5是本实用新型多媒体教学--体机VGA信号切换模块主要信号走向示意图[0035]图6是本实用新型多媒体教学--体机AV信号切换模块主要信号走向示意图；[0036]图7是本实用新型多媒体教学--体机强电控制模块示意图；[0037]图8是本实用新型多媒体教学--体机网络通信驱动器示意图；[0038]图9是本实用新型多媒体教学--体机交换机板示意图；[0039]图10是本实用新型多媒体教学一体机外设控制接口模块示意图；图11是本实用新型多媒体教学一体机设备控制面板示意图；图12是本实用新型多媒体教学一体机音频控制电路示意图；图13是本实用新型多媒体教学一体机RFID读卡器原理图；图14是本实用新型多媒体教学一体机笔记本接口示意图；图15是本实用新型多媒体教学一体机外部接口模块的示意图；图16是本实用新型多媒体教学一体机音频功放模块的原理图。
具体实施方式
为进一步阐述本实用新型多媒体教学一体机，下面结合实施例作更详尽的说明。图1是本实用新型多媒体教学一体机的电路框图。本实用新型采用了 32位单片机作为中央控制模块的主控MCU，Intel双核处理器 作为PC机模块的CPU，以及DDR2存储芯片，2. 5英寸硬盘。网络中控(本方案中采用带网 络远程控制的中央控制器模块，简称网络中控)模块采用具有自主知识产权的InfoBed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。 本实用新型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。本实用新型 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1—网络中控DVGA信号切换模块(见图5)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6)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7)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IO 口信号的控制，再通过连接在该IO 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
6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INF0BED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)4)网络通讯驱动器(见图8)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/O 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9)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10)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11)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 12)8)RFID 读卡器(见图 13)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IS014443 TYPE A/Mi fare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，Intel公司生产的双核处理器作为 CPU, IG DDR2内存，2. 5英寸硬盘。10) DVD 播放器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3一用户接口 11)笔记本接口(见图14)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—外设接口12)外设接口模块(见图15)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1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16)本方案中的音频功放模块采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。
权利要求一种多媒体教学一体机，其特征在于所述一体机包括网络中控模块、PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频功放模块，网络中控模块分别连接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，其特征在于所述网络中控模块包括集 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播放器。
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/O 口。
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I/O 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 是由主控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。
专利摘要多媒体教学一体机，由网络中控模块、PC机模块、用户接口、外设接口模块和音频功放模块组成，网络中控模块由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G09G5/00GK201698602SQ200920279090
公开日2011年1月5日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6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