摘要：針對高校多媒體教室電能浪費嚴重、資源利用不合理以及用電設備、教學管理不足等問題，利用恩智浦公司的CortexM0芯片，設計了以智能網關控制器為核心的教學樓智能管理系統，實現了合理使用教室用電設備，達到了節約電能、改善教學管理的目的。
　　
　　關鍵詞多媒體教室；智能網關控制器；智能管理系統
　　
　　隨著教學方式的改進，多媒體教室將不斷增多，而對于整棟教學樓或跨校區的多媒體教室管理，采用人工開關設備，是一件費時費力的工作。文中應用電子、網絡、自動控制技術以及實用的軟件平臺，設計了一套教室自動監測與控制系統。教室智能控制系統采用無線和以太網的分布式集散控制系統實現對教室內多媒體設備、教室照明和風扇進行遠程集中控制和管理，并通過網絡攝像頭對教室使用狀態等進行監控與顯示，達到教室控制智能化和節約化的目標。文中將嵌入式控制系統與網絡技術結合，具體論述系統中硬軟件各部分的結構功能和實現方法。
　　
　　1、系統組成與工作原理
　　
　　該系統主要用于多媒體教室的管理，使各教室按課表作息時間自行打開教室多媒體設備以及電燈、風扇、攝像頭等用電設備。并可在2分鐘內開啟教室所有的用電設備。
　　
　　文中系統采用3層硬件兩級網絡構成，即“教室用電設備控制單元-315／433Mbit·s-1無線通信-無線網關控制器-以太網-中央計算機單元”。其網絡拓撲結構如圖1所示。　　
　　系統總設計如圖2所示。　　
　　系統工作原理：系統*次運行時，由中央計算機將一學期的課表信息按照約定的編碼方式碼，通過以太網發送到各間教室的智能網關控制器上儲存，網關控制器自行讀取該教室的課表信息，并執行相應的操作。將課表信息存于網關控制器，使得網關控制器運行于脫機狀態，這樣有利于在網絡中斷或者沖突的情況下，系統依然可以正常運行，同時還可避免教室較多的情況下所產生的網絡擁堵。
　　
　　2、系統硬件設計
　　
　　2．1智能網絡控制器
　　
　　該模塊的核心控制部分采用NXP公司的32位芯片CortexM0LPC111x，可用于高集成度和低功耗的嵌入式應用。
　　
　　控制器的網絡芯片選用W5100，該芯片是一款多功能的網絡接口芯片，內部集成有10／100Mbit·s-1以太網控制器，主要應用于高集成、高穩定、高性能和低成本的嵌入式系統中。W5100內部集成了全硬件、TCP／IP協議棧、以太網介質傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。硬件TCP／IP協議棧支持TCP、UDP、*4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE，這些協議已在較多領域經過了驗證。內部集成還有16kB存儲器用于數據傳輸。使用W5100無需考慮以太網的控制，只要進行簡單的端口（Socket）編程。LPC111x通過內部的SPI模塊與W5100芯片進行通信。
　　
　　控制器片外Flash選用24c16，該Flash可存儲2kB的數據，LPC111x通過I2C總線對Flash進行讀寫，控制器的系統設計如圖3所示。　　
　　2．2教室用電設備控制單元
　　
　　主要負責完成接收來自智能網關控制器發送的無線命令，并進行解析和控制相應的繼電器，以達到控制相應用電設備的目的。
　　
　　該控制單元選用的核心控制芯片是PIC16fxx，該芯片是DIP封裝總共有14個引腳，控制7路繼電器的開斷，電源部分采用阻容降壓的方式，連接220V，通過阻容降壓濾波后達到直流12V，該電壓用于驅動繼電器，經穩壓芯片78L05變為5V，該電壓用于PIC芯片的工作電壓，電路原理圖如圖4所示。　　
　　3、系統軟件設計
　　
　　系統軟件包括運行于教室用電設備控制單元的軟件，智能網關控制器的軟件以及運行于中央計算機上的上位機軟件。
　　
　　3．1教室用電設備控制單元的軟件
　　
　　該部分軟件主要完成無線信號的接收、解碼以及繼電器的控制。PIC16fxx初始化后，會處于檢測無線信號狀態，一旦檢測到有無線信號，就會進行解碼，得到有效的解碼信息后，再打開相應的繼電器。程序流程圖如圖5所示。　　
　　3．2智能網關控制器的軟件
　　
　　智能網關控制器軟件采用無操作系統的設計，這樣能快速地實現數據的采集、處理和傳輸。軟件實現功能如下：
　　
　　（1）接收來自中央計算機單元的控制命令，并進行解析，將解析的命令通過無線編碼發送到用電設備控制單元。
　　
　　（2）將課表信息存儲于無線網關控制器中的Flash，并自行按上課時間讀取課表信息，打開多媒體設備，將需要打開的用電設備命令以無線編碼方式發送。　　　　
　　3．3網絡群控管理中心上運行的軟件
　　
　　中控機上運行的上位機軟件采用VC++編寫，主要完成對各間教室的網絡控制器課表信息進行加載和修改，并在特殊情況下手動開關教室用電設備，軟件的主界面如圖7所示。　　
　　4、結束語
　　
　　多媒體教學、網絡教學和遠程教學發展迅速。多媒體中央控制系統利用計算機技術對多媒體電教室、會議室中的各種設備進行集中控制、管理。不僅可節省人力，也進一步挖掘多媒體教室的作用。同時該系統兼顧教室考場和安防監控，利用新技術將考場與教室以及多媒體監控管理整合，易管理、易操作、成本低。