（華北電力大學(xué)計算機系，保定071003）

1 引言

多媒體教室作為高校中實現(xiàn)多媒體教學(xué)的平臺，在教學(xué)過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。其運行與管理是學(xué)校教學(xué)管理工作的重要組成部分，已成為推進教學(xué)改革和提升教學(xué)質(zhì)量的重要支撐。對多媒體教室管理維護者而言，在管理和維護任務(wù)日益加重的情況下，探索如何提高多媒體教室使用效率尤顯重要。大學(xué)教室多媒體設(shè)備的使用主要仍依靠人工管理的方式，存在著諸多不便，如老師每節(jié)課在使用教室多媒體之前需要去管理處登記借鑰匙，下課后還需歸還。為此提出一種基于載波通信的教學(xué)設(shè)備管理系統(tǒng)，以解決當(dāng)前存在的管理系統(tǒng)復(fù)雜繁瑣、多媒體使用不便捷、控制方式非智能化的弊端。

2 電力載波通信技術(shù)

電力載波通信是一種利用現(xiàn)有電力線，通過低壓載波方式進行的信息傳輸。主要是利用調(diào)制器將原始信號加載到電力線上，再通過電力線傳輸至接收設(shè)備以接收信號[1]。

一般情況下,電力線載波傳輸系統(tǒng)包含了載波處理裝置和載波通道裝置。載波處理裝置包括載波設(shè)施、調(diào)制芯片等,主要功能就是對需要傳輸?shù)耐ㄐ判盘栠M行解調(diào),將其轉(zhuǎn)換成可以經(jīng)由線路傳送的高頻信號。高載波通道通常包括耦合設(shè)施和輸電線路,負責(zé)傳輸信號。所以載波通道對于信號通信傳送有著至關(guān)重要的影響[2]。電力線載波通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 電力線載波通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電力載波通信最大的優(yōu)點是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，利用原有電力線路即可進行數(shù)據(jù)傳遞，故而省去了通信線路建設(shè)的基建投資和日常維護費用，這無疑成為解決學(xué)校范圍內(nèi)教學(xué)設(shè)備管理的最佳方案之一。目前，世界上最大的有線網(wǎng)絡(luò)是電力線網(wǎng)絡(luò)，利用電力線網(wǎng)絡(luò)有以下優(yōu)點：

(1)充分利用電力線資源，進行資源的整合和再利用，符合現(xiàn)代發(fā)展的趨勢。

(2)通過電力載波技術(shù)，利用現(xiàn)有的電力線資源，無需施工布線，安裝方便，對于已經(jīng)裝修完畢而沒有預(yù)留布線位置的學(xué)校是最佳的選擇[4-5]。

3 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包含以下幾部分，如圖2所示。

圖2 多媒體教學(xué)設(shè)備管理系統(tǒng)的總體框架

可見其主體構(gòu)成包括總控制中心、分控制室、受控端三部分，簡介如下：

(1)總控制中心，即教務(wù)處主機和總數(shù)據(jù)庫，負責(zé)全校每日課表制定，并存儲課表信息，每學(xué)期初向分控制室下達課表；

(2)分控制室，負責(zé)相對集中的若干教學(xué)樓中各教室多媒體設(shè)備管理箱的遠程控制，包含控制端主機及電力載波模塊；

(3)受控端，安裝在教室的多媒體設(shè)備管理箱的外部，根據(jù)分控制室的返回信息決定是否打開設(shè)備管理箱，包含電力載波模塊、單片機從機、鍵盤及電動鎖等。

3.2 系統(tǒng)組成功能

總控制中心通訊連接分控制室主機，并向其提供必要的數(shù)據(jù)庫信息。分控制室主機借助分控電力載波模塊與電力線連接，并對受控端傳送而來的數(shù)據(jù)進行處理，并對其做出指示。受控端的單片機模塊借助受控電力載波模塊與電力線連接，接收到分控制室傳送的數(shù)據(jù)后作出相應(yīng)動作。各部分的具體功能如下：

(1)總控制中心

每學(xué)期由教務(wù)處主機端制定全校課表并錄入數(shù)據(jù)庫中，并在學(xué)期初發(fā)送到分控制室的主機上。數(shù)據(jù)庫中每條記錄包含教師信息、登錄密碼、教室號。密碼和教室號與教師信息不匹配時無法打開多媒體設(shè)備管理箱。

(2)分控制室

分控制室端的電力載波模塊接收到來自受控端的開鎖請求信號后，將其解調(diào)，并傳送給控制端主機?？刂贫酥鳈C將開鎖請求信號中的開鎖信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，若比對成功，發(fā)送確認幀返回，單片機控制電動鎖解鎖；若比對不成功，則返回錯誤幀，單片機控制鍵盤屏幕顯示報錯信息，并提示教師重輸密碼。這一部分的工作流程如圖3所示。

圖3 分控制室設(shè)備的系統(tǒng)工作流程圖

(3)受控端：教師使用多媒體之前，在上課教室的受控端鍵盤上輸入相應(yīng)的密碼，該密碼通過單片機傳輸?shù)诫娏d波模塊上，電力載波模塊將其調(diào)制后加載到電力線，最后傳輸?shù)礁鞣挚刂剖?。這一部分的工作流程圖如圖4所示。

圖4 受控端設(shè)備的系統(tǒng)工作流程圖

3.3 硬件模塊與連接圖

電力載波數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與單片機連接電路如圖5所示。KQ-130F為單列9針過零載波數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，體積小而性能高。它是一種經(jīng)過特殊設(shè)計的載波模塊，專供220V交流、強干擾、強衰減、有遠距離要求的環(huán)境下使用，能夠可靠地傳送數(shù)據(jù)，性價比很高，傳送距離可達1.5km[6]。

圖5 KQ-130F模塊與單片機連接圖

4 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)的核心功能是基于電力載波模塊通過電力線進行通信，因此研究重點在于處理串口通信的數(shù)據(jù)。在RXTXcomm.jar包中封裝了大量方法和類，以CommPortIdentifier類作為訪問串口的核心類，可讓開發(fā)人員能夠更容易地控制處理串口數(shù)據(jù)，降低了開發(fā)的難度。本系統(tǒng)的開發(fā)過程中主要實現(xiàn)了以下四方面的內(nèi)容：對可用串口的查找、對串口參數(shù)的自定義設(shè)置、對IO流管道的管理、對接收到的數(shù)據(jù)的處理[7-8]。各部分的設(shè)計思路和實現(xiàn)過程詳述如下。

(1)對可用串口的查找

利用scanPorts()函數(shù)對本機串口進行掃描，其中設(shè)置CommPortIdentifier對象，并調(diào)用getPortType()和getName()方法對端口的類型和名稱進行獲取。通過循環(huán)查找、判斷符合條件的端口，獲取后顯示在界面化的下拉菜單中。

(2)串口參數(shù)的自定義設(shè)置

串口參數(shù)自定義設(shè)置串口打開前應(yīng)設(shè)置波特率、校驗位、停止位、數(shù)據(jù)位等信息。設(shè)置時應(yīng)定義串口類對象，并調(diào)用setSerialPortParams()方法對參數(shù)進行設(shè)置。

(3)對IO流管道的管理

IO通道是信息交換的關(guān)鍵，應(yīng)做以下處理：

(4)對接收的數(shù)據(jù)的處理

把接收到的數(shù)據(jù)與MySQL建立的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對，當(dāng)匹配時發(fā)送正確幀，不匹配時發(fā)送錯誤幀。

軟件生成界面如圖6所示。

圖6 軟件界面

5 結(jié)束語

經(jīng)上述論證，構(gòu)建了基于低壓電力載波通信的多媒體教學(xué)設(shè)備管理系統(tǒng)，從軟件和硬件兩方面給出了相應(yīng)設(shè)計思路。電力載波模塊能夠很好地構(gòu)建小型通信網(wǎng)絡(luò)，具有整合資源、方便安裝等優(yōu)點，是一種性價比很高的控制方式，其在教學(xué)設(shè)備的自動化控制方面具有良好的應(yīng)用前景。