（计算机应用技术专业论文）多媒体集中控制器的研制.pdf

中文摘要 中文摘要 随着计算机应用技术、网络技术以及多媒体技术的飞速发展，各级 各类学校普遍通过提供全新的教学环境，运用先进的教学手段来设计教 学活动。这使得以计算机、投影机等多媒体教学设备为核心的多媒体教 室越来越普及。在多媒体教室的建设过程中，多媒体集中控制器是不可 或缺的重要设备之一。多媒体集中控制器是结合电了技术、计算机技术、 网络技术最新成果，将所有设备的控制操作集中在一起统一完成。它的 最大的特点就是让复杂繁琐的设备操作过程简单化，让使用者在使用各 种设备的过程中轻松自如。 本文致力于多媒体集中控制器的开发和研制，力求使其具备功能强、 性能佳、兼容好、安装方便、操作简单、人机交互友好等特点。能够完 整体现多媒体环境下各种设备的操作功能：能够实现音视频、v g a 信号 自动切换控制功能；能够实现对环境灯光、电动窗帘、空调等环境设备 的控制功能。本文研制的多媒体集中控制器除了可以广泛用在多媒体教 室，还普遍适用于会议室、多功能厅、学术报告厅等演示场所。 本文提出了用d t m f 双音多频信号与多媒体集中控制器进行通信来 实现控制操作的设想，并成功地通过计算机声卡播放d t m f 双音多频信号 来控制多媒体仪器设备，实现了多媒体集中控制器的全部功能。本文研 究的内容丰要包括：红外控制信号学习和存储处理模块、通过d t m f 信号 调用控制代码实现集中控制模块、多路音视频信号矩阵切换模块、环境 设备控制模块等。 关键词：多媒体集中控制器d t m f 信号红外控制码单片机 黑龙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y 、 n e t w o r ka n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ，a l lo rd i f f e r e n tl e v e l ss c h o o ld e s i g n v a r i o u st e a c h i n ga c t i v i t i e sb yp r o v i d i n gl a t e m o d e lt e a c h i n ge n v i r o n m e n t s a n du s i n ga d v a n c e dm e t h o d so ft e a c h i n g i tl e a d st og r o wm o r ea n dm o r e c l a s s r o o mb ym u l t i m e d i a t e a c h i n ge q u i p m e n t ，s u c ha sc o m p u t e ra n d p r o j e c t o ra n ds oo n w h e nw eb u i l dm u l t i m e d i ac l a s s r o o m ，m u l t i m e d i a c o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e ri so n eo fi n d i s p e n s a b l e i m p o r t a n te q u i p m e n t m u l t i m e d i ac o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e ri st h em o s t u p - - t o - - d a t es c i e n c ea n d t e c h n o l o g yc m m e c t i n gw i t he l e c t r o n i ct e c h n o l o g y ，c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d n e tt e c h n o l o g y i tc a nc o n t r o la l lo ft h ee q u i p m e n t s t h et y p i c a lc h a r a c t e r i s t i c i st h a to p e r a t o n a lp r o c e s sb e c o m eo f s i m p l e n e s s ，a n du s e rc a ne s a yi t t h i sp a p e ri sd e v o t e dt oe x p l o i t a t i o na n dm a n u f a c t u r eo fm u l t i m e d i a c o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e r t h es y s t e mh a ss o m ec h a r a c t e r i s t i cs u c ha sp o w e r f u l f u n c t i o n 、f i n ep e r f o r m a n c e 、g o o dc o m p a t i b l e n e s s 、c o n v e n i e n ta s s e m b l a g ea n d e a s yo p e r a t i o ne t c m u k i m e d i ac o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e rc a nc o n t r o lv a r i o u s e q u i p m e n t s ，s w i t c ha u d i o v e d i os i g n a l sa n dv g as i g n a l s ，a n dc o n t r o ll i g h t s 、 m o t o r - d r i v e nc u r t a i na n da i rc o n d i t i o n e re t c m u l t i m e d i ac o n c e n t r a t e d c o n t r o l l e rc a nb eu s e di nt h ea u d i t o r i u m 、m e e t i n gr o o ma n dm u l t i f u n c t i o n a l h a l lp a r t i c u l a rc o n t e n t si n c l u d e c o l l e c t i n g i n f r a r e d c o d e 、a l t e r n a t i n g m u l t i c h a n n e ls o u n dv i d e os i g n a l 、t u r n i n go no rt u r n i n go f fs o m ef u n c t i o n a n dm a n a g i n ge l e c t r i cs o u r c e t h i s p a p e rp r e s e n t s t e n t a t i v ei d e at h a t a c q u i r e c o m m u n i c a t i o n e n g i n e e r i n gu s ed t m fd o u b l es o u n dm u l t i - f r e q u e n c i e ss i g n a lb e t w e e n c o m p u t e ra n dm u l t i m e d i ac o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e r t h i sp l a ni sag r e a ts u c c e s s ， a n dw h o l ef u n c t i o n so fm u l t i m e d i ac o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e rc o m et r u et h e h - 外文摘要 m a i nr e s e a r c ht o p i c so ft h i sp a p e ri n c l u d em o d u l eo fc o l l e c t i n ga n ds a v i n g i n f r a r e dc o d e ，m o d u l eo fc o n t r o l l i n ga p p a r a t u sa n de q u i p m e n t ，m o d u l eo f a l t e r n a t i n g m u l t i c h a n n e ls o u n dv i d e os i g n a la n dm o d u l eo fm a n a g i n g e l e c t r i cs o u r c e k e y w o r d s ：m u l t i m e d i ac o n c e n t r a t e dc o n t r o l l e r ，d t m fs i g n a l ，i n f r a r e dr a y r e m o t e sc o n t r o lc o d e ，m o n o l i t h i cm i c r oc o n t r o l l e r 1 1 1 第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 当今，随着信息技术、多媒体技术、数字视听技术的迅猛发展以及 在教育领域大量应用和普及，重视现代教育技术对教育产生的影响，大 力推进教育现代化是世界教育发展的主流。我国在运用现代教育技术手 段整合教学的过程中，已取得了相当成效。采用先进的教学手段，提供 全新的教学环境来设计教学活动，已经成为教育发展的趋势所在。 随着现代化教学系统在各大院校以及各级各类教育和培训部门的不 断推进，传统的授课方式和环境已经不适应现代化教育发展的需要，集 多功能教室系统和多媒体教学系统于一体的新型现代化教育体系在教育 行业得到了日益广泛的运用。作为一种新型的教育形式和现代化教学手 段，广泛利用多种媒体开展教学的新型教学环境是教育现代化的基本要 求和显著特征之一。这种新型的、可以广泛利用多种现代视昕媒体开展 教学的教学环境就是人们常说的多媒体电化教室。 一个标准的多媒体电化教室，它至少应包含计算机系统、大屏幕投 影显示系统、多路音视频播放系统、环境设备控制等几个系统。 计算机系统即可以直接进行计算机教学、培训和演示，也可以通过 各种软件来制作不同学科的教学资料。计算机系统可以使用台式机，也 可使用笔记本电脑。 投影显示系统由多媒体投影机、视频展示台、投影屏幕等组成。目 前国内能见到的投影机品牌和种类比较多，国际品牌如日本的爱普生、 索尼、松下，荷兰的飞利浦，韩国的l g 等。产品档次齐全、技术成熟， 有可靠的质量保证，属中高档机型。国产品牌如神州数码公司的“晨星” 黑龙江大学硕士学位论文 系列，清华同方科技的“同方”系列，澳柯玛集团的“澳式”系列，鸿 合h i t e p r o 系列投影机等，属中低档机型。视频展示台是一种无粉笔教 学的选择，即可投实物，又可投胶片，综合了幻灯机、胶片投影仪的功 能，增加了教学直观效果。国际品牌如韩国三星，日本j v c 、松下；国 产品牌如联想晨星、大噎、鸿合等。视频展台通常会配有底灯，侧灯，带 正负片翻转功能，视频清晰度在4 7 0 线左右，可以满足不同环境使用。 投影屏幕按照投影方式主要分为：正投屏幕、背投屏幕；投影屏幕按照 屏幕材料的材质分为：硬质屏幕和软质屏幕；屏幕按照不用的应用方式 分为：电动、手动、框架、嵌墙、支架；屏幕按照表面不同分为：菲涅 尔光学屏幕、漫反射光学屏幕。多媒体电化教室多采用正投、电动的方 式，一般选择软质幕布比较符合投影机光学反射原理，投出的图像清晰、 亮丽，而且价格适中。 多路音视频播放系统主要包括影音播放设备，如d v d 、录像机、乍 座；传声设备，如有线话筒，无线话筒；扩声设备如功放、音箱等。有 些学校在大型的教室里还加有调音设备如调音台、混响器等。 环境设备控制系统主要指可调灯光、电动窗帘、电动屏幕、空调、排 风等，用以保证良好的教学环境。 由于多媒体教室配有多媒体电脑及上述多种先进的视听设备，而且 教室中配置的设备种类众多，品牌各异，放置分散，教师操作起来极为 不方便。如何有效的运用和管理如此众多的多媒体设备，克服了以往媒 体设备的单一性和不完全性，又不至于因设备种类的繁多、操作使用的 复杂、应用环境的控制等使老师手忙脚乱，从而让老师和学生全身心地 投入到教学和学习中，最理想的解决办法就是捌有一套多媒体集中控制 器。 多媒体集中控制器将所有的媒体设备集中控制管理、统一操作使用， 第1 罩引吾 既发挥了电教设备的优越性，又使教师的主观能动性得到充分的发挥， 相辅相成，实现了人机优化组合的多媒体教学模式，使教学更为直观， 灵活，易于学生领会理解和接受各种教学内容。 多媒体集中控制器是结合电子技术、计算机技术、网络技术最新成 果，将所有设备的操作集中在一个界面上来完成。它的最大的特点就是 让复杂繁琐的设备操作过程简单化，让使用者在使用各种设备的过程中 轻松、从容。通过几年的发展和使用，集中控制的观念已经广泛的被人 们所接受。多媒体集中控制器应该具备以下特点和主要功能：系统可靠 性高、操作简单、人机交互友好；能够完整体现多媒体环境f 各种设备 的功能；能够实现音视频、v g a 信号自动切换控制功能；能够实现对环 境灯光、电动窗帘、空调等环境设备的控制功能。 由于投影仪、影碟机、摄像机、视频展示台、计算机、灯光、音响、 电动屏幕、空调、电动窗帘等已经是多媒体教室或多功能会议室的常规 设备，对于它们的控制和调试如果采用单独分散操作的话必然给使用者 带来极大的麻烦。因此，开发研制基于单片机的多媒体集中控制器，可 以实现各种多媒体设备的集中控制、信号切换及设备运行状态监控。提 供人机友好的控制系统界面，便于使用人员操作方便，提高l ：作和使用 效率，适用于教学、演讲、展示及娱乐等各种应用场台。 1 2 国内外的研究现状 多媒体集中控制是随着信息技术的发展而出现的一个比较新兴的应 用领域。当人们意识到需要使用一种简便的工具来驾驭日新月异的科技 发展时，集中控制系统则可以为人们在日常工作、学习和生活中提供行 之有效的解决方案。最早开发研制多媒体集中控制器的是美国的 c r e s t r o n 1 5 1 公司，汉语译名为“陕思聪”，有近3 0 年的历史。 黑龙江大学硕士学位论文 c r e s t r o n 开发研制了很多先进的遥控系统，一直在领导着遥控科技的 潮流，可以说c r e s t r o n 是控制系统的先锋和行业标准。c r e s t r o n 公司有很多在控制领域的首创【1 扣2 0 i 。例如：首套摸块组合控制系统；首 台可让用户自设i r 档案i r 红外线学习器；首台设有控制的视听切换器； 首套以软件定义功能的控制系统；首套多功能w i n d o w s 模式的控制软 件一s i m p lw i n d o w s 等等。文献 1 6 y 0 出了c r e s t r o n 公司在智能控 制领域的数项科技之首。在文献【1 7 2 0 中，c r e s t r o n 提出了信息化网 络环境下的多媒体集中控制的新概念e c o n t r o l ，并分别给出了这一 概念的概要、设计思想、部分技术细节及模拟在线示范软件。 国外另个著名的从事多媒体集中控制器开发和研制的是a m x 口” 公司。a m x 公司始创于1 9 8 2 年，a m x 公司在近二十年的发展过程中同 样也有许多的世界第一【2 2 1 。例如：第一个直接红外控制器s x d c u ；第 一个可自编程的触摸屏s x e l ：第一个面向用户设计的无线控制面板 t x c 3 2 ；第个可再配置的智能控制面板s o f t w i r e ：第一个智能拧制卡 a x c e s sc a r d f r a m e 等等。文献 2 2 1 歹0 出了a m x 公司在_ 十年的发展过 程中在控制领域所取得的世界第一。 c r e s t r o n 公司和a m x 公司是最早把多媒体集中控制器这一概念 和相关产品引入我国的两家公司。它们的产品比较成熟，性能先进，系 统稳定性好。但是，也有一些不足：安装麻烦，须专业人员现场编程， 这给今后的升级和维护带来了极大的困难：控制界面呆板，一经安装， 再也无法更改；价格昂贵，对大多数学校来讲，无法承受如此昂贵费用， 从性能价格比的角度以及我国来看，不是最好的选择。 随着国外多媒体集中控制技术的迅猛发展和相关产品的涌入，国内 也逐步开始了对多媒体集中控制器的开发和研制工作。以一批高等院校、 研究院所以及计算机科技公司为主体，从消化吸收国外技术、应用借鉴 第1 罩引言 国外系统到自主多媒体集中控制产品的开发与研制，目前已经形成了自 己的从理论研究到产品丌发的多媒体集中控割产业。在多媒体集中控制 理论研究方面，一些科研人员提出了很多关于媒体集中控制关键技术方 面的解决方案2 3 _ 2 8 1 。文献【2 3 】讨论了多媒体集中控制器的一些关键性技 术，文献 2 4 2 8 】分别讨论了单片机技术、红外遥控技术、双音多频信号 等在集中控制领域的应用。还有一些科技人员提出了多媒体集中控制的 整体解决方案让9 _ 3 “。文献1 2 9 1 讨论了一种多功能电子教室智能中央控制 系统理论解决方案；文献 3 0 n 寸论了一种基于单片机的多媒体设备中央控 制系统理论解决方案；文献【3 1 】提出了一种基于p c 机的通用家电控制器 的设计与实现方案。其它参考文献是在实际开发研制该系统和撰写本文 过程中阅读、参考和借鉴的。 在产品开发研制方面，崮内一些商家从上世纪九十年末年丌始涉足 多媒体集巾控制器这一领域。通过几年的借鉴、吸收和改进，有几个厂 家的产品已脱颖而出，如北京的w i s e 、广州的s v s ( 讯控) 等系列多 媒体集中控制器，无论从系统的稳定性、系统的功能、系统的可扩展性， 尤其是从产品的性能价格比来讲，完全可以取代甚至超过进口品牌。然 而由于商业行为对技术的保密问题，通常只是可以获得产品的使用资料， 无法获得其丌发研制方面的具体资料。 无论是圉外还是国内的研究j “品，他们虽然都解决对多媒体设备的 集中控制问题，但通常都是采用串行通讯的方式实现，功能控制和实际 应用，尤其是和教学应用是分离的；同时控制代码不公开，无法直接调 用控制命令；要想实现控制功能必需启动固定的应用程序。本文所做的 主要工作是在保留串行通讯方式的基础上，采用一种新的通讯方式实现 控制功能，同时公开控制代码，方面用户把控制命令嵌入到自己的应用 程序或是网页之中，还可以实现远程调用控制代码来控制本地设备。 黑龙江大学硕士学位论文 i i i i i i i i i i i i i i ii ii i 1 3 本文的贡献 本文主要研制开发的是目前广泛j 宠辟j 于多媒体教室、会议室、多功 能厅、学术报告厅等教学和演示场所得多媒体集中控制器。在上述多媒 体环境下，多媒体集中控制器的功能是可以完成对计算机、投影机、笔 记本电脑、视频展台、影碟机、录像机、电视机、录音卡座、功放器、 电动屏幕、电动窗帘、空调、灯光等没备的集中控制。 本文所做的主要工作包括以下几方面的开发和研制：( 1 ) 红外遥控 信号学习和存储技术的研究和实现；( 2 ) 利用d t m f 双爵多频信号调用 遥控代码，以实现对各类设备的集中控制：f 3 ) 多路音视频信号、计算 机v g a 信号矩阵切换的研究与实现：( 4 ) 通过多种形式对环境设备实现 集中控制和管理。 本文的主要贡献如下： 第一，本文提出了利用计算机声卡通过播放d i m f 双音多频信号与 多媒体控制系统进行通信的设想，并成功地通过d t m f 信号来控制多媒 体设备，实现了多媒体集中控制器的全部功能。 第二，利用本文研制的多媒体集中控制器可以将多媒体环境中各种 设备的控制功能命令嵌入到计算机软件之中，如p p t 电子讲稿、c a i 课 件或网络课程等。在运行这些软件程序的过程中即可加入各种控制功能， 实现对多媒体设备的操控。例如：可以在运行p o w e r p o i n t 电子讲稿、或 是浏览网页的同时，在程序运行界面上就可以对该环境下的多媒体设备 进行遥控操作。 第三，综合以上研究成果，开发制作了有自主知识产权的多媒体集 中控制器，实现了全部预期功能，并在一定范围内投入实际应用。 第1 章引言 1 4 论文结构 本文主要分为六个部分。 第一章引言。本章介绍了本文的研究背景、国内外的研究现状、本 文的贡献以及本论文的结构。 第二章多媒体集中控制器的总体设计。本章主要包括总体设计原则、 系统硬件设计、系统软件设计、电路设计实现四部分内容。其中系统硬 件设计部分主要介绍了系统的工作原理和应具有的功能；系统软件设计 部分主要介绍了系统运行软件和系统控制软件两方面的内容；电路设计 实现介绍了系统的电路原理及核心元器件的选择。 第三章红外控制信号处理模块的设计与实现。本章主要包括模块功 能描述、红外控制信号学习和存储模块的设计与实现、红外控制信号读 取和发射模块的设计与实现、编程和功能实现、元器件选择和电路设计 等部分内容。 第四章控制信号调用模块的设计与实现。本章主要包括模块功能描 述、双音频信号调用、串口信号调用、编程与功能实现、元器件选择和 电路设计等部分内容。 第五章输入输出信号切换控制模块的设计与实现。本章主要包括模 块功能描述、a v 信号的切换与控制、v g a 信号的切换与控制、编程与 功能实现、元器件选择和电路设计等部分内容。 最后，给出了本文的结论、不足之处和未来的工作。 黑龙江大学硕士学位论文 第2 章多媒体集中控制器的总体设计 2 1 设计原则 本文研制的多媒体集中控制器主要设计原则有三个方面：经济性原 则、易用性原则、安全性原则。 经济性原则是指技术先进，造价经济。多媒体集中控制器的总体设 计理念应把性价比放在首位，即性能先进和造价经济的统一。在技术上， 系统应尽可能采用当时比较先进并且性能稳定的元器件及设计方案，但 也要避免一味地为了追求时髦和先进而专门选用价格高的元件。应从实 用经济的角度出发，摒弃那些传统的、尤其是国外一些集中控制产品中 一些华而不实的功能。在千方百计使系统操作性和稳定性得到保障的同 时，又把系统成本降到最经济的价位。 易用性原则是指操作简单，易于使用。多媒体集中控制器的操作控 制面板及计算机控制界面的设计应力求简单。传统的集中控制器在信号 选择时，一股都需要进行两步操作，先将集中控制信号切换到某路，还 要对投影机的通道状态进行切换，显得太繁琐。我们则要求，当教师想 使用设备时，可根据需要，通过简单的系统启动，系统会自动地按合理 的顺序将各类设备准备就绪，所需的动态信息输出到多媒体投影机，并 立刻显示在大屏幕上。使用完牛，小再需要完成让投影机冷却等操作后 刊能离开，只需按一卜- 系统关闭键即可离去。确实做到方便快捷，教师 极容易使用。 安全性原则是指系统安全，确保寿命。多媒体集中控制器在设计上 还应充分考虑到整个多媒体教室所有设备的使用寿命及系统安全问题， 即应具备顺序供电及顺序断电功能，防止多个设备同时通电和同时断电 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 造成对设备的损坏，尤其是投影机应具有自控冷却延时断电功能。其次 要考虑设备的散热和设备间连线检修方便。面对目前学校由于教室紧张， 多媒体教室又要当作普通教室甚至用来搞其他活动的现状，多媒体集中 控制器及相关设备还需配置相当坚固并有加锁装置的控制柜，避免学生 触摸损坏。 2 2 系统硬件设计 2 _ 2 1 系统工作原理 本文研制的多媒体集中控制器的原理框图如图2 1 所示。 录像飒h 一摄像扭 爿坛 l o i j ，u一4 空调杌 f 影碟机h厂陬牍屣台f 俺固 厂一电动屏剥 电动窥角 h 1a ，、，输入输出模块i i 环境设备控制1 i 攀骂 一l 遥控器 多媒体集中控制器 v g a 输入输出模块l1 2 3 2 通信电路 d 1 1 1 f红外 - - - 各类红甜 【+ +i 解码电剜发射 接收窗口 - q 投影机u |- | 一j f 南南j 1 。 显示嚣卜l 1p c 机一 圈2 1多媒体中央控制器系统原理图 本文研制的多媒体集中控制器是以a t 8 9 c 5 2 单片机为核心的多路 输入、多路输出系统。系统硬件由双音多频( d t m f ) 信号解码与控制 黑龙江大学硕士学位论文 电路，红外遥控控制码读入学习和调制输出电路，4 路音视频信号输入、 2 路音视频信号输出控制电路，2 路v g a 信号输入输出及同步放大切 换控制电路，环境设备控制电路、串行通信电路等组成。 本文研制的多媒体中央控制器主要有以下功能模块：红外遥控代码 学习与存储模块；d t m f 信号处理转换与控制信号调用模块；多路音a ，v 信g - 、v g a 信号输入输出切换模块；红外遥控信号调制发射模块；环境 设备控制模块。 人机交互在控制面板或p c 机e 完成。单片机通过串行通信接口与 控制面板或p c 机进行双向通信，本文的特殊之处是上位机和下位机之 间还可通过特殊的声音信号( d t m f 双音多频) 进行通信，系统单片机 根据接收到的预先设置好的声音信号命令来控制整个系统工作。每一台 多媒体设备投入使用之前，多媒体集中控制器必须先对该设备的红外遥 控编码进行学习。学习时，首先是将系统置j 二学习状态，由p c 机或控 面板发出学习通信请求，要求单片机读入该设备各个功能的红外遥控信 号，解码后存入扩展内存2 4 i 。c 6 5 中，以备功能控制之用。音视频输入 输出信号由单片机和3 片多路模拟开关4 0 5 2 组成的通道选择电路进行控 制。每一路节目的音频信号由l 片4 0 5 2 分别传送左右音频信号，视频信 号则由2 片4 0 5 2 输出2 路视频信号，以达到4 选2 的目的。音频信号输 出给学生机收听以及教师机监听，而视频信号则一路通过投影仪显示在 投影屏幕上供全体观看，另路输出给教师雌视器或通过视频采集卡返 回到教师的电脑显示器。v g a 信号由单片机和2 片多路模拟开关4 0 5 3 、 2 片4 0 6 6 组成的通道选择电路进行控制。其中，2 片模拟开关4 0 5 3 控制 2 路v g a 信号的输入和输出，2 路输入一路是系统上位机的电脑信号， 另一路是外界笔记本电脑信号；2 路输出一路送至大屏幕投影或经分配 器切换给学生显示器，另一路单独供教师显示器使用；由2 片4 0 6 6 组成 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 的通道选择电路分别控制v g a 信号的行和场的同步信号。 2 2 2 关键技术 2 2 2 1 红外遥控码学习 为了取消各种电子设备自带的遥控器，而它们的遥控功能集中统一 由多媒体集中控制器来实现，因此，在每台需要集中控制的多媒体设 备( 投影机、影碟机、录像机等) 投入使用之前，多媒体集中控制器必 须先对该设备的红外遥控编码进行学习。学习时首先由控制面板或p c 机发出通信请求，将系统设置到红外学习状态，要求单片机读入该设备 各个功能的红外遥控信号，解码后存入扩展内存2 4 l c 6 5e 2 p r o m 中， 以备随时调用实现控制功能。 2 2 2 2d t m f 解码与控制 在实际使用过程中，由计算机通过声卡向多媒体集中控制器发出 d t m f 控制信号，这些d t m f 控制信号是事先录入的并人为规定了其可 实现的功能。由d t m f 信号编成的功能码，经解码以后调用相应位置的 控制码使多媒体控制系统执行相应的功能。 本系统选用的双音频解码芯片是美国摩托罗拉公司生产的 m c l 4 5 4 3 6 。浚芯片是一种新型的d t m f 解码器，具有成本低，外围电 路简单，输入信号电平范围宽，抗干扰能力强等优点，并可以直接和单 片机接口。解码器的2 、1 、1 4 、1 3 脚( d i 、d 2 、d 3 、d 4 ) 为输出端： 3 脚( e n ) 为解码器的输出控制端，高电平时有效；4 脚( v d d ) 为正电 源输入端：5 脚( g t ) 为计时器输出端：6 脚( x e n ) 为时钟信号控制 端，同样是高电平时有效；7 脚( a i n ) 为d t m f 信号输入端；8 脚( v s s ) 为负电源输入端；9 脚、1 0 脚( o s c l 、o s c 2 ) 两者之间外界一只3 8 5 m h z 黑龙江大学硕士学位论文 的晶体和1 m 欧姆电阻构成的时钟振荡器，为i c 内部提供基准信号：】l 脚( a t b ) 为时钟信号测试端；1 2 脚( d v ) 为输出数据有效端，平时为 低电平，只有当输入的d t m f 信号经过解码延时后才转为高电平，指示 输入数据有效。由于d t m f 解码器能将d t m f 信号转换成二进制码，本 系统只是利用它作为单片机系统中的键盘借1 2 1 器件，因此直接和单片机 系统做在一块线路板上。 2 2 23a v 信号、v g a 信号的输入输出同步切换控制 多媒体集中控制器的主要功能之一是为了控制各种多媒体设备的视 频、音频信号的传输和切换。其性能指标的好与坏，在很大程度上决定 了这个系统的好与坏。系统的视频部分采用两片高性能的四选二模拟丌 关，共有四路视频信号输入端和两路视频信号输出端，由单片机控制输 入输出信号的切换。根据实际( 如多媒体教学) 的需要，每一路输入的 视频信号，都要求能够送到两个输出口的任何一个或全部。两个输出口， 由用户根据自己的实际需要来定义。在多媒体教学应用中，通常是一个 输出用于教师控制台的监视器，或通过视频采集卡返回到主控计算机的 显示器上；另一个用于大屏幕投影机上供大多数学生观看。为了使其性 能根好的匹配，在每一路输出端都加有阻抗匹配器，使输出回路始终保 持最佳匹配状态。音频部分也是采用两片模拟开关，共有八个音频信号 输入端，四个输出端。音频信号一般是同视频信号起切换应用。 22 - 2 4 串行通信机制 串行通信分两种方式，一种方式是通过控制面板与主控系统之间通 过的通信，另一种方式是上位机( p c 机) 与丰控系统之间的通信，二者 都是通过2 3 2 串行接口模式进行的。 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 2 2 2 5 环境设备控制 系统具有多路电源控制开关，分别控制环境灯光、电动窗帘、电动 屏幕、空调设备等。 2 3 系统软件设计 系统软件设计包括两大部分：一是由单片机编程的、用以实现多媒 体集中控制器整体功能的系统运行软件；二是用来与多媒体集中控制器 进行通信，用以操作多媒体控制系统，使其各功能得以实现的系统控制 软件。 2 3 。1 系统运行软件 系统运行软件包括一个主程序和九个主要子程序。主程序运千首先 初始化系统，然后判断系统工作状态是学习状态还是控制状态，根据系 统所处状态进而调用相应的子程序执行具体工作。系统处于学习状态则 调用红外接收、b c d 码转换、学习散转、1 2 c 写入等子程序工作；系统 处于控制状态则调用1 2 c 读出、发射散转、红外发射等子程序工作。各 子程序的主要功能如下： 红外接收子程序。当多媒体集中摔制器在学习状态时，红外接收子 程序将各类设备的红外遥控功能码采集下来并保存起来，从而取代各类 设备的遥控器，达到集中控制的目的。采集的过程是用固定的时间去分 时信号电平。在电平没有变化的情况f ，记录下测量的次数并将其保存 起来，取代电平持续的时间；当电平产生跳变时，更换记录单元记录该 电平的测量次数。如果测量的次数超过2 5 6 ，则认为是结束码，采集结 束。 黑龙江大学硕士学位论文 b c d 码转换子程序。在红外控制码的写入和读出过程中，首先要将 d t m f 信号译码为b c d 码。b c d 码转换子程序将该码转换成二进制码 的作用主要是便于散转查找控制功能程序地址表的入口地址。 学习散转子程序。根据多媒体集中控制器所集中控制设备数量和类 型的不同，多媒体集中控制器需要学习的红外遥控命令会有若干条。通 过学习所得到的红外遥控码需要保存在一个电可擦写的存储器之中，以 备随时调用。学习散转处理的目的就是根据命令代码的大小，转到相应 的入口地址执行存储功能。 1 2 c 写入子程序。该子程序的功能是将采集到的以存放在单片机 r a m 区的功能码，按顺序写入到电可擦弓的e 2 p r o m 中。由于红外遥 控码最长设计不会超过1 2 8 字节，本系统选用的e 2 p r o m 芯片2 4 l c 6 5 可以页写入，每个页面为6 4 字节，所以写入时设置两个页面即可。另由 于回化到e 2 p r o m 中的时间较长，因此要在程序中加入固化延时命令， 第一个页面内容固化完成之后，再送第二个页面的内容。 1 2 c 读出子程序。1 2 c 读出的功能与写入时的顺序正好相反，是将存 储在e 2 p r o m 中的红外遥控码调出放在单片机的r a m 区，以备红外发 射程序调用。 发射散转子程序。根据多媒体集中控制器所集中控制设备数量和类 型的不同，多媒体集中控制器需要学习的红外遥控命令会有若干条。通 过学习所得到的红外遥控码需要保存存一个电可擦写的存储器之中，以 备随时调用。发射散转处理的目的就是根据命令代码的大小，找到相应 的存储发射码的i z c 入1 ：3 地址，调出要提取的发射码，执行发射功能。 红外发射子程序。当多媒体集中控制器处在控制状态时，红外发射 子程序将从e 2 p r o m 中调出放在单片机r a m 区的红外遥控码，经过信 号重现、3 8 k 调制，最后推动红外发射二极管将控制信号发射出去。 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 串行中断子程序。当控制面板和计算机通过r s 一2 3 2 串口与多媒体集 中控制器进行通讯时，由于控制代码选用的是2 位b c d 码，用一个字节 即可以传输，所以在中控串行中断服务程序中，每接受一次中断服务， 程序就置位一个接收标志位，表示一个完整的命令代码已经接收完毕， 主程序根据这个标志位的状态去完成相应的功能。 外部中断子程序。本系统提供一种特有的集中控制方式，即通过计 算机的声卡发送一个d t m f ( 双音多频) 码，通过译码电路转成一个b c d 码，再去调用相应的散转子程序，实现相应的功能。外部中断0 处理程 序的功能是根据两个d f m f 码先后到来的顺序，把译码后的两个b c d 码装在一个字节里，然后由主程序完成相应的功能。 多媒体集中控制器运行程序总体框图如图2 2 所示。 图2 2 多媒体集中控制器软件运行程序总体框图 黑龙江大学硕士学位论文 系统加电以后首先初始化，初始化包括关闭总中断、设置栈指针、 清工作单元、设置缺省 _ 作状态等。然后判断系统是工作在学习状态还 是工作在控制状态。晟后根据接收到的d t m f 控制信号决定去调用红外控 制码学习采集模块还是红外控制码发射控制模块，并执行相应的命令从 而实现具体功能。 多媒体集中控制器主程序单片机编程程序清单如下： 水半半半半半水半半术木半半半半术半半术术半半术半半半术术半半半半半半半半半半半半水术术半术半半半半半半半半术半半术半半术丰 多媒体集中控制器主程序入口 $ 水$ 水牛术术术术半术木丰木半术半牛术木半木水牛木丰术木丰术丰半术丰水术半幸木丰丰丰丰丰半木丰木丰水木木术半丰半丰半木半术木 m a i n ：m o vl e ，# 0 0 h ：关中断 艟0 v s p ，9 4 0 h：栈底 c l ra m o vr 7 ，# 8 0 h：清零长度 m o vr o ，9 2 0 h ：清零首址 m i ：m o v r o ，a i n cr o d j n z r 7 ，m 1 m o v1 f h ，# 2 b h ：p o 口暂存单元为显示a ，b 屏 m o v1 e h ，# o f f h ：p 2 口暂存单元为显示i n l m 2 ：m o vp o ，1 f h m o vp 1 ，9 0 f f h m o v p 2 ，9 0 b f h ：总电源继电器合p 2 6 = l m o vp 3 ，# o f f h m o v1 a h ，# o f f h ：p 2 口暂存单元 m o v 1 b h ，# o b f h：p 3 口暂存单元 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 m 3 ： m o v t m o d ，# 2 0 h：定时器t 1 初始化方式2 m o v t h l ，# o f 3 h m o vt l l ，g o f 3 h：波特率2 4 0 06 m h z 时 m o vs c o n ，# 5 0 h：串行口初始化方式l1 0 位允许接收 m o vp c o n ，# 8 0 h：s m o d ：1 s e t bt r l ：启动定时器l s e t be a ：开中断 s e t be s ：允许串行口中断 m 4 m 5 m 6 m 7 s e t be x o s e t b i t o m o vb ，# 0 6 h m o v3 5 1 1 ，9 0 8 h m o v3 6 1 1 ，# 2 0 h m o v3 7 h ，# o f f h j b 0 7 h ，m 9 s e t bp 1 6 j b0 1 1 1 ，m 8 j n b o o h ，m 4 d j n z3 7 h ，m 7 d j n z 3 6 h ，m 6 d j n z 3 5 h ，m 5 m o v3 0 n ，# o o h c l ro o h c l r0 l h ；开i n t o 中断 ：外部中断0 边沿触发方式 ：乘法倍率 ：学习状态灯闪延时常数 ：学习状态灯闪延时常数 ：学习状态灯闪延时常数 ：为学习状态转由学习命令确定 0 7 位的状态 学习灯灭 发射状态d t m f 码散转 没有收到d t m f 码等待 仅收到一个i _ ) t m f 码延时等待 两个d t m f 码间隔太长放弃 17 黑龙江大学硕士学位论文 s j m p m 4 ：等待 m 8 m 9 m 1 0 m 1 1 m 1 2 m 1 3 c l r a j m p c l r s e t b s e t b m o v m o v m o v m o v n o p j b j n b d j n z d j n z d j n z m o v c l r c l r s j m p c l r a j m p o l h f s z p 1 6 e x o i t o b ，# 0 6 h 3 7 h ，# o8 i i 3 6 h ，# 2 0 l i 3 5 h ，# o f f t l 0 1 i ， o o h ， 3 5 1 ， 3 6 h ， 3 7 h ， 3 0 h ， 0 0 1 1 0 l h m 7 0 l h x s z 2 3 2 系统控制软件 m 1 3 m 7 m 1 2 m l l m 1 0 # o o h 发射状态d t m f 码散转入口 ：学习灯亮 丌i n t o 外部中断 乘法倍率 学习状态 中断 0 边沿触发方式 灯闪延时常数 学习状态d t m f 码散转 没有收到d t m f 码等待 仪收到一个d t m f 码等待 两个d t m f 码间隔太长放弃 等待 学习状态散转入口 控制软件是指多媒体集中控制器弓上位机进行交互通信，从而实现 1 8 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 集中控制功能的软件。本系统提供的控制软件包括两种类型，三种形式： 第一种类型是单片机之间通过串口进行通信，软件形式是单片机编程的 控制面板用串行通信控制软件，第二种类型是计算机( p c ) 与单片机之 间进行通信，软件的一种形式足用高级语言编程的计算机( p c ) 用的串 行通信控制软件，另一种形式是用高级语言编程的计算机( p c ) 用的 d t m f 信号通信控制软件。 2 3 2 1 控制面板控制软件 本系统提供普通按键式控制面板控制方式。控制面板按键完全通过 单片机预先编程控制，有很强的设置配置能力。可以通过控制面板进行 红外学习，预设按键功能，对按键功能进行定义等，满足各种复杂的程 序控制需要，实现相应控制功能。 2 3 2 2 计算机( p c ) 控制软件 以p c 机通信技术为辅的多媒体集中控制器，人机界面操作系统的 软件在w i n d o w s 操作环境下运行。卜位机( p c 机) 控制软件用高级编 程语言v i s u a lb a s i c ( v b ) 编写，程序分为用户界面层和通讯层。 用户界面层提供形象的动态图形用户界面，美观生动，方便直观， 用鼠标操作，能达到所见即所得的效果。程序通过对通讯层的调用，实 现对红外控制码的学习、存储、调用和发射，音视频信号输入输出的选 择和切换，设备各种遥控功能的操作和实现，灯光、幕帘、窗帘的开启 和关闭控制等所有功能。通讯层分两种情况，第一种形式是利用计算机 的声卡播放事先定义好的、能够实现某种控制功能的d t m f 双音多频声 音信号，调用相应的控制代码，调制以后发射，从而实现控制功能。另 一种形式是通过2 3 2 串口完成与下位机的串行通信，调用控制信号，发 出控制指令，实现控制功能。 1 9 黑龙江大学硕士学位论文 2 4 电路设计实现 2 4 1 系统电路原理 图2 3 多媒体中央控制器电路原理图 2 0 第2 章多媒体多媒体集中控制器的总体设计 多媒体集中控制器的电路原理如图2 3 所示。核心单片机选用 a t m e l 公司的a t 8 9 c 5 2 ，它是整个系统的控制中心，完成的任务主要包 括如下五个方面： 第一方面：控制设备电源的丌启与必闭，对于投影机等需要延时关 闭电源的贵重仪器设备能够做到有效地保护。 第二方面：与上位机( 控制面板或p c 机) 通信