CN201255933Y - 数字网络互动教学系统 - Google Patents

Abstract

数字网络互动教学系统，包括计算机及其输入输出设备，在计算机及其输入输出设备之间采用时分多址和异步串行传输方式，计算机用以太网线依次连接网络通迅卡、网络交换机和与网络交换机并联的若干互动学习终端；所述网络通讯卡，用于计算机和网络交换机之间的数据传输与接收；所述网络交换机，用于网络通讯卡与互动学习终端之间的数据传输和接收。网线采用以太网使整个网络布线方便，系统结合了现场可编程门阵列和单片机控制使其稳定性和可靠性比采用多媒体计算机网络要高得多。本系统是一种将计算机、语音、文本、视频、手写等多种教学元素结合在一起，提供结构简单、系统可靠、使用方便、成本低廉、节约能源的互动教学设备。

Description

数字网络互动教学系统

技术领域

本实用新型涉及一种计算机网络教学系统。

背景技术

随着科学技术的快速发展，各种借助计算机、网络等手段的多媒体教学逐步被试验引用，但由于各自技术的局限性，教师与学生的互动仍然存在诸多技术问题迫切解决。

一种全数字化多媒体语言实验室：这种教学系统是对传统模拟语言实验室的数字化改进，教师能和学生进行语言、文本的交流，教师也可以通过外接的显示设备如显示器、投影仪等将教师的DVD、展示台等视频内容广播给学生，但其应用仅局限于语言教学，不能适应双向互动特别是双向手写互动发展的需要。

另一种计算机网络的多媒体教学系统：这种教学系统运行于多媒体计算机及计算机网络平台上，通过计算机软件实现音频、视频的交流，由于每个学生都需要配备多媒体计算机，因此造成结构复杂、整个系统的购买成本和使用成本高昂，系统能耗大。加之多媒体计算机稳定性和可靠性差，容易受到计算机病毒的感染和破坏，需要专业人员维护，在非计算机专用教学领域如中小学的一般课程教学应用有很多的困难。

CN1101575C公开一种全数字化多媒体语言实验室专利，该系统仅能传输音频、文本数据，系统仅能用于语言、文本的交换，只适用于语言教学，无法进行互动特别是手写互动教学。该系统采用主交换机+分交换机的网络结构，网络通讯必须通过主交换机和分交换机的两次集群适配过程，这种网络结构适合于分在非常远的区域内的有大量的终端连接，经过两次的集群适配必然对稳定性和可靠性造成影响，同时增加设备成本，对在同一教室内的互动教学系统，采用这种网络结构显然投资大资源配置浪费。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对目前多媒体互动教学系统存在的问题，设计一种在小区域内将计算机、语音、文本、视频、手写等多种教学元素结合在一起，提供结构简单、系统可靠、使用方便、成本低廉、节约能源的互动教学设备。

本实用新型提供一种数字网络互动教学系统，包括计算机及其输入输出设备，在计算机及其输入输出设备之间采用时分多址和异步串行传输方式，其特征是计算机用以太网线依次连接网络通迅卡、网络交换机和与网络交换机并联的若干互动学习终端；所述网络通讯卡，用于计算机和网络交换机之间的数据传输与接收；所述网络交换机，用于网络通讯卡与互动学习终端之间的数据传输和接收。

本系统采用时分多址(TDMA)和异步串行传输方式不仅能够最大程度的利用系统带宽、保证系统的实时性，又使系统结构简单，网线直接提供低压安全直流电源，不需要再额外为每个终端布置电源线，网线采用以太网的EIA/TIA568B标准，从而使整个网络布线非常方便，系统结合了现场可编程门阵列(FPGA)和单片机控制不仅其稳定性和可靠性比采用多媒体计算机网络要高得多，系统也不需要专门的维护人员，学生端无法破坏系统软件，终端的功耗低，每个终端小于2w，因此本实用新型的可靠性、稳定性、可维护性比使用多媒体计算机网络要好得多，但设备成本和使用能耗却比多媒体计算机网络要低得多，既经济又环保。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图；

图2为本系统的网络通讯卡结构框图；

图3为本系统的网络交换机结构框图；

图4为本系统的互动学习终端结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的系统结构包括计算机1、显示设备2、网络通讯卡3、网络交换机4、互动学习终端5。各部分由以太网网线连接，以太网线包括4对双绞数据线和电源线，采用标准的RJ-45接插件。网络通讯卡3安装在计算机1的PCI插槽上，网络交换机4接在网络通讯卡3的输入输出端，若干互动学习终端5并接在网络交换机4的输入输出端。网络通讯卡3用于计算机1和网络交换机4之间的数据传输与接收。计算机1、显示设备2、网络交换机4安装在教师主控台中，互动学习终端5安装在学生桌上。计算机1通过网络通讯卡3将经过时分多址TDMA处理，复合在一起的数据以异步串行传输方式传送给网络交换机4，网络交换机4再解复用为2～64路数据并以异步串行传输方式传送给互动学习终端5，所有终端发出的数据以相反的方向发送给计算机。系统的关键在于先将各路的音频、编码压缩影片、文本、指令、图形数据打包为数据包，再进行多路打包数据的时分复用，然后以异步串行方式进行传输。时分复用和解复用在网络通讯卡3和网络交换机4中完成，若采用64路数据，则上下行数据各占64个信道，每个信道数据占用固定的信道，每个信道互不干扰，网络通讯卡3和网络交换机4直接传输的是经时分复用后的复合数据，网络通讯卡3和网络交换机4、互动学习终端5之间的数据传输都采用异步串行方式，具有时钟的无关性，不需要特定的同步信号进行同步，异步串行传输方式只需要上下行2条传输线，在差分驱动方式下也只需要4条线，传输结构简单可靠。

如图2所示，网络通讯卡3包括PCI插槽31、PCI桥32、双口RAM33、现场可编程门阵列FPGA35、音频处理模块34和差分驱动器36；所述PCI插槽31、PCI桥32、双口RAM 33、现场可编程门阵列FPGA 35和差分驱动36依次相连接；所述现场可编程门阵列FPGA 35还与音频处理模块34相连接；由差分驱动36与网络交换机4相连接，由差分驱动器36与网络交换机4相连接。PCI插槽31将计算机1传来的数据通过PCI桥32传向双口RAM 33，现场可编程门阵列FPGA35从双口RAM33读出，其中取出一路教师音频数据经音频处里模块34进行数模转换作为教师耳机输出，其它数据经现场可编程门阵列FPGA 35根据通讯协议打包成特定格式的数据包后经差分驱动36输出给网络交换机；网络交换机发送过来的数据，经差分驱动36接收后，由现场可编程门阵列FPGA35输入，现场可编程门阵列FPGA35根据通讯协议解包出音频、编码压缩视频、文本、指令、图形数据，同时接收音频处里模块34送来经模数转换的教师话筒和多媒体外设音频数据数据，写入双口RAM 33中，计算机通过PCI插槽31、PCI桥32从RAM 33中读出。

如图3所示，网络交换机4包括差分驱动41、现场可编程门阵列FPGA 42和若干差分驱动43，网络交换机4的差分驱动41与网络通讯卡3的差分驱动器36相连接，现场可编程门阵列FPGA 42与差分驱动41相连接，现场可编程门阵列FPGA 42与若干差分驱动43相连接，网络交换机4的差分驱动43与互动学校终端5的差分驱动50通过以太网线相连接。所述现场可编程门阵列FPGA42通过差分驱动41接收来自网络通讯卡3的数据，将数据解时分复用，分为2～64路数据，再以异步串行方式经若干差分驱动43输出给互动学习终端5。同时由互动学习终端5送来的数据经差分驱动43接收后，再由现场可编程门阵列FPGA42进行时分复用的复用合成，在以异步串行方式通过差分驱动41传送给网络通讯卡3。

如图4所示，互动学习终端5包括差分驱动50、现场可编程门阵列FPGA 51、音频处理模块52、PS2键盘接口53、CPU中央处理器54、视频解码模块55、VGA模块56、液晶屏57、手写笔58和触摸屏59。现场可编程门阵列FPGA 51通过差分驱动50与网络交换机4的差分驱动43相连接，现场可编程门阵列FPGA 51与CPU中央处理54相连接，CPU中央处理器54与视频解码模块55、液晶屏57、PS2键盘接口53、触摸屏59和手写笔58相连，视频解码模块55连接音频处理模块52和VGA模块56，现场可编程门阵列FPGA 51还分别与视频解码模块55和音频处理模块52相连接。差分驱动50接收网络交换机4传来的数据包，传送给现场可编程门阵列FPGA 51，由现场可编程门阵列FPGA 51根据通讯协议分别从数据包中取出音频数据、编码压缩影片数据、文本数据、指令数据和图形数据。音频数据传入音频处理模块52，音频处理模块52将数据做数模转换后由耳机和线路输出；编码压缩影片数据传送到视频解码模块55，经解码后生成的音频数据传送给音频处理模块52混音后输出到学生耳机，解码出的视频信号通过VGA模块56转换后输出给学生显示器；文本、指令和图形数据分别送到CPU中央处理器54，CPU中央处理器54根据通讯协议和相应的指令将文本显示在液晶屏上57，或根据图形坐标在液晶屏57上绘图；音频处理模块52将话筒的声音经数模转换后，输入现场可编程门阵列FPGA 51；CPU中央处理器54接收手写笔58在触摸屏59上的书写和压力信号，转换为图形坐标和压力数据，同时接收PS2键盘接口53传来的标准PC键盘上按键信息，一起传送给场可编程门阵列FPGA 51；现场可编程门阵列FPGA 51并根据通讯协议对CPU中央处理器54和音频处里模块52发送过来的数据进行打包，通过差分驱动50输出给网络交换机4。

本实用新型终端的主要软件功能的处理运算是通过教师计算机完成，只要通过对教师计算机的软件功能添加就可以实现新的功能，因此系统的扩展性非常强，本实用新型集中了计算机、笔、图像、声音、文本等多种教学元素，因此系统设计并没有局限于某一种课程的教学，具有非常广泛的通用性。

如上所述为本实用新型的较佳实施方式，并非用以限定本实用新型，任何本领域的普通技术人员在本实用新型领域内，依本实用新型所作的均等变化或修饰，皆应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1、一种数字网络互动教学系统，包括计算机(1)及其输入输出设备，在计算机(1)及其输入输出设备之间采用时分多址和异步串行传输方式，其特征是计算机(1)用以太网线依次连接网络通迅卡(3)、网络交换机(4)和与网络交换机并联的若干互动学习终端(5)；所述网络通讯卡(3)用于计算机(1)和网络交换机(4)之间的数据传输与接收；所述网络交换机(4)用于网络通讯卡(3)与互动学习终端(5)之间的数据传输和接收。

2、根据权利要求1所述的数字网络互动教学系统，其特征在于网络通讯卡(3)包括PCI插槽(31)、PCI桥(32)、双口RAM(33)、现场可编程门阵列FPGA(35)、音频处理模块(34)和差分驱动(36)；所述PCI插槽(31)、PCI桥(32)、双口RAM(33)、现场可编程门阵列FPGA(35)和差分驱动(36)依次相连接；所述现场可编程门阵列FPGA(35)还与音频处理模块(34)相连接；由差分驱动(36)与网络交换机(4)相连接。

3、根据权利要求1所述的数字网络互动教学系统，其特征在于网络交换机(4)包括差分驱动(41)、现场可编程门阵列FPGA(42)和若干差分驱动(43)，网络交换机(4)的差分驱动(41)与网络通讯卡(3)的差分驱动(36)相连接，现场可编程门阵列FPGA(42)与差分驱动(41)相连接，现场可编程门阵列FPGA(42)还与若干差分驱动(43)相连接，网络交换机(4)的差分驱动(43)与互动学校终端(5)的差分驱动(50)通过以太网线相连接。

4、根据权利要求1所述的数字网络互动教学系统，其特征在于互动学习终端(5)包括差分驱动(50)、现场可编程门阵列FPGA(51)、音频处理模块(52)、PS2键盘接口(53)、CPU中央处理器(54)、视频解码模块(55)、VGA模块(56)、液晶屏(57)、手写笔(58)和触摸屏(59)；现场可编程门阵列FPGA(51)通过差分驱动(50)与网络交换机(4)的差分驱动(43)相连接，现场可编程门阵列FPGA(51)与CPU中央处理(54)相连接，CPU中央处理器(54)与视频解码模块(55)、液晶屏(57)、PS2键盘接口(53)、触摸屏(59)和手写笔(58)相连，视频解码模块(55)连接音频处理模块(52)和VGA模块(56)，现场可编程门阵列FPGA(51)还分别与视频解码模块(55)和音频处理模块(52)相连接。

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