CN2938593Y - 校园宽带网络教学设备 - Google Patents

Abstract

一种校园宽带网络教学设备，由主机控制单元、宽带智能交换主机、外部信号输入输出接口单元、教室设备单元四个部分组成，主机控制单元包括主机、显示器、外设、网络接口，宽带智能交换主机包括主控接口板、内部交换机、多媒体播放器、内部CAN网、播放控制板、调制解调混合放大模块，外部信号输入输出接口单元包括有线电视信号接口、internet接口等诸多接口，教室设备单元则包括有线电视网、CAN网、电视机、机顶盒、遥控器、鼠标、键盘。本实用新型构思新颖、设计合理、技术先进、功能齐全、性能优良，值得大力推广应用。

Description

校园宽带网络教学设备

技术领域

本实用新型涉及一种教学设备，具体涉及一种校园宽带网络教学设备，它采用目前最先进的宽带网络技术，遵循无限升级的原则，符合国家教委倡导的远程教育发展趋势，是现代教育信息服务中必不可少的专用网络技术之一，是未来教育信息高速公路构架的重要组成部分。

背景技术

随着网络技术的不断发展以及社会信息化水平的不断提高，校园网建设在各级学校已愈来愈普及，校园网络作为学校信息化建设的一个平台在提高学校管理水平、丰富教学手段、提高教学质量等方面发挥了重要的作用。面对科学技术更新换代的不断加速的现实，以及各级中、小学校有限的财力和信息化应用水平不高的现状，建设一个什么样的校园网并使之在有限的资金条件下能够满足学校管理、教学的各种需要，并具有无限升级潜力，是各级学校和校园网建设商面临的一个共同课题。

目前我国各类学校普遍使用的网络教学系统主要有两种：计算机局域网(校园网)和双向电视教学系统。这两种网络教学系统在学校的实际教学活动中发挥了积极的作用，为我国应试教育向素质教育的转变和现代教育技术的推广普及功不可没。由于双向电视教学系统开发应用的时间较早，虽然后来针对教学过程中出现的各种问题作了不同程度的改进，但系统本身具有设置管理的繁杂和不能与网络完全兼容等先天不足，导致双向电视在教学实际应用中表现为功能欠缺、单调、效率低下，面对现代教育技术教学实践中出现的日新月异的教学需求，双向电视教学系统必须作彻底的改进、升级才能完全满足教学需要；计算机局域网(校园网)本来是网络教学的理想工具，鉴于目前我国各类学校的实际状况，即资金短缺、使用人员计算机水平低以及专业网络人员极其缺乏，计算机局域网(校园网)的实际应用有很大的局限性(偏重于管理功能)，广大中小学(不包括资金特别充足的一些重点学校)的校园网的教学应用几乎是凤毛麟角。

当前网络教学存在的问题

计算机局域网(校园网)：投资成本高，设备利用率低；由于投资有限，设备配置档次低，故障率较高；电脑进教室普遍存在(电视机作显示器)图象质量不高；偏重于管理功能，降低了在教学中的实际应用功能；使用及维护人员专业技术水平低，导致教学应用效率低下；网络带宽不足，影响实时视频广播和多媒体节目的流式播放；操作没有遥控器，不方便、快捷；不能满足教学的实际需求。双向电视教学系统：设备使用复杂，易出问题，维护困难；无网络概念，不能与网络相连；不能充分利用网络资源；共享的某个设备不能同时给多个教室使用，制约教学内容与时间；系统技术起点低，升级改造困难。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：解决当前网络教学所用计算机校园网与双向电视教学系统存在的投资成本高、设备利用率低、故障率高、维护困难、图象质量不好、教学中的实际应用功能差、网络带宽不足、影响实时流式播放、或者无网络概念、技术起点低、升级改造困维、制约教学内容与时间、不能满足教学实际需要等问题；而提供一种具有多媒体处理、多媒体传输、多媒体应用、功能齐全、技术先进、集成度高、扩展性好、兼容性强、工作可靠、控制灵活、操作简单、查询方便、数据流平滑、用户与系统实时交互、响应快速、可同时点播节目数达几十路、存储容量大、图象质量好、极大丰富教学手段、明显提高教学质量、实现学校教学现代化、科技化、信息化的校园宽带网络教学设备。

本实用新型采用的技术方案是：这种校园宽带网络教学设备由主机控制单元、宽带智能交换主机、外部信号输入输出接口单元、教室设备单元这四个部分组成；主机控制单元包括兼作视频服务器的主机、显示器、外设装置、网络接口，是整个设备的控制中心、宽带智能控制软件运行平台和视频资源数据库的载体，主机连接显示器，提供人机交互界面，连接外设装置键盘、鼠标、光驱，输入输出操作指令、数据信息，主机通过网络接口与宽带智能交换主机连接，主机还通过串口COM1口向宽带智能交换主机发出控制命令；宽带智能交换主机包括主控接口板、内部交换机、内部CAN网、播放控制板、多媒体播放器、调制解调混合放大模块，主控接口板提供与主机控制单元、外部信号输入输出接口单元、教室设备单元的信号输入输出接口及控制，主控接口板将主机发出的控制信号和从教室设备输入的CAN网控制信号转换成内部CAN网控制信号，这两路控制信号经内部CAN网传输到播放控制板，播放控制板将CAN控制信号转换成多媒体播放器能识别的控制信号输出，对多媒体播放器进行控制，主机输入的资源内容数字信号及由远程教育信号接口、局域网接口、INTERNET接口输入的数字信号由主控接口板转接到内部交换机，经内部交换机处理送至多媒体播放器，多媒体播放器将输入的资源内容数字信号转换成多路模拟音频视频信号，再输出连接至调制解调混合放大模块，该模块将其调制成射频信号，同时，从有线电视信号接口传输来的射频信号和从监控现场直播接口传输来的音频视频信号也经该模块解调或调制成射频信号，这三路射频信号经该模块混合放大后，输出连接至教室设备单元的有线电视网；教室设备单元包括有线电视网、CAN网、电视机、机顶盒、遥控器、鼠标、键盘，电视机由有线电视网和机顶盒连接控制，机顶盒提供遥控器、鼠标、键盘的接口并与之连接，同时机顶盒是CAN控制信号的转换装置，遥控器、鼠标、键盘输入的控制操作信号经机顶盒转换成CAN控制信号和电视机控制信号，分别连接至宽带智能交换主机和电视机；外部信号输入输出接口单元包括监控现场直播接口、有线电视信号接口、远程教育信号接口、局域网接口、internet接口，这些接口都连接至宽带智能交换主机。

上述技术方案中，主机、显示器、外设装置、CAN网、内部交换机、多媒体播放器、调制解调混合放大模块、有线电视网、电视机、遥控器、鼠标、键盘以及监控现场直播接口、有线电视信号接口、远程教育信号接口、局域网接口、INTERNET接口均为已有技术设备。

主机为通用视频服务器，可选用山东浪潮集团生产的浪潮英信服务器NP350，配置：CPU×2.4G/512K/D，内存：512M，硬盘：1万转36GSCSI，网卡：100M+1000M。

CAN网，即CAN(Controller Area Network)总线，又称控制器局域网，是德国Bbsch公司人上世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是又绞线、同轴电缆或光导纤维；通信速率可达1Mbps；由于其卓越的性能，极高的可靠性，独特灵活的设计和低廉的价格，现已广泛应用于工业现场控制、职能大厦、安防控制、交通工具、医疗仪器、环境监测等众多领域。CAN总线规范已被ISO国际标准组织定为国际标准。CAN总线已被公府为几种最有前途的现场控制总线之一。本实用新型可选用飞利普公司生产的SJA1000芯片和82C250芯片组成的CAN传输控制网，网线选用的是宁波东方线缆有限公司的4芯非屏蔽网线。

内部交换机为通用网络交换机，可选用福建实达电脑科技股份公司生产的S1816+网络交换机。

多媒体播放器为工业控制计算机，主板可选用台湾威胜公司生产的工控主板，型号为EPIA M10000，它集成C3 1G CPU，芯片组：VIACLE+8235、DDR266，集成声卡、显卡、网卡、IEEE1394、TV-OUT功能；内存DDR128M、硬盘40G。

调制解调混合放大模块可选用湖南航天天达电子有限公司生产的750A调制器、750M解调器、588N220V干线放大器、750M16路混合器。

有线电视网为通用SYWV-75-5或SYWV-75-7物理发泡有线电视电缆组成的550M有线电视网，如选用上海天诚线缆有限公司生产的SYWV-75-5或SYWV-75-7有线电视电缆。

电视机及遥控器为通用的电视机及遥控器，可选用广东惠州TCL公司生产的TCL34”普通彩色电视机及遥控器。

上述主机控制单元的外设装置即为通用计算机的键盘、鼠标、光驱，显示器也为通用计算机显示器。

本实用新型专利是结合我国国情和中国教育发展现状，以及综合国内外校园网络技术的最新科技成果，自主研制出的具有较高技术水平和最优性价比的校园宽带网络教学设备，将目前校园网的功能从单一的普通计算机局域网发展为具有多媒体处理、多媒体传输、多媒体应用等技术特点的面向应用和教学的完整的校园网解决方案，使各类多媒体资源在校园网上灵活处理并使用成为可能。此种解决方案是当前各级中、小学校校园网建设的理想方案之一。

本校园宽带网络教学设备紧紧围绕学校的业务核心一教学和应用，采用宽带网络技术和多媒体计算机技术，有效地解决了现代教育技术中网络教学(双向电视教学系统和校园网教学系统)存在的各种问题，极大地丰富了教学手段，明显提高了教学质量，从而进一步提高了学校教学的现代化、科技化、信息化水平。

本实用新型的基本原理是建立在同轴电缆网络基础上的，采用了双向非对称技术，信号下行采用基础频段调制技术，和有线电视共缆传输。信号上行采用CAN现场控制总线技术，传输速率在30Kbit/s-1Mbit/sp之内。通过教室内的机顶盒和遥控器，接收用户的点播请求，通过上行线路，传送到服务器，由服务器解释并按请求播出。这样教师从原来的被动式教学变为完全的互动式教学方式。本设备代替了传统的教学方式，真正做到数字双向交互，用户端无须烦琐的键盘操作，中心机房无人值守，所有点播操作全部自动完成，彻底解决了模拟系统一机专用，电教设备无法分时或同时多教室共享的问题，教学内容在同一时刻的播出，没有教室数量、播出机数量的限制，真正做到随心所欲、即点即播。

另外，本系统宽带智能交换主机还可以与传统的录像机、VCD、DVD等模拟设备建立通讯，通过在教室的机顶盒，就能同时控制不同的模拟设备播出，使双向交互教学的数字设备和模拟设备都可以同时使用，最大限度地利用学校现有设备，可以满足学校的多种需求。

本校园宽带网络教学设备在实际的网络教学中进行交互服务时，多媒体数据(声音、视频、图像、动画等)以实时的形式在同轴电缆中传输(也可以同时传输有线电视信号)。

技术特点：

1)本产品输出的视频、音频数据流平滑、无停顿和抖动；

2)允许用户与系统间实时交互，响应快速；

3)兼容各种文字、图片、声音、视频信息，支持多用户同时访问节目资源；

4)节目查询方法简便、快捷，浏览界面友好、简单；

5)同时点播的节目数，从几路到几十路；

6)视频和多媒体课件采用数字化方式存储，存储容量大，可存储数千小时的教学素材内容，存储容量可任意扩展；

7)图像质量高，达到VCD/DVD画音效果；

8)系统高度可靠，安装简单，不需专人维护，全天24小时开机并无故障运行；

9)操作简单，通过遥控器控制机顶盒即可完成所有点播工作；

10)控制灵活，全中文视窗控制软件可实现自动播放、无人值守，可以查看各教室终端的运行情况；

11)集成度高，集成了点播、管理、控制等各种软件包；

12)扩展性好，可以与校园网、局域网、INTERNET互联，实现资源共享；

13)兼容性强，可以与多种网络以及各种型号的外设兼容使用。

功能：

1)教学素材及多媒体课件点播功能：宽带智能交换主机接收到教室的点播请求，组织、传输点播的节目，将所点播的节目传输给点播的教室。

使用本校园宽带网络教学设备，还可以点播其他多媒体教学光盘和视频素材，一套光盘可以供所有的教室共享使用，从而减少光盘磨损和费用的支出，最大的好处是本系统彻底解决了多媒体CAI课件不能多班级、多教室、同时或分时交互播出的一大难题。

2)节目采编功能：将节目压缩采集存储(即数字化)到交互视频服务器的数据库中，然后进行分类剪辑和点播菜单的制作。节目源可来自VCD影碟机、LD影碟机、磁带录像机、卡式录音机和其他标准AV信号输出设备。本校园宽带网络教学设备把教学音、视频素材进行“采编”，可以带来很多的好处：易分类、易管理、易查询、易保存、信号指标高、无衰减、无磁带磨损和模拟播放设备的机械故障、一次录入长期共享使用等。

3)管理功能：根据教学内容的安排，进行节目定时、分区播放等。

4)网络功能：宽带智能交换主机或视频服务器可以和校园网或Internet相互连接，实现网络资源共享。校园网上任一信息终端的资料都可以在任一教室里播放出来。

5)远程鼠标和键盘：教师可使用远程鼠标和键盘操作本校园宽带网络教学设备的宽带智能交换主机的多媒体播放器，如同操作本地计算机一样。

6)锁定频道：在中心机房可以把教室里的电视机锁定在某个频道，而在教室端无法更换。

7)电源控制：教室里的电视机、机顶盒的电源可受中心机房的控制。

8)在线检测：可在服务器查看各教室终端的运行情况。

9)图像放大和漫游：图像可实现局部放大，并可实现放大图像的漫游，放大面积可根据用户要求设置。

10)定时广播：服务器可把音视频信息定时、分区广播。

11)校园电视台：可直播演讲比赛、运动会、校长报告等实时信息。

12)遥控点播功能：

●在电视屏幕上显示教学点播菜单；

●在教室使用遥控器进行点播；

●显示设备工作、网络传输和节目资源的状态；

●在教室里浏览互联网；

●通过网络实现教室之间的交互功能，比如竞赛等。

附图说明

图1为本实用新型结构框图

图2为主控接口板电原理图

图3为机顶盒电原理图

图4为播放控制板电原理图

具体实施方式

参见图1，本实用新型硬件由四部分组成：“主机控制单元”，“宽带智能交换主机”，“外部信息输入输出单元”，“教室设备单元”。主机控制单元由系统主机(兼作视频资源服务器)、显示器、外设装置和网络接口组成；它是整个产品的控制中心，宽带智能控制软件运行平台和视频资源数据库的载体；它负责整个产品的运行、控制，负责资源数据库的管理及与宽带智能交换主机、局域网的连接等；系统主机通过显示器为用户操作提供人机交互界面；通过外设装置(键盘，鼠标，光驱等)输入输出用户操作指令、数据信息等；通过网络接口实现与宽带智能交换主机、局域网的连接，从而实现网络资源的共享和远程控制；通过串口COM1口向宽带智能交换主机发出控制命令；主机为通用视频服务器，本系统选用山东浪潮集团生产的浪潮英信服务器NP350，配置：CPU X2.4G/512K/D，内存：512M，硬盘：1万转36GSCSI，网卡：100M+1000M；宽带智能控制软件在系统主机运行时，根据用户控制和定时设置，将主机中资源数据库的视频资源信息通过网络传输到宽带智能交换主机的主控接口板。宽带智能交换机是整个系统智能控制的执行单元、数据信号的转换单元，它执行主机发出的控制命令，处理和转换主机从网络传输输入的资源内容；处理、转换、执行教室控制单元输入的控制命令。它包括六个部分：主控接口板、内部交换机、内部CAN网、播放控制板、多媒体播放器、调制解调混合放大模块。主控接口板提供宽带智能交换主机与主机控制单元、外部信息输入输出单元、教室设备单元信息输入输出的接口及控制；由主机发出的控制信号经主机串口COM1口输入到主机接口板，经主机接口板转换成内部CAN网络控制信号；同时从教室设备输入的CAN网络控制信号输入到主控接口板，两路控制信号经宽带智能交换主机内部CAN网络传输到播放控制板；内部CAN网是宽带智能交换主机内CAN控制信号传输的网络路径；播放控制板将CAN控制信号转换成多媒体播放器能识别的控制信号对多媒体播放器进行控制；由主机输入到宽带智能交换机主控接口板的资源内容数字信号及由卫星等远程教育信号接口、局域网接口、INTERNET接口输入的数字信号经主控接口板的转接到内部交换机。内部交换机为通用网络交换机，本系统选用的是福建实达电脑科技股份公司生产的S1816+网络交换机；上述传输来的资源内容数字信号经交换机处理送到多路多媒体播放器进行播放，多路多媒体播放器(标准为8路，12路，16路，20路)将上述输入的资源内容数字信号转换成多路模拟音、视频信号。多媒体播放器是将数字信号转换成模拟信号的设备，它为工业控制计算机，本系统工业控制计算机主板选用的是台湾威胜公司生产的工控主板，型号为EPIAM10000，它集成C3 1G CPU，芯片组：VIACLE+8235、DDR266，集成声卡、显卡、网卡、IEEE1394、TV-OUT功能；内存DDR128M、硬盘40G；由多路多媒体播放器输出的多路模拟音、视频信号输入到调制解调混合放大模块；调制解调混合放大模块的作用是将多路模拟音、视频信号调制成射频信号；同时从公用有线电视网络传输来的射频信号经本模块的解调，再调制成射频信号及从监控现场直播传输来的音、视频信号经本模块的调制成射频信号；三方面来的多路射频信号经混合、放大输出一路有线电视信号到有线电视网络进行传输；本产品调制解调混合放大模块的调制器、解调器、混合器、放大器选用的是湖南航天天达电子有限公司生产750A调制器、750M解调器、588N220V干线放大器、及750M16路混合器；教室设备单元是系统的外部远距离显示、控制单元；它包括有线电视网、CAN网、电视机、机顶盒、输入设备(遥控器、鼠标、键盘)；有线电视网是射频信号的传输路径，它为通用SYWV-75-5或SYWV-75-7物理发泡有线电视电缆组成的550M有线电视网，本产品选用的是上海天诚线缆有限公司生产的SYWV-75-5或SYWV-75-7有线电视电缆；电视机是有线电视信号输出显示设备，它为通用电视机，本产品选用的是广东惠州TCL公司生产的TCL34”普通彩色电视机；从有线电视网传输来的射频信号经电视机转换成人能识别的音、视频信号；CAN网是专用工业现场控制总线网的简称，主要是运用于复杂环境下的工业现场控制，它传输距离远，传输速度高，抗干扰能力强；本产品选用的是飞利普公司生产的SJA1000芯片和82C250芯片组成CAN传输控制网，网线选用的是宁波东方线缆有限公司4芯非屏蔽网线。机顶盒提供教室设备单元输入输出设备的接口，同时是CAN控制信号的转换单元。输入设备(遥控器、鼠标、键盘)是系统远距离控制操作信号输入的工具；输入设备(遥控器、鼠标、键盘)输入的控制操作信号经机顶盒转换成CAN控制信号和电视机控制信号；CAN控制信号经CAN网络上传到宽带智能交换主机，经宽带智能交换主机的处理从而控制宽带智能交换主机内的多媒体播放器；电视机控制信号经机顶盒输出，通过红外发射管对电视机进行遥控。外部信息输入输出接口单元是本系统与外部信号如现场直播、远程教育、INTERNET网等联系的接口；通过它本产品与外部交换信息；外部信息输入输出接口单元由五部分组成：监控现场直播接口、有线电视信号接口、卫星等远程教育信号接口、局域网接口、INTERNET接口；监控现场直播接口提供的是监控和现场直播时摄像机输出的音、视频信号；有线电视信号接口提供的是公用有线电视射频信号；卫星等远程教育信号接口提供的是通过卫星接收设备输出的远程教育信号；局域网接口提供的是学校局域网信息信号；INTERNET接口提供的是INTERNET信息。

本设备的系统软件

本系统软件由四部分组成：运行于主机平台的操作系统软件及应用软件，运行于主机平台的宽带智能控制软件，运行于主机平台的数据库软件，运行于主控接口板、播放控制器、机顶盒的单片计算机控制软件

(1)运行于主机平台的操作系统软件及应用软件：操作系统软件为通用操作系统软件，本产品采用的是美国微软公司出的WINDOWS2000 server版，应用软件本产品选用的是美国微软公司出office 2000，VB 6.0等

(2)运行于主机平台的宽带智能控制软件：用VB 6.0编写的本产品专用控制软件

软件有：“设备设置”、“通道设置”、“数据库设置”、“版本设置”、“串口设置”、“教室地址”、“系统口令”等七个菜单。

主要功能有设备控制、定时播放、教室控制、电源管理、红外学习、再线测试等

(3)运行于主机平台的数据库软件：用VB 6.0编写的数据库管理软件

(4)运行于主控接口板、播放控制器、机顶盒的单片计算机控制软件：用C51开发的本产品专用控制软件。

根据图1的结构框图，结合图2、图3、图4的具体电原理图，其电路连接关系为：

1)主控接口板与机顶盒的连接关系

主控接口板(见图2)的CAN接口JK4接机顶盒(见图3)的CAN接口JK4

2)主控接口板与播放控制板的连接关系

控接口板(见图2)的CAN接口JK1接播放控制板(见图4)的CAN接口2PIN

3)主控接口板与外部输入输出接口单元的连接关系

(1)主控接口板(见图2)的NET 1接外部输入输出接口单元的局域网或INTERNET网接口

(2)主控接口板(见图2)的NET 2接外部输入输出接口单元的卫星等远程教育信息接口

4)主控接口板与主机控制单元的连接关系

(1)主控接口板(见图2)的NET 3接主机控制单元的网络接口

(2)主控接口板(见图2)的JK5接主机控制单元主机串口COM1

5)主控接口板与内部交换机的连接关系

主控接口板(见图2)的NET2、NET4、NET6接内部交换机的口1、2、3

6)播放控制板与多媒体播放器的连接关系

(1)播放控制板(见图4)的接口POWER接多媒体播放器主板的电源开关

(2)播放控制板(见图4)的接口KEY接多媒体播放器主板的键盘接口

(3)播放控制板(见图4)的接口MOUSE接多媒体播放器主板的鼠标接口

(4)播放控制板(见图4)的接口SERIAL接多媒体播放器主板的串口COM1

具体电路分析：

1)参见图2主控接口板电路图

图2中IC1(AT89C51)为嵌入式单片机(MCU)，它负责整个主控电路的控制与计算等。ATMEL89系列单片机是目前市场上使用最为广泛，开发技术最成熟，价格最低的八位单片计算机，内嵌8位CPU，128或256位RAM，4K或8K FLASH存储器，它拥有32个IO口，六个中断源，两个16位定时计数器，是嵌入式控制系统最为理想的选择。

IC6(MAX813)是系统监控和复位芯片。它的第7脚与IC1的第9脚相接(复位信号)，上电时为MCU提供复位信号。它的第6脚与IC1的第7脚相连，提供看门狗功能，它由IC1定时复位，当系统出现死机或运行不正常时自动复位MCU。

由晶振X1和电容C1和C2组成外部时钟电路接IC1的18、19脚，为MCU提供时钟。

集成电路IC4(MAX202)为电平转换电路，MCU的第10、11脚接IC4的第11、12脚。经IC4将TTL电平转换为RS232电平，由IC4的第13、14脚输出构成RS232的串行接口，与主机进行通信。发光二极管L1、L2并联于IC4的第11、12脚用来指示RS232串口通信状态，R1、R5为限流电阻。TVS1 TVS2(P6KE65)为瞬时电压抑制器，并联于IC4的第13、14脚围来保护RS232串行接口，JK5为与主机串行通讯的串口接插件

IC1第1、2、3、4输出的模拟设备(录象机、VCD、DVD等)控制信号经三极管T1、T2、T3、T4放大后经接插件JK3输出控制模拟设备的运行。

IC5(24C16)为外接存储器，用来保存通过红外学习的模拟设备控制信号数据，它的第5脚接IC1的第15脚，它的第6脚接IC1的第12脚。

JK2为电源接插件，由它输入两路5V电源作为系统电源，E1为抗干扰滤波电容，L5供电电源指示灯，R2为限流电阻。

IC2(SJA1000)是独立的CAN通讯控制器，IC1(89C51)负责对IC2(SJA1000)的初始化，通过IC2实现数据的接收和发送等通讯任务；IC2的第1、2脚和第23-28脚((AD0-AD7)作为地址数据复用总线)与IC1(P0口)的第32-39相连，IC2的第5、6脚读写信号与IC1的第16、17脚读写信号相连；IC2的第4脚片选信号与IC1的第28脚相连，IC2的第3脚ALE信号与IC1的第30脚相连；IC2的中断信号第16脚与IC1的第13脚中断1相连；IC2的第17脚复位信号与IC1的第14脚相连；由晶振X2和电容C3、C4组成的外部时钟电路接IC2的第9、10脚为IC2提供外部时钟；由R23、R24组成的分压电路接IC2的第20脚RX1为其提供基准电压；为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，IC2(SJA1000)的第13脚TX0和第19脚RX0分别接光偶IC7(6N137)的第3脚和光偶IC8(6N137)的第6脚，通过高速光藕6N137后与82C250相连，很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。

发光二极管L3、L4用来指示CAN信号的收发状态，电阻R4、R8起限流作用。

IC7(6N137)、IC8(6N137)为光电偶合器，IC7的第6脚接IC3的第1脚，IC8的第3脚接IC3的第4脚。

IC3(82C250)为CAN总线收发器，IC3的第7脚CANH和第6脚CANL引脚各自通过一个10欧的电阻R29、R30与CAN总线相连，电阻起一定的限流作用，保护IC3免受过流的冲击；CANH和CANL与地之间并联了两个30P(C9、C10)的小电容，可以滤除总线上的高频干扰和一定防电磁辐射的能力，在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管D1、D2，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。IC3的第8脚RS脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通过速度适当调整，一般在16K-140K之间。TVS3、TVS4(P6KE6.8A)、D4、D5、D6(TED485)组成的保护电路起过压和防静电击穿保护作用，电阻R13起阻抗匹配作用。

JK1、JK4为CAN总线接插件，SV1、SV2、SV3、SV4为模拟设备音、视频信号输入输出接口接插件，NET1-NET6为网络接口接插件。

2)参见图3机顶盒电路图

图3中IC1(AT89C52)为嵌入式单片机(MCU)，负责整个模块控制和计算，ATMEL89系列单片机是目前市场上使用最为广泛，开发技术最成熟，价格最低的八位单片计算机，内嵌8位CPU，128或256位RAM，4K或8K FLASH存储器，拥有32个IO口，六个中断源，两个16位定时器，是嵌入式控制系统最为理想的选择。

IC4(MAX813)是系统监控和复位芯片。它的第7脚接IC1的第9脚为复位信号。上电时为MPU提供复位信号；它的第6脚接IC1的第14脚，提供看门狗功能，它由IC1定时复位，当系统出现死机或不正常时自动复位MCU。

由晶振X1和电容C1 C2组成外部时钟电路接IC1的第18，19脚为MCU提供时钟。

IC5(24C16)为外部串行存储器，它的5(数据线)、6脚(时钟线)分别接IC1的第5、6脚。

IC1的第1脚输出的电视机遥控信号通过三极管T1放大后经接插件JK1(或JK5)输出接红外发射管从而控制电视机。

L1为发光二极管，用来指示机顶盒的工作状态，它接IC1的第2脚，电阻R19为限流电阻。

L2、L5为发光二极管，L2用来指示用户是否能申请到多媒体播放器的控制权；L5用来指示用户通过机顶盒控制电视机；R7、R8为限流电阻。

IC1第15脚输出的控制信号通过三极管T2放大以后控制继电器RELAY的吸合，从而可控制电视机的电源。二极管D2、D3起保护作用，JK2为二孔电源插座。

JK3为三孔电源插座，由它接入的双9V电源经整流桥堆B1整流后形成两路直流电源，一路经稳压集成块T4(7905)稳压后输出-5V直流电源供电路使用；一路经稳压集成块T5(7805)稳压后输出+5V VCC直流电源，经稳压集成块T6(7805)稳压后输出+5V VDD直流电源；电容E1、E3、E4、E5、E6、E8、C9、C10为滤波电容。

IC6(IR-Receiver)为红外线接收器，用于接收遥控器发送的红外信号，它的第1脚接电源VCC，2脚接地、3脚输出信号接IC1的第10脚，电容E7、C11起滤波、抗干扰作用。

接插件MOUSE接串行鼠标，它的第2脚输出的信号经三极管T3放大以后与红外遥控接收头输出的信号一起接IC1的第10脚，它的第3脚接-5V电源，第7叫接电源VCC，第5脚接地。

KEYBOARD为PS/2键盘接口，它的第1、2、5、6脚分别接IC1的第4、10、3、12脚，它的第3脚接地，第4脚接电源VCC。

IC2(SJA1000)是独立的CAN通讯控制器，IC1(89C51)负责对IC2(SJA1000)的初始化，通过IC2实现数据的接收和发送等通讯任务；IC2的第1、2脚和第23-28脚((AD0-AD7)作为地址数据复用总线)与IC1(P0口)的第32-39相连，IC2的第5、6脚读写信号与IC1的第16、17脚读写信号相连；IC2的第4脚片选信号与IC1的第28脚相连，IC2的第3脚ALE信号与IC1的第30脚相连；IC2的中断信号第16脚与IC1的第13脚中断1相连；IC2的第17脚复位信号与IC1的第8脚相连；由晶振X2和电容C3、C4组成的外部时钟电路接IC2的第9、10脚为IC2提供外部时钟；由R11、R12组成的分压电路接IC2的第20脚RX1为其提供基准电压；为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，IC2(SJA1000)的第13脚TX0和第19脚RX0分别接光偶IC7(6N137)的第3脚和光偶IC8(6N137)的第6脚，通过高速光藕6N137后与82C250相连，很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。

发光二极管L3、L4用来指示CAN信号的收发状态，电阻R9、R10起限流作用。

IC7(6N137)、IC8(6N137)为光电偶合器，IC7的第6脚接IC3的第1脚，IC8的第3脚接IC3的第4脚。

IC3(82C250)为CAN总线收发器，IC3的第7脚CANH和第6脚CANL引脚各自通过一个10欧的电阻R16、R17与CAN总线相连，电阻起一定的限流作用，保护IC3免受过流的冲击；CANH和CANL与地之间并联了两个30P(C7、C8)的小电容，可以滤除总线上的高频干扰和一定防电磁辐射的能力。IC3的第8脚RS脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通过速度适当调整，一般在16K-140K之间。

TVS1、TVS2(P6KE6.8A)、D4、D5、D6(TED485)组成的保护电路起过压和防静电击穿保护作用。

JK4是CAN总线接口接插件。

电容C12、C13、C14、C15、C16起去偶作用

3)参见图4播放控制板电路图

图4中IC1(AT89C51)为嵌入式单片机(MCU)负责整个控制模块的控制与计算等。AT89C51系列单片机是目前市场上使用最广泛，开发技术最成熟，价格最低的八位单片计算机，内嵌8位CPU，128或256位RAM，4K或8KFLASH储蓄器，它拥有32个IO口，六个中断源，两个16位定时计数器，是嵌入式控制系统最为理想的选择。

IC10(MAX813)是系统控制和复位芯片，它的第7脚与IC1的第7脚相接，上电时为MCU提供复位信号。它的第6脚与IC1的第12脚相连，提供看门狗功能，它由IC1定时复位，当系统出现死机或运行不正常时自动复位。

晶振CR1和电容C1、C2组成外部时钟电路，接IC1的第18、19脚为MCU提供时钟。

L4为发光二极管，它接到ICI的第27脚，用来指示点播控制板的工作状态，R4为限流电阻。

集成电路IC4(MAX202)为电平转换电路，IC1的第10、11脚接IC4的第12、11脚，经IC4将TTL电平转换为RS232电平，由IC4的第13、14脚输出，发光二极管L4接到IC4的第12脚用来指示串口通信状态，TVS3、TVS3(P6KE6、8)为瞬时电压抑制器，并联与IC4的13、14脚用来保护串口，SERIAL为串口连接接插件。

IC5(CD4066)为电子开关，IC1的第1脚接IC5(4066)的第5、13脚，IC1的第2脚接IC5的第4脚，IC1的第3脚接到IC5的第1脚，IC1的第4脚接到IC5的第6、12脚，IC1的第5脚与IC5的第11脚相连，IC1的第6脚连接IC5的第8脚，IC5的第2脚接IC6(TP8452)的第4脚，IC5的第3脚接IC6的第5脚，IC5的第9脚接IC7(TP8452)的第4脚，IC5的第10脚接IC7的第5脚；MOUSE为二芯接插件，接多媒体播放器的PS/2鼠标插孔；

KEY为二芯接插件，接多媒体播放器的PS/2键盘插孔。IC6、IC7为多媒体播放器开机上电自检时提供信号，使多媒体播放器上电自检时操作系统(WIN98、WIN2000等)能检测到鼠标、键盘的存在。

SW8为拨码开关，由它和排阻RP8一起构成多媒体播放器的通道设置号，排阻RP8的第6、7脚接到IC1的13、14脚，作为IC1中断、定时器上拉电阻。

IC1的第7脚多媒体播放器开关机信号通过三极管T1的放大后经二芯接插件PC-CONTROL的第1脚接到多媒体播放器主板的开机引脚，控制多媒体播放器的开关机；同时，多媒体播放器的开关机状态经PC-CONTROL的第2脚接到IC1的第26脚作为多媒体播放器工作状态的自动检测信号，并由发光二极管L5显示多媒体播放器的工作状态。

IC1的第8脚输出的多媒体播放器自动复位信号经三极管T2放大后控制继电器RELAY的通断从而控制多媒体播放器的自动复位；RESET为接多媒体播放器复位信号的节插件。

POWER为两路电源VCC、VDD引入接插件，发光二极管L1用来指示的电源状态，R1为限流电阻；电容E1、C13、C14、C15起滤波作用。

IC2(SJA1000)是独立的CAN通讯控制器，IC1(89C51)负责对IC2(SJA1000)的初始化，通过IC2实现数据的接收和发送等通讯任务；IC2的第1、2脚和第23-28脚((AD0-AD7)作为地址数据复用总线)与IC1(P0口)的第32-39相连，IC2的第5、6脚读写信号与IC1的第16、17脚读写信号相连；IC2的第4脚片选信号与IC1的第28脚相连，IC2的第3脚ALE信号与IC1的第30脚相连；IC2的中断信号第16脚与IC1的第13脚中断1相连；IC2的第17脚复位信号与IC1的第14脚相连；由晶振CR2和电容C3、C4组成的外部时钟电路接IC2的第9、10脚为IC2提供外部时钟；由R11、R12组成的分压电路接IC2的第20脚RX1为其提供基准电压；为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，IC2(SJA1000)的第13脚TX0和第19脚RX0分别接光偶IC9(6N137)的第3脚和光偶IC8(6N137)的第6脚，通过高速光藕6N137后与82C250相连，很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。

发光二极管L3用来指示CAN信号的收发状态，电阻R3起限流作用。

IC8(6N137)、IC9(6N137)为光电偶合器，IC9的第6脚接IC3的第1脚，IC8的第3脚接IC3的第4脚。

IC3(82C250)为CAN总线收发器，IC3的第7脚CANH和第6脚CANL引脚各自通过一个10欧的电阻R13、R14与CAN总线相连，电阻起一定的限流作用，保护IC3免受过流的冲击；CANH和CANL与地之间并联了两个30P(C7、C8)的小电容，可以滤除总线上的高频干扰和一定防电磁辐射的能力，在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管D1、D2，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。IC3的第8脚RS脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通过速度适当调整，一般在16K-140K之间。

TVS1、TVS2(P6KE6.8A)、D4、D5、D6(TED485)组成的保护电路起过压和防静电击穿保护作用，CAN(2PIN)为接CAN总线网络接插件。

附：主要集成电路型号

AT89C21

AT89C52

SJA1000

82C250

MAX813

MAX202

24C16

6N137

CD4066

TP8452

7805

7905

Claims (1)

1.一种校园宽带网络教学设备，其特征在于由主机控制单元、宽带智能交换主机、外部信号输入输出接口单元、教室设备单元这四个部分组成；主机控制单元包括兼作视频服务器的主机、显示器、外设装置、网络接口，是整个设备的控制中心、宽带智能控制软件运行平台和视频资源数据库的载体，主机连接显示器，提供人机交互界面，连接外设装置键盘、鼠标、光驱，输入输出操作指令、数据信息，主机通过网络接口与宽带智能交换主机连接，主机还通过串口COM1口向宽带智能交换主机发出控制命令；宽带智能交换主机包括主控接口板、内部交换机、内部CAN网、播放控制板、多媒体播放器、调制解调混合放大模块，主控接口板提供与主机控制单元、外部信号输入输出接口单元、教室设备单元的信号输入输出接口及控制，主控接口板将主机发出的控制信号和从教室设备输入的CAN网控制信号转换成内部CAN网控制信号，这两路控制信号经内部CAN网传输到播放控制板，播放控制板将CAN控制信号转换成多媒体播放器能识别的控制信号输出，对多媒体播放器进行控制，主机输入的资源内容数字信号及由远程教育信号接口、局域网接口、INTERNET接口输入的数字信号由主控接口板转接到内部交换机，经内部交换机处理送至多媒体播放器，多媒体播放器将输入的资源内容数字信号转换成多路模拟音频视频信号，再输出连接至调制解调混合放大模块，该模块将其调制成射频信号，同时，从有线电视信号接口传输来的射频信号和从监控现场直播接口传输来的音频视频信号也经该模块解调或调制成射频信号，这三路射频信号经该模块混合放大后，输出连接至教室设备单元的有线电视网；教室设备单元包括有线电视网、CAN网、电视机、机顶盒、遥控器、鼠标、键盘，电视机由有线电视网和机顶盒连接控制，机顶盒提供遥控器、鼠标、键盘的接口并与之连接，同时机顶盒是CAN控制信号的转换装置，遥控器、鼠标、键盘输入的控制操作信号经机顶盒转换成CAN控制信号和电视机控制信号，分别连接至宽带智能交换主机和电视机；外部信号输入输出接口单元包括监控现场直播接口、有线电视信号接口、远程教育信号接口、局域网接口、internet接口，这些接口都连接至宽带智能交换主机。

Images