基于IP网络的多媒体教学控制系统

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　　图2 红外可控设备的入网处理方式
　　对于其它如电源配电、现场灯光等，纳入IP网络进行控制，是系统整合能力的体现，这一类的设备的控制，通常都是一些继电器开关型的控制，可以设计通用的智能开关单元来实现，在实际应用中，我们设计了8X3KVA的智能开关单元，通过RS485总线可以控制每一路固体继电器的开闭，还可以返回每一路开关的状态。如图3所示：
　　

　　图3 电源配电系统的入网处理方式
　　2.2 串口服务器NPort Server
　　在将各种RS232/RS485设备纳入IP网络的设计中，可以有多种方式，一是采用多串口卡，这是一种基于计算机插槽的扩展卡，可以扩充计算机的串口数量，另外一种是独立的多串口设备，如Moxa的NPort Server Pro系列，这是一种工业型专用的设备联网服务器，可连接 8/16 台各种RS-232 设备到TCP/IP 以太网络，它采用Intel i960CA RISC 作为核心处理器，提供8/16条50 bps ~ 230.4 Kbps的RS232通道，同时具有10/100M自适应的以太网接口。在实际的应用中我们从以下1、系统弹性；2、安装方便；3主机容错等方面考虑选用了独立的8口NPort Server，作为RS232/RS485的接入设备。同时标准的19“机架型NPort Server和系统中的其它设备，如服务器、网络交换机、视音频矩阵、红外控制器等安装在一个独立的机柜中可以形成一个良好的局部运行环境，保证了设备的长期使用的稳定性。
　　由于部分设备是RS485接口，需要安装RS232/RS485转换器，对于一些远距离的RS232设备，如我们实际系统中的投影仪带RS232接口，但设备距离控制中心较远，为了保证通信的可靠性，我们采用一对RS232/RS485转换器来接入NPort Server。
　　2.3 软件方面的设计
　　设备接入计算机网络后，还没有真正实现网络化的概念，必须通过一个应用网关来实现设备的网络化，这个主要有几个方面的内容，一是虚拟设备模型、二是虚拟设备原语、三是设备控制协议。
　　虚拟设备模型，是应用网关实现的一组内存对象，该模型把具体设备、设备连接关系、通道属性、控制协议等封装成一个虚拟设备对象，不同的虚拟设备对象继承和实现不同的原语接口就形成各种类型的虚拟设备，如电视机、录像机等。远程客户端，通过虚拟设备原语操控虚拟设备对象，而完成对具体设备的操控，由于虚拟设备是动态可分配的，所以网络用户可以通过虚拟设备映像到控制中心所有的设备上，这一点和传统的多媒体教学控制系统有着本质的区别，也就是说在任何一间教室都可以通过该系统使用所有的媒体设备资源。虚拟设备模型如图4所示
　　

　　图4 虚拟设备模型
　　虚拟设备是一个具有独立工作线程的对象，独立线程有助于提高系统对并发性控制的响应。虚拟设备原语，是一组采用C++定义的虚基类，每一种虚拟设备可以根据实际设备的功能和操作方法继承和实现相应的接口。
　　在具体的实现中，因为不是每一台虚拟设备都拥有一个实质的串口设备，比如在我们的系统中有很多的虚拟录像机、电视机等，它们都只能通过一个红外遥控设备进行控制，也就是说这些虚拟设备必须具有共享NPort Server串口通道的能力。在实际程序设计中串口对象是单独封装和管理的，虚拟设备将控制数据发到数据总线上，由数据总线根据标签转发给相应的串口对象，串口对象只负责转发数据。应用网关的软件结构大致如下图5所示：
　　

　　图5 应用网关的结构
　　3、串口对象的实现
　　串口对象，是系统开发中比较复杂和难以调试的一个部分，由于各种RS232接入设备对数据格式、波特率、校验有不同的需求，并且控制协议也有很大的不同，所以我们特别封装设计了串口对象，其模型如图6所示
　　

　　图6 串口对象模型
　　实现串口对象时，可以采用平台提供的串口编程API，在我们的系统实现中采用的是Moxa公司提供的串口通信SDK包，它提供了一组非常明了的编程接口，可以迅速封装自己的串口对象。但在实现有几个需要注意的方面。首先，串口对象必须实现为线程安全的，这可以通过互斥（ Mutex ）或临界（ CriticalSection ）等手段来实现线程的同步。其次，收发线程是事件驱动的，无数据时线程处于挂起等待状态。第三，在数据包的处理上，应尽量避免大量的数据包拷贝工作。实际的系统中，我们的数据包实现为一个能自我销毁的对象。下面用形式语言给出一段发送线程的片断：

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