教室消息廣播系統(tǒng)方案設(shè)計獲獎科研報告

教室消息廣播系統(tǒng)方案設(shè)計獲獎科研報告摘要：本文探索了教室消息廣播系統(tǒng)的現(xiàn)狀，根據(jù)現(xiàn)狀提出了解決方案，并從技術(shù)角度設(shè)計了基于LED的教室消息廣播系統(tǒng)的實用方案。本系統(tǒng)分為上位機和下位機，下位機采用基于ARM的LINUX實時操作系統(tǒng)，上位機采用X86架構(gòu)的Windows系統(tǒng)。經(jīng)過論證，該系統(tǒng)能滿足教室實時消息傳播的需求。

關(guān)鍵詞：有線通信無線通信ARMZigBee時間同步

1.教室消息廣播系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1與選題相關(guān)的國內(nèi)外研究和發(fā)展概況

在傳統(tǒng)的方法上，學(xué)?？剖夜芾聿块T或者教室等需要將信息告知課室內(nèi)或課室門內(nèi)外的人員（學(xué)生、教師等），使用的發(fā)布、更新、刪改等方法大概可分為幾種：

對于非實時信息（通知，非緊急消息等）：①通過人力，將信息使用某種（書寫等）方式在不可移動物體（黑板等）上發(fā)布（更新），或者移除之;②先通過人力將信息使用某種（書寫、印刷等）方式在可移動的物體（紙、木板）等上面，再通過人力將帶有信息的物體從信息發(fā)布處安放在課室內(nèi)或外以發(fā)布（更新），或者移除之。

對于實時信息/亞實時信息（時間、緊急消息等）：①用人力傳遞：以人為消息載體載體，以人聲或者黑板等為發(fā)布源，通過人將消息傳遞，以發(fā)布、更新、刪改;②用廣播傳遞：以人為消息載體載體，以廣播等為發(fā)布源，通過廣播將消息傳遞，以發(fā)布、更新、刪改。

以上傳統(tǒng)課室信息發(fā)布方法缺點分別有：①耗費人力，信息不易修改;②信息不可視化，教室內(nèi)有聲音接受盲點，信息發(fā)布時所有課室不能有噪音，否則影響信息接收質(zhì)量。

傳統(tǒng)的方法上，課室時間同步使用的方法通常有：①無時間同步：依賴教師或?qū)W生自身攜帶時間同步設(shè)備（手表、手機、手提電腦等）;②通過人力定時向課室傳遞最新時間;③用聲音同步時間：全校布置一個獲每棟樓布置一個大功率聲音產(chǎn)生裝置，通過鐘聲、鈴聲等同步時間;④使用掛鐘同步：課室內(nèi)懸掛一個時鐘（石英鐘、電子鐘，電腦時鐘）以實現(xiàn)時間同步。

以上傳統(tǒng)課室信息發(fā)布方法缺點分別有：①不同教學(xué)樓，不同課室，不同室內(nèi)人員無統(tǒng)一時間同步源;②耗費人力，僅同一課室時間同步;③不同樓層因聲音信號衰減無法收到時間同步信號或者不同教學(xué)樓時鐘信號不一;④不同教學(xué)樓，不同課室時間不同步。

LED信息顯示屏、有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為本畢業(yè)設(shè)計的課室內(nèi)LED信息發(fā)布系統(tǒng)鋪下良好基礎(chǔ)，本課題擬解決傳統(tǒng)課室信息發(fā)布方法的缺點，最終實現(xiàn)跨教學(xué)樓、跨課室、跨室內(nèi)人員的時間同步，教學(xué)信息內(nèi)容接收一致，信息接收時間一致，可用于對課室的教學(xué)信息、應(yīng)急事件（災(zāi)害等）信息的實時發(fā)布，上下課時間同步，考試時間同步等功能。

1.2小結(jié)

目前國內(nèi)電子時鐘市場處在一個生產(chǎn)公司居多，研發(fā)公司占少數(shù)的階段。

幾乎每個電子公司都有涉及電子時鐘的生產(chǎn)工作，但是專門研發(fā)電子時鐘系統(tǒng)的公司并不多，因此市場上尚未有大批量的多功能的電子時鐘系統(tǒng)的出現(xiàn)?？紤]到中國市場的特殊性（山寨產(chǎn)品較多），一旦市場上出現(xiàn)較鮮見的科技產(chǎn)品，不用多久便會大范圍地出現(xiàn)這種產(chǎn)品，因此電子時鐘市場具有一定的風險。

就目前的市場而言，仍有大量的用戶在使用傳統(tǒng)的電子時鐘，對多功能的電子時鐘系統(tǒng)還沒有全面的認識，因此在本產(chǎn)品投入生產(chǎn)時必須大力宣傳，增強人們對新一代電子時鐘系統(tǒng)的認識。

事實上，近年來一些新一代的電子時鐘系統(tǒng)已經(jīng)開始一步一步“入駐”越來越多的高校，價格上已可以被現(xiàn)在的消費者接受，用戶完全可以根據(jù)自己的需要和喜好選擇安裝不同功能的電子時鐘系統(tǒng)，以滿足自己的各種需求。

電子時鐘作為一種顯示時間的工具，是許多場所不可缺少的重要設(shè)備之一，在世界各地得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電子時鐘只是單純地顯示時間，而且各個時鐘無法完成彼此之間的互相同步校準時間的功能，對人們的工作生活造成嚴重的影響。

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對時間精確的要求越來越高，功能單一化的產(chǎn)品的市場越來越小，開始逐步被淘汰。然而，國內(nèi)市場尚未有大批量的多功能電子時鐘產(chǎn)品的出現(xiàn)，大多數(shù)為功能不一的，不可同步校準時間的電子時鐘。為此，有必要開拓一塊屬于多功能電子時鐘產(chǎn)品滿足市場需求。

2.系統(tǒng)方案設(shè)計與論證

2.1顯示屏方案

根據(jù)應(yīng)用場合的不同，顯示屏的方案可以有多種：數(shù)碼管，1602液晶顯示屏，中小塊液晶顯示屏幕，LED點陣顯示屏（16X32）。數(shù)碼管功能簡單，易于實現(xiàn)，亮度較好，成本低廉;缺點是：無法顯示文字，可拓展性差。靜態(tài)LED文字顯示功能較簡單，易于實現(xiàn)，亮度較好，成本較低廉，可顯示固定字符、漢字;缺點是：文字只能固定，不能重配置。動態(tài)LED顯示的液晶顯示屏功能復(fù)雜，使用通用接口，亮度較好，成本較低廉，可顯示固定字符、漢字;缺點是：文字只能固定，不能重配置。LED點陣屏功能較復(fù)雜，使用特定控制HUB08、HUB10接口，亮度很好，可視距離長，成本一般，可顯示固定獲不固定字符、漢字;缺點是：控制較不易。

由于顯示屏用于時間和動態(tài)文字，單純數(shù)碼管和靜態(tài)LED只能顯示有限數(shù)字、字符、文字，而不能個性化設(shè)置文字內(nèi)容，具有功能十分局限。另外，LCD/LED液晶顯示屏耗能大，亮度較暗，安裝在課室內(nèi)顯示時間、文字信息等。因此，LED點陣屏是本項目的最佳方案選擇。

2.2下位機方案

下位機由有線通信、無線通信、按鍵，顯示，音頻輸出、蜂鳴器等模塊組成，下位機系統(tǒng)主要模塊如圖1所示：

2.3上位機方案

本系統(tǒng)上位機系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，X86-Windows上位機和ARM-Linux上位機。X86-Windows上位機運行Win32應(yīng)用程序，調(diào)用靜態(tài)庫，可在Windows2000，WinXP，Win7操作系統(tǒng)下運行，上位機采用VB6.0和VC++6.0混合編程開發(fā)的軟件進行應(yīng)用層功能的控制。ARM-Linux上位機采用現(xiàn)成ARM開發(fā)套件進行開發(fā)，需要進行Uboot的移植，Linux操作系統(tǒng)移植，文件系統(tǒng)移植，字符設(shè)備驅(qū)動，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動等功能。

2.4有線通信方案

如圖2是有線通信模塊的拓撲圖：

2.5無線通信方案

ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基于IEEE802.15.4協(xié)議，中文名為“紫蜂”。它的特點是距離近、功耗低、速率低，支持雙工通信。它工作在ISM的2.4GHz頻段上，傳輸速率為20kb/s-250kb/s，傳輸距離最近10m，最遠達75m。除此之外，它還有數(shù)據(jù)完整性檢查，AES-128加密算法協(xié)議簡單、成本低、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點。所以本系統(tǒng)無線通信部分采用性價比較高的ZigBee通信方式。但與一般采用電池供電的系統(tǒng)