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智能化多媒体教室管理系统构建探析


时间: 2015-10-19 15:40:00来源: 中国教育信息化 作者: jinanmingbang 点击:

 
  摘要:在物联网技术支持下,多媒体教室管理可以实现对核心设备“当前运行状态实时监测,未来故障精准预警”的智能化管理需求。各类多媒体设备生产企业应当完善现有计算机、投影机、音响等的网络监控系统,构建新的光敏、位移、声音等传感器系统,并为第三方开放所采集的元数据或提供二次开发接口,以便在统一的智能化管理系统中实现对最易发生突发性故障的计算机系统、投影机及幕布、音响系统运行状态监测和故障预警,以及对固定资产的动态管理。
  一、引言
  “工欲善其事,必先利其器”。每次技术的改进和革新都会为多媒体教室管理带来新的便利。在基于网络的多媒体教室管理系统步入巅峰之际,物联网技术的出现再次为多媒体教室管理者带来了新的机遇。在基于物联网技术的多媒体教室智能化管理系统日益受到重视而尚处于研发阶段且未大面积推广应用之际,有必要从管理及管理者的角度出发去思考现有多媒体教室管理系统的不足,进而探讨智能化多媒体教室管理系统的应用与技术实现路径,为破解高校教育技术部门面临的难题略陈拙见。
  二、现有技术在多媒体教室管理中的应用之不足
  当前的各类网络化远程多媒体教室管理系统大都只能实现在网络环境下对简单的音、视频设备的信号切换,对相关设备的启动与关闭等[1],还具有课表管理、资产信息管理、维护信息统计等辅助功能。然而却无法做到对即将出现故障的设备进行预判,也无法做到对已经出现故障设备的报警。而严重依赖教师申报故障,或者需要管理人员亲自到教室巡查去发现各类多媒体设备故障,之后加以维护。这对于当前高校现代教育技术部门管理人员欠缺、多媒体教室数量多、部署分散、管理难度大[2]的现状而言还远远不能满足高效的管理要求。
  三、物联网技术及其在多媒体教室管理中的应用
  由于多媒体教室的特殊性,设备出了故障之后,必须立即修理或者是更换,否则影响正常教学。因此,对设备故障的提前预警就显得尤为必要。在得到预警信息之后管理人员可以选择合适的时间将故障加以排除,而避免影响正常教学。这点正是多媒体教室管理人员乃至教师所激烈期盼的。对于管理人员而言,要做到设备故障的提前预警需要把握设备的运行状态数据,并通过合理的分析之后,做出判断,并加以行动。
  以物联网技术为支撑,充分利用RFID、传感器、移动网络、软件技术等相关技术的整合,能够使多媒体教室设备日常故障提前预知、发现及时、维修定位精确无误、设备安全更加可靠、资产管理动态化、各类数据统计可视化。进而促使多媒体教室管理模式由被动服务向主动服务的嬗变。
  依据笔者的经验,在多媒体教学系统设备中最容易出现突发性故障的主要集中在多媒体计算机系统、音响系统、及投影机系统。要想做到对这三个系统设备故障的预警,需要利用物联网的理念和技术,通过各类传感器收集设备运行状态数据,对数据加以分析判断,在统一的平台上显示结果,并做出预警。
  四、现有独立监控系统
  1.局域网计算机软硬件远程监控程序
  目前有些通用软件(如:鲁大师等)可以检测CPU使用率、内存使用率、流量监控、硬盘读写、CPU温度、显卡温度、硬盘温度、主板温度、风扇转速等实时数据并加以分析,最终实现局域网内计算机硬件关键部件的监控预警。有的软件可以实现开机速度侦测和实时屏幕画面监控。
  2.投影机远程监控系统
  利用网络管理功能对投影机进行管理,可以有效提高学校对投影机的管理水平,使投影机的使用和维护更加方便和规范。爱普生公司多款教育投影机所配监视和控制软件EMP Monitor,设置便捷,联网方便,功能完备。能够实现对投影机状态、电源开启状态、信号源、灯泡工作时间、内温、更换灯泡时间等实时监控;同时也能够对投影机进行远程开关机、信号源切换、调整设置(图像模式、亮度对比度、色温和梯形校正等)、设置定时开关机;更具有里程牌意义的是该系统能够通过电子邮件自动发送投影机风扇、灯泡、空气过滤器、信号、电源等多种警告或故障信息给管理人员,为投影机维护提供直接参考依据。当需要更换灯泡或者出现问题时,投影机可自动发送E-mail通知管理员[3]。2014年,索尼公司也开发出了支持远程监控功能的数款教育投影机,可通过网络对投影机进行管控。控制和监视投影机的状态,而且兼容各种控制系统[4]。这部分远程控制功能目前都是基于有线网络得以实现的,对无线网络的支持还有待进一步开发。
  3.音响设备远程控制软件
  在多媒体教室的五大系统设备故障中,上课教师最关心的是音响效果,最难以忍受的就是音响故障。当无线话筒电量不足时会产生时断时续、噪声等音频信号失真现象。这时教师往往难以自行判断并及时去更换电池,而是选择下课电话报修。这种情况在多媒体教室日常管理中占相当大的比重。若能通过技术手段实现电量不足时系统自动提前预警,及时提醒教师更换电池则能使教学服务工作做的更加贴心而高效。要是能够实时把握并远程调整音响设备音量,则会使教师声音效果得以保证。
  目前已有部分音响设备生产企业(例如:舒尔)研发出了网络远程控制软件可以实现对联网的功放、无线接收机和发射器的硬件参数(例如:频率、增益、射频输出功率、音量及无线发射器电池电量剩余使用时间)进行可视化远程监控和调整。
  4.安防视频监控系统
  在高校中,安防视频监控系统通常与多媒体教学系统相互独立运行,分属不同部门管理。有待统一协同使用,将现有的安防与可视化管理的红外摄像机和夜间红外传感(报警)器结合起来,融合与一个多媒体教室管理系统之中。既可实现多媒体设备的安全,同时也可以通过查看摄像机视频对设备运行状态进行可视化管理。
  然而只有这些现有监控系统的集成还远远不能满足多媒体教室管理“主动服务”的要求,还需要全新架构并集成另外一些传感器系统。
  五、需要全新构建的传感器系统
  1.研发光敏传感系统实现对投影机亮度的实时监控
  尽管目前投影机已经具有远程监控程序可以自动发送更换灯泡信息给管理人员,但是这是基于特定实际使用灯时阙值技术的,在实际使用过程中有些投影机会因教室大小、焦距长短、灯光环境等的差异导致灯时阙值难以确定。有些教室在到达阙值前就已经达不到亮度最佳有效范围了,有些却反之。因此,若能在投影机内部某一特定位置研发安装光敏传感器,可以实时查看投影机投射的实际照度值是否能够达到亮度最佳有效范围值,为管理人员提供更加精准的数据信息,以便及时维护设备。
  2.研发位移传感器系统实现对电动幕布升降位置的实时监控
  在我们的多媒体教室实际管理过程中发现的电动幕布常见故障有:布与传动轴分离;布没有很好地跟随传动轴的转动而起落;或者幕布转动机械式自停装置——齿轮行程限位器失灵,而致使电动机的转与停不精确。而电动机本身发生故障的概率极低。
  对这些常见故障深入分析之后发现,根本原因在于:幕布升降进程中临近末尾阶段的自停装置并不理想,容易出现各种各样的问题,而导致传动轴多转或少转。升时多转导致拉扯幕布底端,降时多转导致反卷幕布,升时少转导致幕布本次升不到位而下次降时多转,降时少转导致幕布本次降不到位而再次升时多转。
  可以使用位移传感器精确控制幕布升降的尺寸来控制电机的转与停。位移传感器又称为线性传感器,是将位移转换成电量的传感器[6]。目前有滑动式、拉杆式、拉绳式等多种。拉绳位移传感器可以满足行程在幕布高度的位移传感。根据幕布实际大小将升与降的位移物理数据量设定阙值,如果在升降过程中位移量到达该阙值,则让电动机立即停止转动;如果在上述过程完成之后,实际位移量高于或低于该阙值,说明幕布发生故障,则通过网络报警即可。
  另外,也可以通过振动传感器和转速传感器监测电动机的运行状态。可以使用压力传感器监测传动轴与布卷起与松开的程度来触发电动机的转与停。然而依据经验我们认为,前者没有必要,后者不够精确难以实施。
  3.研发声音传感系统实现对音箱的实时监控
  尽管可以对无线接收机及发射器和功放进行远程监控和调整,但是仍然难以保证音箱是否发声。声音传感器可以通过监测Windows系统开机音乐的有无判断音箱设备运行是否正常。一旦检测不到开机音乐,工作人员可以结合查看无线接收机及发射器和功放的监控数据确定是计算机声卡、功放、无线接收机及发射器和音箱中的哪个设备出了故障。为了避免环境噪声干扰声音传感器监测Windows系统开机音乐,可以将此音乐设定为特定频率、特定时长的乐音。另外,声音传感器还能检测教室环境的声音强度,可以监测出教室音响音量过低或过高甚至啸叫,方便工作人员及时掌握相关信息进行相应处理。
  六、智能化管理系统集成
  现有多媒体教室设备和设备管理系统中对传感器的应用还不够理想,只有部分设备具有网络监测功能,而且相互独立,并没有形成统一的数据分析和处理的管理系统。
  目前有两种数据采集设备架构方式:一是将数据采集设备独立布置于多媒体设备之外,形成新的系统,为多媒体中央控制器提供实时数据,多媒体中央控制器将数据传回多媒体教室管理系统进行分析处理;二是多媒体设备生产厂商在设备内部集成数据采集设备后,为第三方提供数据输出接口,由第三方开发完成数据的传输和分析处理,并最终开发完成智能化管理系统。
  依笔者所见,将数据采集设备独立布置于多媒体设备之外是不现实的。一则多媒体中央控制器生产厂商并不能实现将数据采集设备完美植入多媒体设备中,二则数据采集设备独立于多媒体设备,显得过于分散,结合不紧密,稳定性和耦合度难以保证。如果各个多媒体设备生产厂商内置数据采集系统,并能开放采集数据接口给第三方,多媒体中央控制器生产厂商则可据此开发统一的智能化管理系统,既能满足多媒体教室管理需求,又能实现合作共赢。
  七、结束语
  多媒体教室是高校重要的信息化教学环境。优质的多媒体教室管理能够为高校教学质量的提升给予直接支持。物联网技术促进了多媒体教室管理的流程再造与模式重构,它能够改变传统的被动服务为主动服务,提高多媒体教室管理效率和信息化水平,为创造更加优良的教学环境奠定基础。 
 
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