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1、第七届工业仪表与自动化学术会议基于 ARM 的无线教学评估电子监测系统ARM Based Wireless Electronic Supervisory System for Evaluation of Teaching尹航满桂云李振坡(华东理工大学，上海200237)摘要：为了克服传统有线监测系统的缺点，提高教学评估的效率和质量，开发了一种基于嵌入式系统设计的无线教学电子评估监测系统。 介绍了系统中音视频采集、音视频无线传输以及集中监测等各功能模块的工作原理，并分别从硬件结构和软件流程两方面对系统实现过程进一步加以阐述和说明，最后对该系统的应用前景加以总结。关键词 ：监测系统无线传输音视频采
2、集中图分类号 ： TM930.9文献标识码 ：AAbstract: In order to overcome the disadvantages of conventional wired supervisory systems, and to enhance the quality and efficiency of evaluation for teaching, a wireless electronic supervisory system for evaluation based on embedded system is developed.The operational prin
3、ciples of each functional module, e.g. audio/video sampling, A V wireless transmission and centralized supervisory are introduced, and the implementing procedures of the system are expounded from hardware structures and software flowchart respectively. The applicable prospect of the system is summar
4、ized finally.Keywords:Supervisory systemWireless transmission Audio/videosampling0 引言课堂教学质量评估是根据预定的标准，对教学过程进行监测，确保教学过程的各个阶段以及最终结果，都能达到预期的目标，是教学环节中必不可少的教学督察活动。传统的教学质量评估主要是通过听课人员进入教室，当场进行观摩与记录，这不但可能会对上课的教师和听课的学生造成干扰，还可能因为时间空间的限制使教学质量评估带有局限性，而现在市场上的监测系统多为长线控制，布线成本高，很多场合还受到布线的限制。本次设计开发的无线教学评估电子监测系统目的在于能
5、够以低成本有效地实现教学评估监测。 如图 1所示，完整的无线教学评估电子监测系统包括教室单元、监测服务器、校园网以及远程评估系统。教室单元主要功能是在上课时采集图像和声音。监测服务器作为学校的电教中心，实现对前端设备的控制，同时也作为学校的听课中心。学校内可建立多个监测子系统，通过校园网来接收监测服务器的监测信息。如果连接到 Internet，将可以实现远程评估系统，可以监测到其它学校的教学情况，以方便院校间教学经验的交流。1 系统工作原理和硬件结构为有效而低成本地实现教学实时监测的功能 ,本文设计了如图 1所示的无线教学评估电子监测系统，系统硬件框图如图 2所示，该系统可分为音视频同步采集、
6、音视频无线传输和集中监测三个部分。1.1 系统工作原理下面将从功能模块的角度对系统各部分的工作原理加以介绍。1.1.1 音视频同步采集教室内采用 ET21X130D 图像采集模块作为图像的监测，所采集到的图像信息直接传输给ARM 微处理器系统，ARM 一方面将采集到的图像存放到数据缓冲区； 一方面将缓冲区内的图像信息通过无线发送装置发送出去。在采集图像信息的同时，音频压缩模块 ET83X432采集教师的音频信号，并进行 JPEG2000音频压缩处理，经过压缩编码的音频信息不但可以像图像那样存放到ARM 的数据缓冲区，进行实时的音频传输，也可以存储在ET83X432模块的闪存中，以便于以后的查看
7、。1.1.2 音视频无线传输在ARM 控制下，存储在 ARM 中的音视频信息将通过 27 MHz 无线发送模块 ET13X221发送出去，接收模块ET13X210放置在监测室内，在微控制器 ET44M210的控制下经 USB口上传到 PC监测服务器，以实现实时的图像1第七届工业仪表与自动化学术会议显示和音频播放。本次所用的无线发送接收模块采用了片内锁相环技术，中心频率27 MHz，有 10个频道可供选择，频道间隔为 30 kHz，从而保证了多点传输时不受干扰。1.1.3 集中监测本系统将用一台 PC机设计监测界面来代替多个监视屏，从而大大降低了成本。1.2 系统的硬件结构如图 2所示，整个系统
8、分为音视频便携采集处理子系统和音视频接收监测子系统两部分。 其中音视频采集和发送部分由周立功单片机发展有限公司提供的 MiniARM2200U-1161 来控制，音视频接收和监测部分由微控制器ET44M210控制。下面分别对两者加以介绍。1.2.1 MiniARM2200U-1161评估板该评估板由核心 ARM 微控制器加上外围接口和存储扩展电路组成， 带有 76个GPIO口、64 k片内 RAM 、128 k 的片外 RAM 、2 M的NOR FLASH 。除此之外，还有 2个32位定时器、 8路10位A/D 转换器、 PWM 、实时时钟和看门狗等多种功能模块。支持 RS232和RS485通
9、信，也支持 CAN-BUS 总线和以太网，采用 JTAG仿真调试接口，以ADS为集成开环境，便于软件的调试。评估板与音频压缩模块 ET83X432的接口连接如图 3所示。1.2.2 ET44M210 微控制器ET44M210是台湾义统电子股份有限公司设计生产的， 采用 CMOS工艺制造，具有 RISC架构的 8位微控制器。ET44M210具有 16 k 的ROM ，其 RAM 是单字节静态存储器，共 1 321个，全部可以作为寄存器使用。 ET44M210以 ET_USBICE 仿真软件作为开发环境，采用独特的“仿真实验模板”的开发方式，成本低、性能好；其程序设计可以用相应的汇编指令编写，汇编
10、时可以使用宏定义头文件，中断方式统一，智能模块应用程序可以重用，同时也支持 C高级语言编程。2 系统软件流程如图 4和图 5所示，系统的软件设计主要包括基于 ARM 系统的音视频信号综合处理软件、 ET44M210微系统无线接收和高速转发软件、监测服务器的教学评估监测软件。 基于 ARM 系统的音视频信号综合处理软件：一方面将采集到的音视频信息实时存储；另一方面将采集到的音视频信息进行压缩等信号处理；其次，音视频信息经无线发送模块实时传输； ET44M210 微系统无线接收和高速转发软件：将接收到的音视频信息通过 USB接口上传到监测服务器，并通过监测服务器的教学评估监测软件显示和播放出来；
11、监测服务器的教学评估监测软件：不仅建立良好的人机界面，实时监测各个教室的教学情况，而且采用UDP协议，利用校园网，实时地把监测信息发送到其它监测计算机。3 结束语本文设计开发的无线教学评估电子监测系统具有音视频信号采集、无线传输和实时监测的功能，创新性在于不但可以实现音视频的无线传输，而且能够以低成本有效地完成实时监测，可广泛用于电子巡查听课、教师自我评估训练、定时录像以及远程图像调用等场合。如在硬件方面对该系统进行一些改进或增加辅助设备，便可实现多点无干扰教学评估观摩，经授权的教研室、班级通过本室的电脑收看指定班级的授课现场，自如地进行教学观摩和教学评估，如增加报警功能后还可应用于其它的安全监测场合。参考文献1朱仁龙 , 赵俊逸 , 黄勇. 基于 IP 设计的 8 位 Soc 微处理器 ET44M210J. E 科技 , 2005, (5).收稿日期： 2006-03-28。第一作者尹航，男，1982 年生，现为华东理工大学信息科学和工程学院自动化系在读硕士研究生；主要研究方向为检测技术与自动化装置。2