大學英語自主學習監控系統的電路設計與實現

2 電路的設計與實現
2．1 主控制器電路與實現
圖2 主控制器電路示意圖

因為主控制器與矩陣切換器安裝在同一個機柜內，距離很近，所以可以直接通過單片機的I／O口進行控制。為增強驅動能力，在單片機的輸出I／O口加一個反相器CD4069。
2．2 矩陣切換器電路與實現
本系統設計的是容量為32路音視頻的監控，為簡化設計，及調試、安裝、升級等的方便，32路音視頻不在一塊PCB板上處理，而是分成4塊子板，每塊子板處N8路音視頻，實現8路音視頻通道的8選1輸出功能，即4塊子板組成一個矩陣切換器，在同一時間實現32選4輸出功能。每塊子板的電路圖如圖3所示。

在圖3中，J1…J8為繼電器線圈，用雙刀雙擲繼電器J4078實現音視頻的同時切換。J11、J12為跳線插座，該跳線為子板設置地址，當設置的子板地址與主控制器的子板選擇地址(A0、A1、A2)相同時，該子板塊的4099處于工作狀態，這時，再通過主控制器的通道選擇指令(cmd0、cmd1、cmd2)使J1…J8中任一繼電器完成切換動作，實現某一路音視頻的同時選通。
2．3 終端控制器電路與實現
終端控制器主要實現兩方面功能，一是根據主控制器的指令對一體化攝像頭和云臺進行控制，一是采集當前教室的語音信號并進行處理和上傳。
2．3．1 攝像頭和云臺控制電路與實現
如圖4所示，通過MAX485接收RS485控制總線的控制指令并根據指令控制繼電器組動作以實現云臺電機的上、下，左、右旋轉和光圈電機的變焦、拉遠／近、明／暗調節。用芯片MC145027完成單片機指令的解碼，單片機對終端控制器的選擇發送的是地址指令，對終端控制器的控制發送的是數據指令。只有當單片機發送的地址指令與MC145027設置的地址相同時，MC145027才接收單片機的數據指令，即控制指令。從而實現對每個終端的可尋址單獨控制。

2．3．2 語音信號采集與處理
因為要采集教室各個位置(一般在20～50m2范圍內)的語音信號，使用普通的話筒放大電路顯然達不到要求。本系統采用對數放大電路進行語音放大，比較清晰地采集到了50m2范圍內各個位置的語音信號。設計的對數放大電路如圖5所示。IC2為運算放大器，系統選用LM358實現二級運算放大。

3 總結
利用傳感技術和電子技術實現了大學英語自主學習的有效實時監控，本系統設計思路簡單、成本低廉、方便實用。對提高學生自主學習的自覺性，監控自主學習設備和軟件平臺運行情況，防止人為破壞造成的不必要損失，提高設備運行的穩定性和可靠性等起到了非常重要的作用。