0 引言
    教育部在大學英語教學改革總體思路中提出：改革現(xiàn)存教學模式，將教師、課本、粉筆、黑板與學生，老師講、學生聽的模式改為以計算機(網(wǎng)絡)、教學軟件、課堂綜合運用的個性化、主動式學習模式。新的《大學英語課程教學要求(試行)》也規(guī)定：注重和強調(diào)以學生為主體，促進個性化學習和自主學習。為了適應新的教學模式，很多高校專門設立了自主學習中心或多媒體教學中心。但是在所進行的自主學習教學實踐過程中卻發(fā)現(xiàn)了一些問題，如學生不能持之以恒，或由于各種原因，最終半途而廢；自主學習流于形式，學生在自主學習過程中玩游戲、上網(wǎng)或做其它事情；自主學習設備故障發(fā)生率高，包括學生主機、顯示器、耳機等電腦外設以及桌、椅。分析其原因，大多數(shù)高校只是在觀念改變和規(guī)章制度上進行監(jiān)控，而相應的規(guī)章制度有不健全或落實不到位的情況，觀念也有不能完全轉變的情況，從而造成了自主學習過程和教師的教學過程缺乏有效監(jiān)控的現(xiàn)象。因此，研究具有監(jiān)控大學英語自主學習學習過程的設備對促進大學英語教學改革的順利實施和有效監(jiān)控有著十分重要的意義。

1 自主學習監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計
    對英語自主學習過程的監(jiān)控主要是實現(xiàn)對各個自主學習教室的音、視頻監(jiān)控。本課題研究的監(jiān)控系統(tǒng)最大可實現(xiàn)32個自主學習教室的監(jiān)控，能夠滿足絕大多數(shù)高校現(xiàn)階段的需求及未來較長時間的系統(tǒng)擴展。本系統(tǒng)的整體方案框圖如圖1所示。

    由圖1可知，整個系統(tǒng)中的視頻采集由攝像頭來完成，音頻采集由MIC來實現(xiàn)，并通過對數(shù)放大來實現(xiàn)音頻信號的放大。由于本系統(tǒng)可以對32個教室進行音視頻監(jiān)控，考慮到采集卡的成本以及顯示的有效性(太多教室同時顯示不便于觀察)，本系統(tǒng)采用同時監(jiān)控4個教室的方案，32個教室進行分時監(jiān)控，同時為了靈活監(jiān)控，系統(tǒng)采用矩陣切換器實現(xiàn)對音視頻的切換選擇和監(jiān)控。經(jīng)選擇后的音視頻信號傳送至音視頻采集卡并在PC機上顯示和播放，本系統(tǒng)選用的是天敏10MOONSMD2040采集卡。同時對音視頻的選擇由上位PC機(控制機)來控制，即發(fā)送控制指令。控制指令通過RS232協(xié)議傳送至系統(tǒng)的主控制器，主控制器接收指令，解析指令并控制相應外設執(zhí)行指令。系統(tǒng)中的外設主要是矩陣切換器和終端控制器。終端控制器主要接收主控制器對云臺、光圈的控制指令以及執(zhí)行控制指令和音頻的采集和放大。

2 電路的設計與實現(xiàn)
2．1 主控制器電路與實現(xiàn)
    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(nèi)，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(xiàn)
    本系統(tǒng)設計的是容量為32路音視頻的監(jiān)控，為簡化設計，及調(diào)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(tài)，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(xiàn)某一路音視頻的同時選通。
2．3 終端控制器電路與實現(xiàn)
    終端控制器主要實現(xiàn)兩方面功能，一是根據(jù)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(xiàn)
    如圖4所示，通過MAX485接收RS485控制總線的控制指令并根據(jù)指令控制繼電器組動作以實現(xiàn)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(diào)節(jié)。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(fā)送的是地址指令，對終端控制器的控制發(fā)送的是數(shù)據(jù)指令。只有當單片機發(fā)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(shù)據(jù)指令，即控制指令。從而實現(xiàn)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(nèi))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(tǒng)采用對數(shù)放大電路進行語音放大，比較清晰地采集到了50m2范圍內(nèi)各個位置的語音信號。設計的對數(shù)放大電路如圖5所示。IC2為運算放大器，系統(tǒng)選用LM358實現(xiàn)二級運算放大。

3 總結
    利用傳感技術和電子技術實現(xiàn)了大學英語自主學習的有效實時監(jiān)控，本系統(tǒng)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(jiān)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(wěn)定性和可靠性等起到了非常重要的作用。