基于單片機的樓宇定時(shí)廣播系統設計

摘 要：通過(guò)分析教學(xué)樓廣播控制系統的實(shí)際應用環(huán)境，提出了一種適合于教學(xué)樓（或公共場(chǎng)所）定時(shí)廣播控制系統的解決方案。此系統采用模塊化設計，以51單片機作為中心控制單元，廣播語(yǔ)音信息采用mp3格式存儲。該系統相對其他定時(shí)廣播系統有著(zhù)較高的穩定性和靈活的操控性。

關(guān)鍵詞：樓宇定時(shí)廣播；單片機；模塊化

1 引 言

樓宇廣播系統在學(xué)校教學(xué)樓的應用非常廣泛，需要每天按時(shí)播放樓宇管理通知、上下課鈴聲、眼保健操背景音樂(lè )等定時(shí)廣播信息。因此要求此廣播系統穩定可靠、音質(zhì)清晰、操作方便。市場(chǎng)上已有的此類(lèi)系統大多是由計算機控制的一套設備，投資大，電能等資源消耗大，如果作為控制中心的計算機遭受病毒攻擊，系統容易崩潰，穩定性差，需要經(jīng)常維護。因此結合教學(xué)樓現有設備條件設計出穩定性好，操控靈活，由集成電路構成的一套定時(shí)廣播系統是十分必要的。

2定時(shí)廣播系統組成

較新的教學(xué)樓其電氣化程度都比較高，一般配有水警、火警檢測及其報警系統，報警終端是分布于各樓層的擴音設備。如有警情發(fā)生，控制中心將報警音頻信號通過(guò)功率放大器送到各樓層的擴音器發(fā)出報警音頻^[1]。在絕大部分情況下，這套報警系統中工作的只是警情檢測這部分，而其功放和擴音器這部分設備都處于閑置狀態(tài)，因此我們可以將這部分功放和擴音設備作為教學(xué)樓廣播系統的外圍設備充分加以利用，如有警情發(fā)生時(shí)不會(huì )妨礙原有報警系統的工作。

除了定時(shí)廣播系統的外圍功放設備，主要的是定時(shí)廣播系統的控制部分，也就是設計定時(shí)廣播系統的控制器，廣播控制器應該將廣播的音頻信號定時(shí)輸出到功放設備。因此整個(gè)定時(shí)廣播系統可分為兩大部分，如圖1所示。

圖1 定時(shí)廣播系統框圖

3定時(shí)廣播系統中心控制器的組成

定時(shí)廣播控制中心主要功能有兩個(gè)：一是定時(shí)功能，為播放定時(shí)廣播設定時(shí)間；二是控制功能，能夠按照所設定的時(shí)間播放相應的廣播信息^[2]，因此系統控制中心部分可分成定時(shí)功能模塊和控制功能模塊兩個(gè)模塊單元進(jìn)行設計。

3.1定時(shí)功能模塊的實(shí)現

此定時(shí)功能模塊利用市場(chǎng)上比較成熟的定時(shí)產(chǎn)品實(shí)現，本系統采用TW837A型定時(shí)器。此定時(shí)器24小時(shí)內任意定時(shí)個(gè)數多達700個(gè)，定時(shí)精度為一分鐘，并且可以無(wú)數次修改定時(shí)時(shí)間。當所定的時(shí)間到達時(shí)，此定時(shí)器的輸出信號線(xiàn)電平狀態(tài)將發(fā)生變化：由0伏上升到12伏，并將保持15到45秒鐘，因此可利用信號線(xiàn)的電平變化來(lái)得到定時(shí)信息。

3.2控制功能模塊的實(shí)現

整個(gè)廣播控制功能模塊由51單片機、定時(shí)廣播信息存儲模塊、驅動(dòng)電路三部分組成。

定時(shí)播放的廣播信息要事先存儲下來(lái)以便定時(shí)播放，考慮教學(xué)樓樓層多，音頻信號傳輸距離長(cháng)，失真比較大，所以對于音頻的質(zhì)量要求比較高。而音頻質(zhì)量的好壞主要體現在音頻信息的存儲格式上，目前以mp3格式存儲的音頻信號質(zhì)量比較理想，因此選擇mp3格式作為廣播信息的存儲格式，播放時(shí)采用mp3解碼芯片將解碼后的語(yǔ)音信息解碼后輸出。

51單片機作為微處理器，其主要功能是根據定時(shí)器提供的定時(shí)信息，同時(shí)根據記錄的定時(shí)次數信息判斷出此時(shí)應該輸出哪一個(gè)廣播信息^[3,4,5]，然后通過(guò)驅動(dòng)電路和多個(gè)繼電器控制mp3解碼芯片將相應的音頻文件解碼^[6]，并將解碼后的音頻數據流通過(guò)功率控制后輸出。

定時(shí)廣播控制中心各功能模塊如圖2所示。

圖2 樓宇廣播系統

4實(shí)際應用中控制中心部分功能模塊設定舉例

系統各功能模塊在實(shí)際工作中，必須嚴格按照一定的工作時(shí)序進(jìn)行工作，為達到這種要求必須對各功能模塊進(jìn)行設定和編程?，F給出本系統的定時(shí)模塊在實(shí)際教學(xué)樓應用中的設定情況。

教學(xué)樓日常的教學(xué)工作安排是上下午各兩節課，每節課90分鐘。下課時(shí)要求播放輕快的下課音樂(lè )鈴聲15秒鐘，上課時(shí)播放15秒鐘的急促音樂(lè )作為上課鈴聲。上下午課結束后播放教學(xué)樓關(guān)燈、關(guān)門(mén)窗管理廣播，然后播放半小時(shí)輕音樂(lè )。要完成上述管理信息的定時(shí)播放，需要對控制中心的各個(gè)功能模塊分別進(jìn)行這樣的設定和編程：對定時(shí)器設定定時(shí)信息，將不同的音頻播放文件存儲在mp3存儲器中，并對單片機編程。

4.1各功能模塊的工作時(shí)序

系統各功能模塊在實(shí)際工作中，必須嚴格按照一定的工作時(shí)序進(jìn)行工作，為達到這種要求必須對在設計時(shí)對各功能模塊進(jìn)行設定和編程，具體設定見(jiàn)表1：

表1 系統各功能模塊工作時(shí)序

1．音樂(lè )文件一：上課音樂(lè )  2．音樂(lè )文件二：下課音樂(lè )  3．音樂(lè )文件三：廣播信息、背景音樂(lè )

4.2控制中心單片機工作流程

廣播控制器主要功能由51單片機完成，51單片機作為控制中心要不間斷的檢測程控定時(shí)器的輸出信號線(xiàn)的電平變化。一旦檢測出定點(diǎn)時(shí)間到達，同時(shí)判斷出在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)應該輸出何種廣播信息，然后向mp3音頻解碼器發(fā)出控制信號，控制mp3解碼器開(kāi)始工作，并選中相應的音頻文件使解碼器開(kāi)始解碼播放，同時(shí)控制輸出音頻的音量由小到大。此控制過(guò)程大約在40秒鐘內完成，這段時(shí)間內51單片機不再檢測定時(shí)器的輸出信號線(xiàn)，過(guò)一分鐘后恢復檢測定時(shí)器的輸出信號線(xiàn)。單片機根據定時(shí)信息選擇播放音頻文件的部分程序流程如圖3所示。

圖3 單片機控制實(shí)現部分流程圖

5結束語(yǔ)

由于篇幅所限，本文只介紹了本系統主要的功能單元組成。此系統與其他類(lèi)似系統相比具有系統結構清晰，各功能模塊獨立性好，系統穩定性高，操控簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)，樓宇管理人員可方便地根據具體需要進(jìn)行相應設定。

此項目成果已成功應用于新教學(xué)樓管理工作中。通過(guò)近一年的應用，系統穩定性高，維護簡(jiǎn)單，投資少、功耗低，幫助教學(xué)樓管理人員高效地完成日常的管理工作。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：在充分利用樓宇現有設備的基礎上，設計了此定時(shí)廣播系統的實(shí)現方案。使樓宇廣播控制系統與樓宇原有的水、火警監測系統有機結合，且互不干擾，樓宇原有設備得到充分利用，節省了設備投資。此種解決方案對絕大多數公共場(chǎng)所的廣播控制系統的實(shí)現具有很好的啟發(fā)意義。

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