校園無線廣播智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

目前校園廣播系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。根據(jù)市場需求及前景預(yù)測，生產(chǎn)校園教學(xué)無線廣播設(shè)備具有得天獨厚的優(yōu)勢。本文結(jié)合智能遠(yuǎn)程控制校園無線廣播系統(tǒng)，重點介紹無線廣播控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

1? 新型智能遠(yuǎn)程控制校園無線廣播系統(tǒng)簡介

智能遠(yuǎn)程控制校園無線廣播系統(tǒng)是集無線通信、音響以及數(shù)字技術(shù)為一體的全新校園無線廣播系統(tǒng)。校園無線廣播系統(tǒng)采用電話撥號收發(fā)的雙音多頻DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）通信方式。雙音多頻是一項可靠、成熟的通信技術(shù)，因其提供更高的撥號速率，迅速取代了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤式電話機(jī)使用的撥號脈沖信令。近年來，DTMF也應(yīng)用于交互式控制系統(tǒng)中，如語言菜單、語言郵件、電話銀行和ATM終端等。DTMF對傳輸電路的要求低，通過普通的電話線就可以接收和發(fā)送信號，傳送的距離遠(yuǎn)，并且有多種型號的通用雙音頻元器件可供選用。校園無線廣播系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)采用立體聲無線調(diào)頻方式。為了避免尋址控制信號干擾廣播音頻信號，左聲道為廣播音頻信號，右聲道為用于接收機(jī)尋址的雙音頻信號。調(diào)制后的射頻信號通過發(fā)射到空間的電磁波傳送到各廣播點的接收機(jī)。接收機(jī)通過天線接收到射頻信號后，檢波獲得立體聲兩個通道的音頻信號。左聲道廣播音頻信號送至功放放大；右聲道的雙音頻控制信號送至雙音頻解碼電路解碼，得到相應(yīng)的二進(jìn)制控制代碼。該控制代碼送入接收機(jī)中的單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)機(jī)內(nèi)設(shè)置的機(jī)號編碼，開啟或關(guān)閉該接收機(jī)功放部分的電源，以實現(xiàn)定點/分區(qū)控制各相關(guān)廣播點FM接收機(jī)的功能。智能遠(yuǎn)程控制無線廣播系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1左側(cè)分別為手動按鍵、遠(yuǎn)程通信終端、PC機(jī)，主要用于實現(xiàn)無線廣播系統(tǒng)的控制功能。PC機(jī)除具有控制功能外，還可以給系統(tǒng)提供廣播音源信號。

2? 校園廣播系統(tǒng)控制的硬件設(shè)計

智能遠(yuǎn)程控制校園無線廣播系統(tǒng)主要包括FM發(fā)射機(jī)、FM接收機(jī)、控制系統(tǒng)以及廣播音源四大部分。本文重點討論無線廣播的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)又可以分為手動按鍵控制、PC上位機(jī)控制、遠(yuǎn)程電話遙控三種方式。整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為數(shù)字尋址編碼機(jī)，各種控制手段最終都將通過尋址編碼機(jī)去控制整個無線廣播系統(tǒng)。

2.1 數(shù)字編碼機(jī)

數(shù)字編碼機(jī)的核心元件為單片機(jī)AT89C52以及DTMF發(fā)送器9200。手動按鍵控制、電話遠(yuǎn)程控制以及PC上位機(jī)控制，最終都將借助編碼機(jī)中的單片機(jī)將控制信息通過9200發(fā)送出去。不同控制方法最大的區(qū)別在于：分別通過手動按鍵、遠(yuǎn)程通信終端及PC機(jī)這些不同的方法和手段將對整個無線廣播系統(tǒng)進(jìn)行控制指令送至單片機(jī)。編碼機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中，8870為DTMF接收芯片，用于接收遠(yuǎn)程電話的DTMF信號。7289為集輸入鍵盤和輸出顯示于一身的串行接口芯片，外接手動操作按鍵。根據(jù)不同的控制方法得到的控制代碼送至單片機(jī)以后，單片機(jī)以串行接口的方式將控制代碼送給DTMF發(fā)送芯片9200。9200根據(jù)不同的代碼產(chǎn)生相應(yīng)的雙音頻信號，再將此雙音頻信號通過發(fā)射機(jī)調(diào)制后發(fā)射到空中，通過電磁波的傳播到達(dá)各個接收機(jī)。

2.2 手動控制部分

手動控制部分電路的核心元件為：集鍵盤輸入和輸出顯示于一身的集成芯片ZLG7289A。ZLG7289A具有串行接口功能，可同時驅(qū)動8 位共陰式數(shù)碼管，各位數(shù)碼顯示管可以獨立控制消隱和閃爍等屬性，并且提供循環(huán)左移/ 循環(huán)右移顯示的指令。ZLG7289A同時還可連接多達(dá)64 鍵的鍵盤矩陣, 鍵盤控制器內(nèi)含去抖動電路。

手動操作按鍵時，若有鍵按下，則將鍵值送入7289芯片內(nèi)，7289再將鍵值送到編碼機(jī)中的單片機(jī)，單片機(jī)對鍵值經(jīng)過處理后，作為控制代碼送給編碼機(jī)中的9200。這樣就可以通過操作按鍵最終實現(xiàn)定點或分區(qū)的尋址控制。在無線廣播系統(tǒng)中，廣播點較多的情況下可以在手動按鍵面板中設(shè)置多片7289，每片7289均有自己的片選信號，以便單片機(jī)進(jìn)行設(shè)備選擇。

2.3 PC機(jī)控制部分

PC機(jī)對整個無線廣播系統(tǒng)控制的實現(xiàn)依賴于專用的播控軟件，其主要功能有兩個方面：音源信息的管理以及尋址控制。音源信息方面，可以利用計算機(jī)乃至網(wǎng)絡(luò)的共享資源，添加各種音源信息，極大地豐富無線廣播的內(nèi)容。同時對音源節(jié)目管理也非常方便，可以通過播控軟件進(jìn)行各種播放管理：定時播放、循環(huán)播放、音源節(jié)目的選擇等；尋址控制方面，需要定點或分區(qū)播放時，PC機(jī)向編碼機(jī)中的單片機(jī)送出相應(yīng)的代碼，通過單片機(jī)靈活的接口功能，根據(jù)代碼的不同控制要求，向9200發(fā)送相應(yīng)控制代碼，進(jìn)而達(dá)到控制各有關(guān)無線廣播接收機(jī)的目的。PC機(jī)與單片機(jī)采用串行通信，PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)。

2.4 電話遠(yuǎn)程控制部分

電話遠(yuǎn)程控制可以實現(xiàn)異地遙控整個無線廣播系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以程控交換信號(DTMF雙音多頻信號、振鈴信號等)作為系統(tǒng)控制命令，使用戶可以在遠(yuǎn)端利用固定電話或移動電話發(fā)送DTMF雙音多頻信號，實現(xiàn)對近端無線廣播系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

編碼機(jī)接收到遠(yuǎn)端電話傳來的DTMF信號后，由專用DTMF接收芯片對其進(jìn)行解碼，解碼后的信號由單片機(jī)進(jìn)行處理。根據(jù)遠(yuǎn)端通信設(shè)備上傳送過來的撥號進(jìn)行相應(yīng)的操作。首先要進(jìn)行密碼核對，如果密碼正確，則可以進(jìn)一步根據(jù)遠(yuǎn)端通信設(shè)備上送來的信息執(zhí)行相應(yīng)的操作(如定點或分組開/關(guān)無線廣播系統(tǒng)有關(guān)接收機(jī)等操作)，最終實現(xiàn)對校園無線廣播系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

遠(yuǎn)程控制部分電路主要分為上線電路、驅(qū)動電路、DTMF解碼電路、中央控制單元。上線電路和驅(qū)動電路均采用分立元件構(gòu)建，可以進(jìn)一步控制產(chǎn)品成本。信號解碼電路與用戶電話線連通時，稱系統(tǒng)為上線狀態(tài)；反之，當(dāng)DTMF信號解碼電路及語音提示電路與用戶電話線斷開時，稱系統(tǒng)為離線狀態(tài)。只有在電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作時，系統(tǒng)才應(yīng)處于上線狀態(tài)。這樣可以避免用戶呼叫系統(tǒng)時的高壓振鈴信號及線路上其他高壓噪聲對DTMF信號解碼電路及語音提示電路產(chǎn)生危害。驅(qū)動電路由繼電器實現(xiàn)，當(dāng)中央處理單元確認(rèn)操作密碼正確時，發(fā)出控制信號使繼電器得電，進(jìn)而使得遠(yuǎn)端個人通信設(shè)備送來的DTMF信號可以送至DTMF接收芯片。DTMF接收兼解碼器采用CM8870，其作用為接收DTMF信號，并對其進(jìn)行解碼，將解碼后的信號送至編碼機(jī)中的單片機(jī)。遠(yuǎn)程控制電路部分見圖3。

遠(yuǎn)程控制由硬件和軟件共同完成。由圖3可見，當(dāng)遠(yuǎn)端個人通信設(shè)備撥通校園無線廣播系統(tǒng)號碼時，產(chǎn)生振鈴信號EXTI，振鈴信號整流濾波后，觸發(fā)光電耦合三極管，管子導(dǎo)通，送出有效的CHECK信號至單片機(jī)。單片機(jī)收到CHECK后，送TONE信號，啟動驅(qū)動電路，使繼電器得電，觸點閉合，將外部DTMF信號接通送至DTMF接收芯片CM8870，如圖4所示，此后CM8870開始接收DTMF信號并譯碼送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)事先設(shè)定的操作密碼進(jìn)行判斷。如果密碼正確，則繼續(xù)發(fā)送有效的TONE信號，保持上線狀態(tài)。CM8870則繼續(xù)接收并譯碼送至單片機(jī)，單片機(jī)繼續(xù)接收代碼，并依據(jù)約定執(zhí)行相應(yīng)的操作。例如：根據(jù)不同代碼定點或分組控制無線廣播系統(tǒng)有關(guān)接收機(jī)。如果密碼檢驗未通過，單片機(jī)使TONE無效，相應(yīng)地使繼電器失電，其常開觸點斷開，外部DTMF無法送至CM8870，系統(tǒng)處于離線狀態(tài)。

3? 校園廣播系統(tǒng)控制的軟件設(shè)計

3.1 PC機(jī)播控軟件

對應(yīng)于PC機(jī)控制部分，用VB編程，界面友好，操作方便。其功能主要有播放任務(wù)管理、即時播放管理、曲庫管理和各種設(shè)置等模塊，如圖5所示。

3.2 編碼機(jī)控制軟件

手動控制部分軟件主要用于處理從手動按鍵面板輸入的尋址控制以及系統(tǒng)定時控制等信息。遠(yuǎn)程遙控部分軟件主要有鈴流檢測、密碼確認(rèn)、輸出驅(qū)動以及進(jìn)一步處理遠(yuǎn)程控制指令的功能。PC機(jī)控制、手動控制以及電話遠(yuǎn)程遙控這三種控制手段的控制功能最終都將通過編碼機(jī)中的單片機(jī)來實現(xiàn)。編碼機(jī)的軟件用匯編語言編制，其功能框圖如圖6所示。

主程序?qū)?yīng)于手動按鍵控制部分。如果系統(tǒng)沒有啟動PC機(jī)控制，也沒有遠(yuǎn)端電話控制的接入，則系統(tǒng)進(jìn)入手動按鍵控制的狀態(tài)，處理手動按鍵的控制信息。PC機(jī)占用單片機(jī)的串行口中斷，串行口中斷服務(wù)程序為單片機(jī)與PC機(jī)的接口程序，其功能主要是將PC機(jī)送來的控制要求轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制代碼通過9200發(fā)送出去。遠(yuǎn)程電話采用外部中斷的方式接入，電話呼叫的鈴流信號作為單片機(jī)的外部中斷請求信號。在相應(yīng)的外部中斷服務(wù)程序中，單片機(jī)需要進(jìn)行操作權(quán)限密碼的確認(rèn)，如果密碼無誤，則通過8870進(jìn)一步接收遠(yuǎn)端電話拔號送過來的控制信息，并對這些控制信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橛嘘P(guān)的控制代碼。本校園無線廣播系統(tǒng)已經(jīng)通過調(diào)試運行，效果良好。