基于單片機(jī)的樓宇定時(shí)廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：通過分析教學(xué)樓廣播控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，提出了一種適合于教學(xué)樓（或公共場所）定時(shí)廣播控制系統(tǒng)的解決方案。此系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，以51單片機(jī)作為中心控制單元，廣播語音信息采用mp3格式存儲。該系統(tǒng)相對其他定時(shí)廣播系統(tǒng)有著較高的穩(wěn)定性和靈活的操控性。
關(guān)鍵詞：樓宇定時(shí)廣播；單片機(jī)；模塊化

1 引 言

樓宇廣播系統(tǒng)在學(xué)校教學(xué)樓的應(yīng)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、眼保健操背景音樂等定時(shí)廣播信息。因此要求此廣播系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、音質(zhì)清晰、操作方便。市場上已有的此類系統(tǒng)大多是由計(jì)算機(jī)控制的一套設(shè)備，投資大，電能等資源消耗大，如果作為控制中心的計(jì)算機(jī)遭受病毒攻擊，系統(tǒng)容易崩潰，穩(wěn)定性差，需要經(jīng)常維護(hù)。因此結(jié)合教學(xué)樓現(xiàn)有設(shè)備條件設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性好，操控靈活，由集成電路構(gòu)成的一套定時(shí)廣播系統(tǒng)是十分必要的。

2定時(shí)廣播系統(tǒng)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(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警終端是分布于各樓層的擴(kuò)音設(shè)備。如有警情發(fā)生，控制中心將報(bào)警音頻信號通過功率放大器送到各樓層的擴(kuò)音器發(fā)出報(bào)警音頻^[1]。在絕大部分情況下，這套報(bào)警系統(tǒng)中工作的只是警情檢測這部分，而其功放和擴(kuò)音器這部分設(shè)備都處于閑置狀態(tài)，因此我們可以將這部分功放和擴(kuò)音設(shè)備作為教學(xué)樓廣播系統(tǒng)的外圍設(shè)備充分加以利用，如有警情發(fā)生時(shí)不會妨礙原有報(bào)警系統(tǒng)的工作。

除了定時(shí)廣播系統(tǒng)的外圍功放設(shè)備，主要的是定時(shí)廣播系統(tǒng)的控制部分，也就是設(shè)計(jì)定時(shí)廣播系統(tǒng)的控制器，廣播控制器應(yīng)該將廣播的音頻信號定時(shí)輸出到功放設(shè)備。因此整個定時(shí)廣播系統(tǒng)可分為兩大部分，如圖1所示。

圖1 定時(shí)廣播系統(tǒng)框圖

3定時(shí)廣播系統(tǒng)中心控制器的組成

定時(shí)廣播控制中心主要功能有兩個：一是定時(shí)功能，為播放定時(shí)廣播設(shè)定時(shí)間；二是控制功能，能夠按照所設(shè)定的時(shí)間播放相應(yīng)的廣播信息^[2]，因此系統(tǒng)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模塊單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1定時(shí)功能模塊的實(shí)現(xiàn)

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

3.2控制功能模塊的實(shí)現(xiàn)

整個廣播控制功能模塊由51單片機(jī)、定時(shí)廣播信息存儲模塊、驅(qū)動電路三部分組成。

定時(shí)播放的廣播信息要事先存儲下來以便定時(shí)播放，考慮教學(xué)樓樓層多，音頻信號傳輸距離長，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(xiàn)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音信息解碼后輸出。

51單片機(jī)作為微處理器，其主要功能是根據(jù)定時(shí)器提供的定時(shí)信息，同時(shí)根據(jù)記錄的定時(shí)次數(shù)信息判斷出此時(shí)應(yīng)該輸出哪一個廣播信息^[3,4,5]，然后通過驅(qū)動電路和多個繼電器控制mp3解碼芯片將相應(yīng)的音頻文件解碼^[6]，并將解碼后的音頻數(shù)據(jù)流通過功率控制后輸出。

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(tǒng)

4實(shí)際應(yīng)用中控制中心部分功能模塊設(shè)定舉例

系統(tǒng)各功能模塊在實(shí)際工作中，必須嚴(yán)格按照一定的工作時(shí)序進(jìn)行工作，為達(dá)到這種要求必須對各功能模塊進(jìn)行設(shè)定和編程。現(xiàn)給出本系統(tǒng)的定時(shí)模塊在實(shí)際教學(xué)樓應(yīng)用中的設(shè)定情況。

教學(xué)樓日常的教學(xué)工作安排是上下午各兩節(jié)課，每節(jié)課90分鐘。下課時(shí)要求播放輕快的下課音樂鈴聲15秒鐘，上課時(shí)播放15秒鐘的急促音樂作為上課鈴聲。上下午課結(jié)束后播放教學(xué)樓關(guān)燈、關(guān)門窗管理廣播，然后播放半小時(shí)輕音樂。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功能模塊分別進(jìn)行這樣的設(shè)定和編程：對定時(shí)器設(shè)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(jī)編程。

4.1各功能模塊的工作時(shí)序

系統(tǒng)各功能模塊在實(shí)際工作中，必須嚴(yán)格按照一定的工作時(shí)序進(jìn)行工作，為達(dá)到這種要求必須對在設(shè)計(jì)時(shí)對各功能模塊進(jìn)行設(shè)定和編程，具體設(shè)定見表1：

表1 系統(tǒng)各功能模塊工作時(shí)序

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

4.2控制中心單片機(jī)工作流程

廣播控制器主要功能由51單片機(jī)完成，51單片機(jī)作為控制中心要不間斷的檢測程控定時(shí)器的輸出信號線的電平變化。一旦檢測出定點(diǎn)時(shí)間到達(dá)，同時(shí)判斷出在這個時(shí)間點(diǎn)應(yīng)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解碼器開始工作，并選中相應(yīng)的音頻文件使解碼器開始解碼播放，同時(shí)控制輸出音頻的音量由小到大。此控制過程大約在40秒鐘內(nèi)完成，這段時(shí)間內(nèi)51單片機(jī)不再檢測定時(shí)器的輸出信號線，過一分鐘后恢復(fù)檢測定時(shí)器的輸出信號線。單片機(jī)根據(jù)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(jī)控制實(shí)現(xiàn)部分流程圖

5結(jié)束語

由于篇幅所限，本文只介紹了本系統(tǒng)主要的功能單元組成。此系統(tǒng)與其他類似系統(tǒng)相比具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，各功能模塊獨(dú)立性好，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，操控簡單、靈活的特點(diǎn)，樓宇管理人員可方便地根據(jù)具體需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。

此項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于新教學(xué)樓管理工作中。通過近一年的應(yīng)用，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，維護(hù)簡單，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(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了此定時(shí)廣播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。使樓宇廣播控制系統(tǒng)與樓宇原有的水、火警監(jiān)測系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，且互不干擾，樓宇原有設(shè)備得到充分利用，節(jié)省了設(shè)備投資。此種解決方案對絕大多數(shù)公共場所的廣播控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有很好的啟發(fā)意義。

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