校園無(wú)線廣播智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(chǎng)需求及前景預(yù)測(cè)，生產(chǎn)校園教學(xué)無(wú)線廣播設(shè)備具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合智能遠(yuǎn)程控制校園無(wú)線廣播系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹無(wú)線廣播控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
1  新型智能遠(yuǎn)程控制校園無(wú)線廣播系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　智能遠(yuǎn)程控制校園無(wú)線廣播系統(tǒng)是集無(wú)線通信、音響以及數(shù)字技術(shù)為一體的全新校園無(wú)線廣播系統(tǒng)。校園無(wú)線廣播系統(tǒng)采用電話撥號(hào)收發(fā)的雙音多頻DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）通信方式。雙音多頻是一項(xiàng)可靠、成熟的通信技術(shù)，因其提供更高的撥號(hào)速率，迅速取代了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤(pán)式電話機(jī)使用的撥號(hào)脈沖信令。近年來(lái)，DTMF也應(yīng)用于交互式控制系統(tǒng)中，如語(yǔ)言菜單、語(yǔ)言郵件、電話銀行和ATM終端等。DTMF對(duì)傳輸電路的要求低，通過(guò)普通的電話線就可以接收和發(fā)送信號(hào)，傳送的距離遠(yuǎn)，并且有多種型號(hào)的通用雙音頻元器件可供選用。校園無(wú)線廣播系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)采用立體聲無(wú)線調(diào)頻方式。為了避免尋址控制信號(hào)干擾廣播音頻信號(hào)，左聲道為廣播音頻信號(hào)，右聲道為用于接收機(jī)尋址的雙音頻信號(hào)。調(diào)制后的射頻信號(hào)通過(guò)發(fā)射到空間的電磁波傳送到各廣播點(diǎn)的接收機(jī)。接收機(jī)通過(guò)天線接收到射頻信號(hào)后，檢波獲得立體聲兩個(gè)通道的音頻信號(hào)。左聲道廣播音頻信號(hào)送至功放放大；右聲道的雙音頻控制信號(hào)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(hào)編碼，開(kāi)啟或關(guān)閉該接收機(jī)功放部分的電源，以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)/分區(qū)控制各相關(guān)廣播點(diǎn)FM接收機(jī)的功能。智能遠(yuǎn)程控制無(wú)線廣播系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1左側(cè)分別為手動(dòng)按鍵、遠(yuǎn)程通信終端、PC機(jī)，主要用于實(shí)現(xiàn)無(wú)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(hào)。

2  校園廣播系統(tǒng)控制的硬件設(shè)計(jì)
　　智能遠(yuǎn)程控制校園無(wú)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(diǎn)討論無(wú)線廣播的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)又可以分為手動(dòng)按鍵控制、PC上位機(jī)控制、遠(yuǎn)程電話遙控三種方式。整個(gè)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(guò)尋址編碼機(jī)去控制整個(gè)無(wú)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(dòng)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(guò)9200發(fā)送出去。不同控制方法最大的區(qū)別在于：分別通過(guò)手動(dòng)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(duì)整個(gè)無(wú)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(hào)。7289為集輸入鍵盤(pán)和輸出顯示于一身的串行接口芯片，外接手動(dòng)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(hào)，再將此雙音頻信號(hào)通過(guò)發(fā)射機(jī)調(diào)制后發(fā)射到空中，通過(guò)電磁波的傳播到達(dá)各個(gè)接收機(jī)。
2.2 手動(dòng)控制部分
　　手動(dòng)控制部分電路的核心元件為：集鍵盤(pán)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(shí)驅(qū)動(dòng)8 位共陰式數(shù)碼管，各位數(shù)碼顯示管可以獨(dú)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(shí)還可連接多達(dá)64 鍵的鍵盤(pán)矩陣, 鍵盤(pán)控制器內(nèi)含去抖動(dòng)電路。
　　手動(dòng)操作按鍵時(shí)，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(duì)鍵值經(jīng)過(guò)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(guò)操作按鍵最終實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)或分區(qū)的尋址控制。在無(wú)線廣播系統(tǒng)中，廣播點(diǎn)較多的情況下可以在手動(dòng)按鍵面板中設(shè)置多片7289，每片7289均有自己的片選信號(hào)，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(duì)整個(gè)無(wú)線廣播系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)依賴于專用的播控軟件，其主要功能有兩個(gè)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(jì)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(wú)線廣播的內(nèi)容。同時(shí)對(duì)音源節(jié)目管理也非常方便，可以通過(guò)播控軟件進(jìn)行各種播放管理：定時(shí)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(diǎn)或分區(qū)播放時(shí)，PC機(jī)向編碼機(jī)中的單片機(jī)送出相應(yīng)的代碼，通過(guò)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(wú)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(shí)現(xiàn)異地遙控整個(gè)無(wú)線廣播系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以程控交換信號(hào)(DTMF雙音多頻信號(hào)、振鈴信號(hào)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(dòng)電話發(fā)送DTMF雙音多頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)近端無(wú)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(lái)的DTMF信號(hào)后，由專用DTMF接收芯片對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)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(guò)來(lái)的撥號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的操作。首先要進(jìn)行密碼核對(duì)，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(lái)的信息執(zhí)行相應(yīng)的操作(如定點(diǎn)或分組開(kāi)/關(guān)無(wú)線廣播系統(tǒng)有關(guān)接收機(jī)等操作)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)校園無(wú)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(dòng)電路、DTMF解碼電路、中央控制單元。上線電路和驅(qū)動(dòng)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(hào)解碼電路與用戶電話線連通時(shí)，稱系統(tǒng)為上線狀態(tài)；反之，當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路與用戶電話線斷開(kāi)時(shí)，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(shí)，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(shí)的高壓振鈴信號(hào)及線路上其他高壓噪聲對(duì)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路產(chǎn)生危害。驅(qū)動(dòng)電路由繼電器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)中央處理單元確認(rèn)操作密碼正確時(shí)，發(fā)出控制信號(hào)使繼電器得電，進(jìn)而使得遠(yuǎn)端個(gè)人通信設(shè)備送來(lái)的DTMF信號(hào)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(hào)，并對(duì)其進(jìn)行解碼，將解碼后的信號(hào)送至編碼機(jī)中的單片機(jī)。遠(yuǎn)程控制電路部分見(jiàn)圖3。

　　遠(yuǎn)程控制由硬件和軟件共同完成。由圖3可見(jiàn)，當(dāng)遠(yuǎn)端個(gè)人通信設(shè)備撥通校園無(wú)線廣播系統(tǒng)號(hào)碼時(shí)，產(chǎn)生振鈴信號(hào)EXTI，振鈴信號(hào)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(hào)至單片機(jī)。單片機(jī)收到CHECK后，送TONE信號(hào)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，使繼電器得電，觸點(diǎn)閉合，將外部DTMF信號(hào)接通送至DTMF接收芯片CM8870，如圖4所示，此后CM8870開(kāi)始接收DTMF信號(hào)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(hào)，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(diǎn)或分組控制無(wú)線廣播系統(tǒng)有關(guān)接收機(jī)。如果密碼檢驗(yàn)未通過(guò)，單片機(jī)使TONE無(wú)效，相應(yīng)地使繼電器失電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部DTMF無(wú)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(jì)
3.1 PC機(jī)播控軟件
　　對(duì)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(shí)播放管理、曲庫(kù)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(dòng)控制部分軟件主要用于處理從手動(dòng)按鍵面板輸入的尋址控制以及系統(tǒng)定時(shí)控制等信息。遠(yuǎn)程遙控部分軟件主要有鈴流檢測(cè)、密碼確認(rèn)、輸出驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(guò)編碼機(jī)中的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。編碼機(jī)的軟件用匯編語(yǔ)言編制，其功能框圖如圖6所示。

　　主程序?qū)?yīng)于手動(dòng)按鍵控制部分。如果系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)PC機(jī)控制，也沒(méi)有遠(yuǎn)端電話控制的接入，則系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)按鍵控制的狀態(tài)，處理手動(dòng)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?yàn)閱纹瑱C(jī)與PC機(jī)的接口程序，其功能主要是將PC機(jī)送來(lái)的控制要求轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制代碼通過(guò)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(hào)作為單片機(jī)的外部中斷請(qǐng)求信號(hào)。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(wú)誤，則通過(guò)8870進(jìn)一步接收遠(yuǎn)端電話拔號(hào)送過(guò)來(lái)的控制信息，并對(duì)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(wú)線廣播系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)調(diào)試運(yùn)行，效果良好。