基于單片機的樓宇定時廣播系統設計

摘 要：通過分析教學樓廣播控制系統的實際應用環境，提出了一種適合于教學樓（或公共場所）定時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，廣播語音信息采用mp3格式存儲。該系統相對其他定時廣播系統有著較高的穩定性和靈活的操控性。

關鍵詞：樓宇定時廣播；單片機；模塊化

1 引 言

樓宇廣播系統在學校教學樓的應用非常廣泛，需要每天按時播放樓宇管理通知、上下課鈴聲、眼保健操背景音樂等定時廣播信息。因此要求此廣播系統穩定可靠、音質清晰、操作方便。市場上已有的此類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，需要經常維護。因此結合教學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廣播系統是十分必要的。

2定時廣播系統組成

較新的教學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。如有警情發生，控制中心將報警音頻信號通過功率放大器送到各樓層的擴音器發出報警音頻^[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，因此我們可以將這部分功放和擴音設備作為教學樓廣播系統的外圍設備充分加以利用，如有警情發生時不會妨礙原有報警系統的工作。

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

圖1 定時廣播系統框圖

3定時廣播系統中心控制器的組成

定時廣播控制中心主要功能有兩個：一是定時功能，為播放定時廣播設定時間；二是控制功能，能夠按照所設定的時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功能模塊和控制功能模塊兩個模塊單元進行設計。

3.1定時功能模塊的實現

此定時功能模塊利用市場上比較成熟的定時產品實現，本系統采用TW837A型定時器。此定時器24小時內任意定時個數多達700個，定時精度為一分鐘，并且可以無數次修改定時時間。當所定的時間到達時，此定時器的輸出信號線電平狀態將發生變化：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信息。

3.2控制功能模塊的實現

整個廣播控制功能模塊由51單片機、定時廣播信息存儲模塊、驅動電路三部分組成。

定時播放的廣播信息要事先存儲下來以便定時播放，考慮教學樓樓層多，音頻信號傳輸距離長，失真比較大，所以對于音頻的質量要求比較高。而音頻質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單片機作為微處理器，其主要功能是根據定時器提供的定時信息，同時根據記錄的定時次數信息判斷出此時應該輸出哪一個廣播信息^[3,4,5]，然后通過驅動電路和多個繼電器控制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功率控制后輸出。

定時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際工作中，必須嚴格按照一定的工作時序進行工作，為達到這種要求必須對各功能模塊進行設定和編程。現給出本系統的定時模塊在實際教學樓應用中的設定情況。

教學樓日常的教學工作安排是上下午各兩節課，每節課90分鐘。下課時要求播放輕快的下課音樂鈴聲15秒鐘，上課時播放15秒鐘的急促音樂作為上課鈴聲。上下午課結束后播放教學樓關燈、關門窗管理廣播，然后播放半小時輕音樂。要完成上述管理信息的定時播放，需要對控制中心的各個功能模塊分別進行這樣的設定和編程：對定時器設定定時信息，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序

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

表1 系統各功能模塊工作時序

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器的輸出信號線的電平變化。一旦檢測出定點時間到達，同時判斷出在這個時間點應該輸出何種廣播信息，然后向mp3音頻解碼器發出控制信號，控制mp3解碼器開始工作，并選中相應的音頻文件使解碼器開始解碼播放，同時控制輸出音頻的音量由小到大。此控制過程大約在40秒鐘內完成，這段時間內51單片機不再檢測定時器的輸出信號線，過一分鐘后恢復檢測定時器的輸出信號線。單片機根據定時信息選擇播放音頻文件的部分程序流程如圖3所示。

圖3 單片機控制實現部分流程圖

5結束語

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，操控簡單、靈活的特點，樓宇管理人員可方便地根據具體需要進行相應設定。

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

本文作者創新點：在充分利用樓宇現有設備的基礎上，設計了此定時廣播系統的實現方案。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所的廣播控制系統的實現具有很好的啟發意義。

參考文獻

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