基于CATV的智能校園廣播/考試系統(tǒng)的設計

傳統(tǒng)的廣播系統(tǒng)，一般需要由人工定時操作，且只能實現(xiàn)一路廣播，功能少，傳統(tǒng)的打鈴設備，音源單一，聲音刺耳，隨著學校教學改革的不斷深入，這些電教設備已不能滿足學校的要求和發(fā)展，根據(jù)學校的需求，筆者利用電腦多媒體技術和單片機技術，結合catv系統(tǒng)設計出了智能校園廣播/考試系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)多路調(diào)頻廣播，而且可以尋址廣播，控制校園任一廣播終端的功能操作，如廣播開關、聲音調(diào)節(jié)和頻道切換等，同時廣播終端也可以對自己的廣播功能進行操作，其可以通過遙控電腦進行全自動定時廣播，實現(xiàn)打鈴、課間操、課間音樂、年級語言考試等功能。因此，該系統(tǒng)是學?，F(xiàn)代教育“三網(wǎng)”工程的一個較佳選擇。

1 系統(tǒng)組成和各部分功能

智能校園廣播/考試系統(tǒng)的組成如圖1所示，該系統(tǒng)充分利用校驗原來的catv網(wǎng)絡，將各種音源設備的音頻信號通過電視射頻調(diào)制器，調(diào)制成不同頻道的射頻電視信號，與catv信號共纜傳輸?shù)綇V播終端，廣播終端通過多媒體電子調(diào)諧器就欲接收頻道的音頻信號解調(diào)出來，進行功率放大，驅(qū)動喇叭實現(xiàn)廣播。

音源設備包括遙控電腦的聲卡、話筒、dvd、卡座等，用以輸出音源信號，多路前置放大器分別放大各路音源信號，使得達到電視射頻調(diào)制器音頻數(shù)據(jù)所需的電平，電視射頻調(diào)制器將各音源設備輸出的音源信號，分別調(diào)制到不同電視頻道的載波頻率上，調(diào)制器音頻輸入端子接收音頻現(xiàn)象，而視頻輸入端子則懸空不解，整個系統(tǒng)受控于一臺遙控電腦，遙控電腦通過com口發(fā)出控制信號，經(jīng)rs－232/rs－485轉換器轉換成485格式總線信號，傳輸?shù)街悄芸刂破骱蛷V播終端，以實現(xiàn)相應的控制，智能控制器將接收到的遙控電腦控制信號譯碼，控制音源設備的工作狀態(tài)（開啟、關閉、播放等）廣播終端的功能是將音頻信號解調(diào)出來實現(xiàn)廣播，可由遙控電腦和廣播終端分別控制。

2 硬件設計及實現(xiàn)

2.1 智能控制器

智能控制器的作用是將接收的遙控電腦指令轉換成相應的紅外遙控信號，紅外遙控信號具有自學習功能，用以控制音源設備的工作狀態(tài)，智能控制器組成如圖2所示，主控制以單片機ta89c52為核心，紅外遙控信號由一串編碼脈沖經(jīng)過38－40khz的載頻調(diào)制而成，紅外遙控信號的自學習功能則通過測量解調(diào)后編碼脈沖的高電平寬度與低電平寬度，并依脈沖次序?qū)挾葦?shù)據(jù)寫入存儲器來實現(xiàn)，紅外遙控信號的還原只需從存儲器去除已學習存儲數(shù)據(jù)，產(chǎn)生原來的編碼脈沖串，并調(diào)制成紅外信號來實現(xiàn)。

紅外遙控信號自學習時，紅外接收器（sfh506－38）負責將待學習的紅外遙控信號解調(diào)，解調(diào)后的遙控編碼脈沖串直接送入at89c52的into和to腳，由單片機at89c52對各個脈沖的高電平寬度與低電平寬度進行測量，具有i2c總線接口的e2prom芯片at24c64作為存儲器，用來保存遙控編碼脈沖串高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù)，各功能紅外遙控信號e2prom中占用相應的空間。 at89c52通過max3082接收播控電腦指令，將其譯碼轉換成相應的遙控編碼脈沖信號從p1.1輸出，并與p1.0輸出的38khz的載波信號進行“或非”完成調(diào)制，經(jīng)9013驅(qū)動后，由紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外遙控信號，控制音源設備工作狀態(tài)。

2.2 廣播終端

廣播終端硬件原理圖如圖3所示，控制核心為at89c51單片機多媒體電子調(diào)協(xié)器tcl2002mb－2為廣播接收解調(diào)模塊，廣播終端由廣播接收調(diào)節(jié)、聲音控制、功放、按鍵、顯示、存儲、總線驅(qū)動等模塊組成，廣播接收解調(diào)、聲音控制、數(shù)據(jù)存儲都采用i2c總線控制模式，單片機的p1.7定義為sda，p1.6定義為scl。

2.2.1 廣播接收解調(diào)模塊

tcl2002mb－2是tcl公司專為計算機多媒體環(huán)境中的射頻應用而設計的，體積小、結構緊湊、性能穩(wěn)定，可直接從射頻信號解調(diào)出峰值為1v的視頻信號和音頻信號，可解調(diào)的射頻效果覆蓋了全部電視頻道，調(diào)諧和波段切換是通過變成數(shù)字鎖相環(huán)系統(tǒng)完成的，控制信息由i2c總線寫入，在廣播終端中只使用調(diào)諧器的音頻輸出，而視頻輸出不用。

tcl2002mb－2的i2c寫模式如表1所示，而i2c寫控制方式邏輯如表2所示，其中，ma1和mao的取值由調(diào)諧器as引腳電壓決定，通常使as引腳接地，此時ma1mao為00；cp用于設置調(diào)諧速度，通常置cp＝0，調(diào)諧為中速；t2t1t0置為001；rsarsb為調(diào)諧步長設置，通常置為11，調(diào)諧步長為62.5khz，可以正確調(diào)諧到所需頻道；uhf、vh、vl為波段開關，1為關閉，0為打開，n14－70為編程分頻比，可由公式計算得到，frf（pc）為欲接收頻道的圖像載頻，單位為mhz。

各個頻道的編程分頻比和程序一起燒寫固化在單片機rom里， 收聽頻道選擇時，單片機通過差表取出欲接收頻道的編程分頻比，以表1規(guī)約的i2c寫模式寫入調(diào)諧器，進行調(diào)諧，解調(diào)出音頻信號，參考文獻[1]中提出一種按平臺模式設計、適用于80c51系列單片機的虛擬i2c總線軟件包，可依規(guī)約的讀寫模式直接調(diào)用該i2c總線軟件包的數(shù)據(jù)讀寫子程序，對調(diào)諧器和其他i2c總線器件實現(xiàn)操作。

2.2.2 數(shù)字音量、音調(diào)控制與功放模塊

為了實現(xiàn)播控電腦和廣播終端對廣播終端音量和音調(diào)進行控制，系統(tǒng)選用philips的tda 7315雙聲道數(shù)字音頻處理器，tda7315可以實現(xiàn)音量、音調(diào)、聲道均衡控制，所有控制信息由cpu通過i2c總線寫入。

tda7315的寫入模式如表3所示，而i2c寫控制方式邏輯表如表4所示，其中a2a1a0為000時，音量衰減為0db，由000遞增至111時，音量以1.25db步長衰減，b2b1b0為000時，音量衰減為0db，由000遞增至111時，音量以10db步長衰減；l為0時音量打開，為1時靜音；c3c2c1c0為0111時，音調(diào)衰減為0db，由0111遞減至0000時，音調(diào)以2db步長衰減，由0111遞增至1111時，音調(diào)以2db步長遞增。

調(diào)整音量、音調(diào)時，單片機從e2prom讀出當前值，進行增、減運算，再將運算結果以表3規(guī)約的寫模式寫入tda7315實現(xiàn)相應控制。

功放模塊采用tda2030，每路輸出功率可達12w，能滿足大部分廣播終端的要求。

2.2.3 總線驅(qū)動、顯示、接地及地址設置

廣播終端與播控電腦通信使用rs－485規(guī)范，at89c51通過串行口接入rs－485總線，總線驅(qū)動采用max3082，可以掛接256個終端，能滿足大多數(shù)學校的要求。

圖3所示的2位led數(shù)碼管可以顯示收聽頻道、音量、音調(diào)等狀況，默認顯示為當前的收聽頻道，當選擇聲音操作時可顯示當前音量、音調(diào)狀況。顯示電路采用靜態(tài)掃描方式，cd4513為bcd－7段鎖存/譯碼驅(qū)動器，p1.0、p1.1、p1.2、p1.3輸出顯示數(shù)字的bcd碼，p1.4、p1.5產(chǎn)生位輸入鎖存信號。

廣播終端面板的“status”接鍵實現(xiàn)音量、音調(diào)、頻道功能轉換，“up”、“down”按鍵實現(xiàn)音量、音調(diào)、頻道增減，單片機通過判別p2.2的低電平次數(shù)作出相應功能改變，通過判別p2.1、p2.0的低電平作出音量、音調(diào)和頻道的改變， 并將設置值寫入i2c總線式的e2prom（at24c02）中的記憶。

各廣播終端串接在rs－485總線上，播控主機通過多機通信方式與各個廣播終端通信，每個廣播終端都有自己的地址，單片機通過讀dip開關狀態(tài)設定終端的地址。

3 軟件設計

3.1 播控主機軟件

播控電腦的軟件主要由自動播放模塊和控制模塊組成，自動播放模塊包括播放庫與定時播放模塊，播放庫可存放海量的音源文件，音源文件格式為mp3，通過數(shù)據(jù)庫技術可以不斷添加新的mp3格式聲音文件，并歸類；將mp3播放器嵌入定時播放模塊，定時播放模塊可以設定播放時間、播放具體的歌曲，也可以設定播放某類歌曲，啟動聲卡定時播放鈴聲、課間操及課間歇息音樂等；控制模塊完成命令的發(fā)送，包括對廣播終端和廣播設備命令，整套軟件采用面向?qū)ο蟪绦蛟O計方法，使用可視化的編程工具delphi，電腦與其他設備的通信使用控件mscomm，數(shù)據(jù)庫采用sybase系統(tǒng)。

3.2 智能控制器軟件

智能控制軟件的核心為紅外遙控信號自學習模塊和紅外遙控信號發(fā)射模塊，其程序框圖如圖4所示。

在紅外遙控信號自學習時，定時器t0和t1定義為工作方式1，t0的gate位置位，int0外部終端方式置為邊沿觸發(fā)，無紅外信號時，紅外接收器輸出高電平，有紅外信號時，紅外接收器輸出的脈沖串由高電平往低電平跳變，引起int0外部中斷，每次into外部中斷時首先停止定時，記錄t 0、t 1的計數(shù)值（t0的計數(shù)值為脈沖的高電平寬度，而低電平寬度為t1的計數(shù)值減去t0的計數(shù)值），然后t 0、t1計數(shù)值清零，并重新啟動定時，同時將高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù)寫入at24c64中保存，依次逐一測出遙控編碼脈沖串的各個高電平與低點平的寬度，并按次序存放在e2prom中記憶。

在紅外遙控信號發(fā)射時，t0置于工作方式1，按指令查表，依次從e2prom中取出已學習的存儲的高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù)，賦計數(shù)初值給定時器t0并啟動，計數(shù)初值為測量值反碼，通過t0中斷，在p1.1還原出紅外遙控編碼脈沖串。

3.3 廣播終端軟件

廣播終端上電復位后，即進入等待接收控制命令狀態(tài)，命令處理程序框圖如圖5所示。

本系統(tǒng)已獲國家專利，并在兩廣地區(qū)各類學校得到了廣泛應用，由于該系統(tǒng)功能齊全、操作方便，效果良好，深受使用學校的歡迎。