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)是學校現(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(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。
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