校园无线广播智能远程控制系统的设计与实现

目前校园广播系统正朝着数字化、网络化、智能化方向发展。根据市场需求及前景预测，生产校园教学无线广播设备具有得天独厚的优势。本文结合智能远程控制校园无线广播系统，重点介绍无线广播控制系统的设计与实现。

1 新型智能远程控制校园无线广播系统简介

智能远程控制校园无线广播系统是集无线通信、音响以及数字技术为一体的全新校园无线广播系统。校园无线广播系统采用电话拨号收发的双音多频DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）通信方式。双音多频是一项可靠、成熟的通信技术，因其提供更高的拨号速率，迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信令。近年来，DTMF也应用于交互式控制系统中，如语言菜单、语言邮件、电话银行和ATM终端等。DTMF对传输电路的要求低，通过普通的电话线就可以接收和发送信号，传送的距离远，并且有多种型号的通用双音频元器件可供选用。校园无线广播系统的发射机采用立体声无线调频方式。为了避免寻址控制信号干扰广播音频信号，左声道为广播音频信号，右声道为用于接收机寻址的双音频信号。调制后的射频信号通过发射到空间的电磁波传送到各广播点的接收机。接收机通过天线接收到射频信号后，检波获得立体声两个通道的音频信号。

左声道广播音频信号送至功放放大；右声道的双音频控制信号送至双音频解码电路解码，得到相应的二进制控制代码。该控制代码送入接收机中的单片机，单片机根据机内设置的机号编码，开启或关闭该接收机功放部分的电源，以实现定点/分区控制各相关广播点FM接收机的功能。智能远程控制无线广播系统框图如图1所示。图1左侧分别为手动按键、远程通信终端、PC机，主要用于实现无线广播系统的控制功能。PC机除具有控制功能外，还可以给系统提供广播音源信号。


2 校园广播系统控制的硬件设计

智能远程控制校园无线广播系统主要包括FM发射机、FM接收机、控制系统以及广播音源四大部分。本文重点讨论无线广播的控制系统。该控制系统又可以分为手动按键控制、PC上位机控制、远程电话遥控三种方式。整个控制系统的关键部件为数字寻址编码机，各种控制手段最终都将通过寻址编码机去控制整个无线广播系统。

2.1 数字编码机

数字编码机的核心元件为单片机AT89C52以及DTMF发送器9200。手动按键控制、电话远程控制以及PC上位机控制，最终都将借助编码机中的单片机将控制信息通过9200发送出去。不同控制方法最大的区别在于：分别通过手动按键、远程通信终端及PC机这些不同的方法和手段将对整个无线广播系统进行控制指令送至单片机。编码机的硬件结构如图2所示。


图2中，8870为DTMF接收芯片，用于接收远程电话的DTMF信号。7289为集输入键盘和输出显示于一身的串行接口芯片，外接手动操作按键。根据不同的控制方法得到的控制代码送至单片机以后，单片机以串行接口的方式将控制代码送给DTMF发送芯片9200。9200根据不同的代码产生相应的双音频信号，再将此双音频信号通过发射机调制后发射到空中，通过电磁波的传播到达各个接收机。

2.2 手动控制部分

手动控制部分电路的核心元件为：集键盘输入和输出显示于一身的集成芯片ZLG7289A。ZLG7289A具有串行接口功能，可同时驱动8 位共阴式数码管，各位数码显示管可以独立控制消隐和闪烁等属性，并且提供循环左移/ 循环右移显示的指令。

ZLG7289A同时还可连接多达64 键的键盘矩阵, 键盘控制器内含去抖动电路。

手动操作按键时，若有键按下，则将键值送入7289芯片内，7289再将键值送到编码机中的单片机，单片机对键值经过处理后，作为控制代码送给编码机中的9200。这样就可以通过操作按键最终实现定点或分区的寻址控制。在无线广播系统中，广播点较多的情况下可以在手动按键面板中设置多片7289，每片7289均有自己的片选信号，以便单片机进行设备选择。

2.3 PC机控制部分

PC机对整个无线广播系统控制的实现依赖于专用的播控软件，其主要功能有两个方面：音源信息的管理以及寻址控制。音源信息方面，可以利用计算机乃至网络的共享资源，添加各种音源信息，极大地丰富无线广播的内容。同时对音源节目管理也非常方便，可以通过播控软件进行各种播放管理：定时播放、循环播放、音源节目的选择等；寻址控制方面，需要定点或分区播放时，PC机向编码机中的单片机送出相应的代码，通过单片机灵活的接口功能，根据代码的不同控制要求，向9200发送相应控制代码，进而达到控制各有关无线广播接收机的目的。PC机与单片机采用串行通信，PC机为上位机，单片机为下位机。

2.4 电话远程控制部分

电话远程控制可以实现异地遥控整个无线广播系统。远程控制系统以程控交换信号(DTMF双音多频信号、振铃信号等)作为系统控制命令，使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号，实现对近端无线广播系统设备的远程控制。

编码机接收到远端电话传来的DTMF信号后，由专用DTMF接收芯片对其进行解码，解码后的信号由单片机进行处理。根据远端通信设备上传送过来的拨号进行相应的操作。首先要进行密码核对，如果密码正确，则可以进一步根据远端通信设备上送来的信息执行相应的操作(如定点或分组开/关无线广播系统有关接收机等操作)，最终实现对校园无线广播系统的远程控制。

远程控制部分电路主要分为上线电路、驱动电路、DTMF解码电路、中央控制单元。上线电路和驱动电路均采用分立元件构建，可以进一步控制产品成本。信号解码电路与用户电话线连通时，称系统为上线状态；反之，当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时，称系统为离线状态。只有在电话远程控制系统工作时，系统才应处于上线状态。这样可以避免用户呼叫系统时的高压振铃信号及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害。驱动电路由继电器实现，当中央处理单元确认操作密码正确时，发出控制信号使继电器得电，进而使得远端个人通信设备送来的DTMF信号可以送至DTMF接收芯片。DTMF接收兼解码器采用CM8870，其作用为接收DTMF信号，并对其进行解码，将解码后的信号送至编码机中的单片机。远程控制电路部分见图3。


远程控制由硬件和软件共同完成。由图3可见，当远端个人通信设备拨通校园无线广播系统号码时，产生振铃信号EXTI，振铃信号整流滤波后，触发光电耦合三极管，管子导通，送出有效的CHECK信号至单片机。单片机收到CHECK后，送TONE信号，启动驱动电路，使继电器得电，触点闭合，将外部DTMF信号接通送至DTMF接收芯片CM8870，如图4所示，此后CM8870开始接收DTMF信号并译码送至单片机，单片机根据事先设定的操作密码进行判断。如果密码正确，则继续发送有效的TONE信号，保持上线状态。

CM8870则继续接收并译码送至单片机，单片机继续接收代码，并依据约定执行相应的操作。例如：根据不同代码定点或分组控制无线广播系统有关接收机。如果密码检验未通过，单片机使TONE无效，相应地使继电器失电，其常开触点断开，外部DTMF无法送至CM8870，系统处于离线状态。


3 校园广播系统控制的软件设计

3.1 PC机播控软件

对应于PC机控制部分，用VB编程，界面友好，操作方便。其功能主要有播放任务管理、即时播放管理、曲库管理和各种设置等模块，如图5所示。


3.2 编码机控制软件
手动控制部分软件主要用于处理从手动按键面板输入的寻址控制以及系统定时控制等信息。远程遥控部分软件主要有铃流检测、密码确认、输出驱动以及进一步处理远程控制指令的功能。PC机控制、手动控制以及电话远程遥控这三种控制手段的控制功能最终都将通过编码机中的单片机来实现。编码机的软件用汇编语言编制，其功能框图如图6所示。


主程序对应于手动按键控制部分。如果系统没有启动PC机控制，也没有远端电话控制的接入，则系统进入手动按键控制的状态，处理手动按键的控制信息。PC机占用单片机的串行口中断，串行口中断服务程序为单片机与PC机的接口程序，其功能主要是将PC机送来的控制要求转变为相应的控制代码通过9200发送出去。远程电话采用外部中断的方式接入，电话呼叫的铃流信号作为单片机的外部中断请求信号。在相应的外部中断服务程序中，单片机需要进行操作权限密码的确认，如果密码无误，则通过8870进一步接收远端电话拔号送过来的控制信息，并对这些控制信息进行相应的处理，使之转变为有关的控制代码。本校园无线广播系统已经通过调试运行，效果良好。