基于单片机的楼宇定时广播系统设计

摘 要：通过分析教学楼广播控制系统的实际应用环境，提出了一种适合于教学楼（或公共场所）定时广播控制系统的解决方案。此系统采用模块化设计，以51单片机作为中心控制单元，广播语音信息采用mp3格式存储。该系统相对其他定时广播系统有着较高的稳定性和灵活的操控性。

关键词：楼宇定时广播；单片机；模块化

1 引 言

楼宇广播系统在学校教学楼的应用非常广泛，需要每天按时播放楼宇管理通知、上下课铃声、眼保健操背景音乐等定时广播信息。因此要求此广播系统稳定可靠、音质清晰、操作方便。市场上已有的此类系统大多是由计算机控制的一套设备，投资大，电能等资源消耗大，如果作为控制中心的计算机遭受病毒攻击，系统容易崩溃，稳定性差，需要经常维护。因此结合教学楼现有设备条件设计出稳定性好，操控灵活，由集成电路构成的一套定时广播系统是十分必要的。

2定时广播系统组成

较新的教学楼其电气化程度都比较高，一般配有水警、火警检测及其报警系统，报警终端是分布于各楼层的扩音设备。如有警情发生，控制中心将报警音频信号通过功率放大器送到各楼层的扩音器发出报警音频^[1]。在绝大部分情况下，这套报警系统中工作的只是警情检测这部分，而其功放和扩音器这部分设备都处于闲置状态，因此我们可以将这部分功放和扩音设备作为教学楼广播系统的外围设备充分加以利用，如有警情发生时不会妨碍原有报警系统的工作。

除了定时广播系统的外围功放设备，主要的是定时广播系统的控制部分，也就是设计定时广播系统的控制器，广播控制器应该将广播的音频信号定时输出到功放设备。因此整个定时广播系统可分为两大部分，如图1所示。

图1 定时广播系统框图

3定时广播系统中心控制器的组成

定时广播控制中心主要功能有两个：一是定时功能，为播放定时广播设定时间；二是控制功能，能够按照所设定的时间播放相应的广播信息^[2]，因此系统控制中心部分可分成定时功能模块和控制功能模块两个模块单元进行设计。

3.1定时功能模块的实现

此定时功能模块利用市场上比较成熟的定时产品实现，本系统采用TW837A型定时器。此定时器24小时内任意定时个数多达700个，定时精度为一分钟，并且可以无数次修改定时时间。当所定的时间到达时，此定时器的输出信号线电平状态将发生变化：由0伏上升到12伏，并将保持15到45秒钟，因此可利用信号线的电平变化来得到定时信息。

3.2控制功能模块的实现

整个广播控制功能模块由51单片机、定时广播信息存储模块、驱动电路三部分组成。

定时播放的广播信息要事先存储下来以便定时播放，考虑教学楼楼层多，音频信号传输距离长，失真比较大，所以对于音频的质量要求比较高。而音频质量的好坏主要体现在音频信息的存储格式上，目前以mp3格式存储的音频信号质量比较理想，因此选择mp3格式作为广播信息的存储格式，播放时采用mp3解码芯片将解码后的语音信息解码后输出。

51单片机作为微处理器，其主要功能是根据定时器提供的定时信息，同时根据记录的定时次数信息判断出此时应该输出哪一个广播信息^[3,4,5]，然后通过驱动电路和多个继电器控制mp3解码芯片将相应的音频文件解码^[6]，并将解码后的音频数据流通过功率控制后输出。

定时广播控制中心各功能模块如图2所示。

图2 楼宇广播系统

4实际应用中控制中心部分功能模块设定举例

系统各功能模块在实际工作中，必须严格按照一定的工作时序进行工作，为达到这种要求必须对各功能模块进行设定和编程。现给出本系统的定时模块在实际教学楼应用中的设定情况。

教学楼日常的教学工作安排是上下午各两节课，每节课90分钟。下课时要求播放轻快的下课音乐铃声15秒钟，上课时播放15秒钟的急促音乐作为上课铃声。上下午课结束后播放教学楼关灯、关门窗管理广播，然后播放半小时轻音乐。要完成上述管理信息的定时播放，需要对控制中心的各个功能模块分别进行这样的设定和编程：对定时器设定定时信息，将不同的音频播放文件存储在mp3存储器中，并对单片机编程。

4.1各功能模块的工作时序

系统各功能模块在实际工作中，必须严格按照一定的工作时序进行工作，为达到这种要求必须对在设计时对各功能模块进行设定和编程，具体设定见表1：

表1 系统各功能模块工作时序

1．音乐文件一：上课音乐  2．音乐文件二：下课音乐  3．音乐文件三：广播信息、背景音乐

4.2控制中心单片机工作流程

广播控制器主要功能由51单片机完成，51单片机作为控制中心要不间断的检测程控定时器的输出信号线的电平变化。一旦检测出定点时间到达，同时判断出在这个时间点应该输出何种广播信息，然后向mp3音频解码器发出控制信号，控制mp3解码器开始工作，并选中相应的音频文件使解码器开始解码播放，同时控制输出音频的音量由小到大。此控制过程大约在40秒钟内完成，这段时间内51单片机不再检测定时器的输出信号线，过一分钟后恢复检测定时器的输出信号线。单片机根据定时信息选择播放音频文件的部分程序流程如图3所示。

图3 单片机控制实现部分流程图

5结束语

由于篇幅所限，本文只介绍了本系统主要的功能单元组成。此系统与其他类似系统相比具有系统结构清晰，各功能模块独立性好，系统稳定性高，操控简单、灵活的特点，楼宇管理人员可方便地根据具体需要进行相应设定。

此项目成果已成功应用于新教学楼管理工作中。通过近一年的应用，系统稳定性高，维护简单，投资少、功耗低，帮助教学楼管理人员高效地完成日常的管理工作。

本文作者创新点：在充分利用楼宇现有设备的基础上，设计了此定时广播系统的实现方案。使楼宇广播控制系统与楼宇原有的水、火警监测系统有机结合，且互不干扰，楼宇原有设备得到充分利用，节省了设备投资。此种解决方案对绝大多数公共场所的广播控制系统的实现具有很好的启发意义。

参考文献

[1] 齐伟钢，史燕．基于微控制器的智能楼宇防盗报警系统[J]．微计算机信息，2004，（3）：120-121
[2] 钟晓峰，等．无线自组织网络中的广播策略优化[J]．计算机应用研究，2005，22（6）：187-188
[3] 肖洪兵，胡辉，郭速学．跟我学用单片机[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002
[4] 张毅刚，等．单片机应用设计[M]．2版．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997
[5] 李密，吕钊．一种由单片机实现的远程控制系统设计[J]．微计算机信息，2003，19（8）：46-47
[6] 康华光．电子技术基础（数字部分、模拟部分）[M]．北京：高等教育出版社，2000