新农村建设红外遥控无线广播音量控制模块设计

[导读]摘要:以搭建的湖南农业农村信息化乡村广播项目为基础,利用红外遥控与亚音频率通信技术设计了一款基于STC单片机的无线广播控制设备。此设备由手持红外发射、红外接收、音量控制、系统处理、存储、蜂鸣器、音频输入输出接口及亚音信号输入接口等硬件单元组成,可通过C语言编程。该设备具有操作简单、易于扩展及智能音量记忆、控制形式多样等特点。

引言

近年来,嵌入式系统在通讯产业及工业生产中大显身手,其日常应用越来越广泛,其中技术的广泛应用就是很好的示例。由于红外线的波长远小于无线电的波长,在采用红外遥控方式时,不会对其他电器造成干扰,也不会影响临近的无线电设备的正常工作,而且它的工作电压低、功耗小、外围电路简单;同时由于人耳听不到亚音,因此可以在声音信号中注入亚音音频信息,在接收端检测这个音频信号,可对相应设备进行控制操作。根据以上原理,以为核心,笔者设计了一款针对湖南农业农村信息化乡村广播项目的乡村无线广播音量控制模块,适应湖南新农村建设的需要。

1背景介绍

国家农业农村信息化综合服务平台建设是由湖南省科技厅牵头组织,由湖南农业大学牵头,由相应科研院所及相关企业围绕三网融合解决农村民生这一重大主题参与实施。湖南省广电局也是相应参与单位,主要负责湖南广大农村地区的广播信息通道建设,其广播系统终端扩音器安装在农村环境中,主要采用无线电技术相连,村与村、乡与乡需要进行信息隔离,而且农村住房分布不规范、地形变化差异大、扩音器安装高等因素都影响扩音器广播的质量,如声音的音量、音质等,因此需要在每个扩音器上安装音量控制模块,通过红外遥控调节单个扩音器的音量,使其满足此扩音器周围用户对广播音量的要求;同时每个村庄广播信息内容有差异,村干部宣传内容也不同,也需要对扩音器进行选择控制。

2设计思路

根据以上需求,设计的乡村无线广播音量控制模块主要由电源单元、手持红夕卜发射单元、红外接收单元、音量控制单元、处理单元、存储单元、蜂鸣器单元、音频输入输出接口及亚音信号输入接口等组成。其中手持控制遥控器采用MP3红外遥控器作为红外音量控制模块,接收单元采用HX1838集成红外接收头,采用STC11F02E单片机作为整个模块的控制和存储中心,音量控制单元由音量控制芯片M62429负责音频信号衰减控制,蜂鸣器采用普通有源蜂鸣器,其他接口采用接线座的方式方便模块与广播系统电路对接。其工作流程图如图1所示。

新农村建设红外遥控无线广播音量控制模块设计

首先手持红外遥控器采用NEC编码发射一组相应按键的红外遥控数据信号,红外接收单元接收该信号并解调至处理单元进行解码处理,处理单元将分析出的按键信息转化为一组串行的音量大小控制指令,存储在处理单元的EEPROM存储区中,便于下次开机时恢复系统关机前的音量大小,并将该控制指令发送到数字音量控制单元以达到控制音量的目的,同时控制蜂鸣器发出短暂蜂鸣,同时还可对输入亚音信号频率与预设频率进行对比,控制音量控制单元是否开启音量或单独控制模式。

3系统实现

3.1硬件设计

整个硬件的总体设计电路如图2所示。其主要组成单元如下:

新农村建设红外遥控无线广播音量控制模块设计

(1)电路电源

电源单元由开关、电源指示灯和稳压电容组成,输入为5V直流电。电源电路主要由开关、稳压电容C4和电源指示灯D1构成。电源为整个模块提供稳定的电能,LED指示灯方便操作员直观的查看模块的供电状态,如图3所示。

(2)单片机最小系统电路

STC11F02E最小系统构成了模块处理控制单元,最小系统由STC单片机、外部晶振电路和复位电路构成,如图4所示。

新农村建设红外遥控无线广播音量控制模块设计

M62429音频控制电路

由于STC11F02E真正的串口已用于其他用途,M62429的4脚(DATA)连至STC11F02E的P1.3,M62429的5脚(CLOCK)连到STC11F02E的P1.2。由这两个引脚(P1.3,1.)作为模拟串口与M62429通信,控制音量的数据便由这个模拟串口发出。其中M62429的3脚接地,6脚接5V直流电源。

双声道音频信号从VIN1和VIN2输入,通过电容C6、C7耦合到M62429的1、8引脚,输出到后级进行放大控制,被控制之后从2、7脚输出,分别经过C5、C8耦合输出。

在VIN1、VIN2处输入合适的音源,从VOUT1、VOUT2接上扩音设备就可以监听音量控制的情况。整个过程如图5所示。

(4)蜂鸣器电路

蜂鸣器由一个三极管驱动,通过电阻R3接单片机P3勺脚,当P3勺为高电位时,蜂鸣器不工作,为低电位时蜂鸣器发出响声,如图6所示。

新农村建设红外遥控无线广播音量控制模块设计

(5)红外发射单元

红外遥控器由3V纽扣电池供电,电池型号为CR2025。本发射单元采用常见的车载MP3遥控器,型号为HS-021,该型号遥控器小巧,能耗低,内部采用日本NEC的UPD6121G芯片组成发射电路,遥控采用目前国际通用的NEC编码方式。

(6)亚音信号输入接口

亚音输入接口为普通接线脚座。通过外部电路解调出的亚音,经过滤波整形,转换为单片机可执行波形,从亚音信号输入接口输入,最终输入到处理单元中进行对比,如果与预设的亚音频率不一致,则模块处理控制单元就会发出指令控制音量控制单元执行相应动作,将输入信号衰减为0,此时音频输出接口无音频信号输出。

亚音主要功能是在操作员未到现场的情况下,通过音频发送口发送人耳听不到的亚音信号,各个终端通过模块处理控制扩音器的开关;同时操作员也可在音频信号发送点直接分点分区控制各个终端是否开启扩音器。亚音功能的使用提高了农村广播系统提供服务的灵活性。

(7)处理控制单元和存储单元

处理单元和存储单元采用STC公司生产的STC11F02E单片机,STC11F02E支持在线编写调试,可擦写10万次以上,而且成本低、性能好、耗能少、强抗干扰等。

模块使用单片机内部提供EEPROM存储空间2KB作为存储单元,可用于模块每次调节后音量大小数据的记忆,在广播重启时再次调出上次音量数据,无需再次调节。

(8)音频输入输出接口

本接口采用脚距为2.0mm,XH-3P接线座,使整个模块能很好安装在乡村无线广播系统终端扩音器上工作。

3.2软件设计

模块处理控制单元控制程序主要采用KeilC51开发,使用STC公司提供的烧录软件将程序载入单片机中。整个模块设计流程如图7所示。

新农村建设红外遥控无线广播音量控制模块设计

主要核心代码如下:

voidISP_IAP_enable(void)//打开ISP,IAP功能

{EA=0;/*关中断*/

ISP_CONTR=ISP_CONTR&0x18;/*0001,1000*/

ISP_CONTR=ISP_CONTR|WaitTime;/*写入硬件延时*/

ISP_CONTR=ISP_CONTR|0x80;/*ISPEN=1*/

}

voidISP_IAP_disable(void)//关闭ISP,IAP功能

{ISP_CONTR=ISP_CONTR&0x7f;/*ISPEN=0*/

ISP_TRIG=0x00;

EA=1;/*开中断*/

}

voidISPgoon(void)//公用的触发代码

{ISP_IAP_enable();/*打开ISP,IAP功能*/ISP_TRIG=0x46;/*触发ISP_IAP命令字节1*/ISP_TRIG=0xb9;/*触发ISP_IAP命令字节2*/_nop_();

}

4结语

本文针对湖南省新农村建设中农村广播信息通道建设任务,利用红外遥控与亚音频率通信技术优化设计一款基于无线广播控制系统。和传统的无线广播方案相比,本系统特点是操作简单、实时交互强、费用较低、易于扩展及智能音量记忆、控制形式多样等特点。本产品现已在湖南省新农村广播信息通道建设中得到应用。

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