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        基于嵌入式平臺(tái)的碼流切換器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2021-10-21 08:17:54肖建波代作偉
        電視技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        鄭 偉,肖建波,代作偉,石 然,吳 艷

        (貴州廣播電視臺(tái),貴州 貴陽 550025)

        0 引 言

        碼流切換器是廣電行業(yè)的專用設(shè)備,廣泛應(yīng)用在廣電系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。但是由于碼流切換器一般都架設(shè)在設(shè)備機(jī)房,并且沒有配備相應(yīng)的應(yīng)急切換和切換后的報(bào)警裝置,從而導(dǎo)致碼流切換后工作人員并不知曉切換結(jié)果,除非去設(shè)備機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)查看碼流切換狀態(tài),這樣嚴(yán)重影響到安全播出[1-2]。本文設(shè)計(jì)的碼流切換器控制系統(tǒng)能夠解決這一問題,系統(tǒng)能夠在緊急情況下切換主備路碼流,并且發(fā)出語音和聲光報(bào)警提示,能夠有效降低播控值班人員的工作強(qiáng)度,在節(jié)省人力的情況下,提高了安全播出的能力。

        1 系統(tǒng)組成

        該系統(tǒng)以STM32作為信號(hào)處理的核心,周邊模塊包括電源模塊、按鍵指示燈模塊、語音處理模塊、GPI聲光報(bào)警模塊以及看門狗模塊等。STM32接收到來自碼流切換器輸出的RELAY信號(hào)后,改變按鍵指示燈的狀態(tài),從而指示當(dāng)前碼流切換器的主備路輸出狀態(tài),并通過語音播報(bào)來提示工作人員信號(hào)已切換、是否需要人工干預(yù)。同時(shí),工作人員也可以通過操作碼流切換控制器的按鍵輸出GPI信號(hào)來進(jìn)行碼流切換,達(dá)到應(yīng)急切換的目的。語音模塊根據(jù)接收到的不同的控制碼,觸發(fā)不同的語音進(jìn)行播放,同時(shí)RELAY信號(hào)也會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警,從而提示工作人員某個(gè)碼流切換器發(fā)生了碼流切換動(dòng)作[3-4]??撮T狗模塊是為了防止單片機(jī)程序跑飛而專門設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1 所示。

        圖1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

        2 硬件設(shè)計(jì)

        2.1 STM32簡(jiǎn)介

        本文采用的MCU型號(hào)為STM32F103ZET6,該芯片有64 kB SRAM、512 kB FLASH、11個(gè)定時(shí)器、5個(gè)串口和112個(gè)通用IO口。所有IO口均可以映射到16個(gè)外部中斷,幾乎所有IO口均可以容忍 5 V信號(hào)。這些硬件資源完全能夠滿足系統(tǒng)的要求。

        2.2 語音報(bào)警電路

        語音報(bào)警采用WT588D語音芯片。該芯片內(nèi)置DSP高速語音處理器和13位的DA處理器,處理速度快、音質(zhì)好,支持DAC輸出,可加載WAV音頻格式;支持220個(gè)語音地址位,每個(gè)地址最多可加載128段語音;支持按鍵控制、并口控制、一線控制等多種播放控制模式[5]?;趹?yīng)用的要求,系統(tǒng)采用了一線串口的播放模式。語音報(bào)警電路如圖2所示。

        圖2 語音報(bào)警電路原理圖

        2.3 GPI聲光報(bào)警電路

        GPI聲光報(bào)警電路在系統(tǒng)發(fā)出語音報(bào)警的同時(shí),觸發(fā)蜂鳴器和LED燈進(jìn)行同步報(bào)警,從而增強(qiáng)報(bào)警的效果[6]。聲光報(bào)警原理如圖3所示。

        圖3 聲光報(bào)警電路原理圖

        2.4 看門狗電路

        看門狗電路采用DS1232芯片,該芯片是一個(gè)具有看門狗功能的電源監(jiān)測(cè)芯片,穩(wěn)定性好,在電源通斷電、電壓下降和死機(jī)時(shí)都會(huì)輸出一個(gè)復(fù)位脈沖。芯片在工作時(shí),需要不間斷地給引腳7輸入一個(gè)“喂狗”脈沖,這個(gè)脈沖的時(shí)間間隔由引腳2決定,如果脈沖間隔大于引腳2的設(shè)定時(shí)間,芯片將輸出一個(gè)復(fù)位脈沖使MCU復(fù)位[7]。這個(gè)功能可以有效防止MCU系統(tǒng)死機(jī)。系統(tǒng)中引腳2接電源,所以“喂狗”脈沖的時(shí)間間隔必須小于1.2 s??撮T狗電路如圖4所示。

        圖4 看門狗電路原理圖

        3 軟件設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)使用了大量的IO口。IO口所關(guān)聯(lián)的對(duì)象是5 V信號(hào),因此首先要選取可以容忍5 V電平的端口[8]。若聲光報(bào)警和語音報(bào)警同時(shí)觸發(fā),那么就需要通過判斷語音報(bào)警電路的BUSY信號(hào)的電平,然后采用外部中斷的方式來觸發(fā)聲光報(bào)警。圖5為切換控制和語音報(bào)警程序流程圖,圖6為中斷函數(shù)流程圖。

        圖6 中斷函數(shù)流程圖

        4 實(shí)物測(cè)試

        4.1 報(bào)警語音文件

        報(bào)警的語音文件可以采用語音錄制的方式獲得,也可以采用轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換獲得。語音文件通過WT558D語音編譯軟件進(jìn)行編譯。之后將編譯好的文件下載到語音模塊,如圖7所示。

        圖7 語音文件編譯器

        4.2 實(shí)物展示

        碼流切換器控制系統(tǒng)有19個(gè)按鍵,其中8組按鍵分別控制了8臺(tái)碼流切換器,每組按鍵代表所對(duì)應(yīng)碼流切換器的主備路碼流?!癟EST”按鍵用來測(cè)試碼流切換器控制系統(tǒng)是否工作正常,“STOP”按鍵的作用是當(dāng)發(fā)生語音報(bào)警時(shí)可以將停止按鍵按下來停止語音報(bào)警,“LOCK”按鍵的作用是面板鎖,目的是防止誤操作,“LOCK”紅燈亮起時(shí)表示面板按鍵無效,“LOCK”按鍵綠燈亮起時(shí)表示可以進(jìn)行正常的切換控制。該系統(tǒng)的前面板如圖8所示。

        圖8 碼流切換器控制系統(tǒng)前面板

        報(bào)警器的后面板采用DB9的接口與碼流切換器進(jìn)行連接,圖9為報(bào)警器后面板的3個(gè)DB9接口引腳定義。圖10為碼流切換器后面板的Relay、GPI接口原理圖和引腳定義。引腳的Relay1-1、Relay1-2、Relay1-3分別對(duì)應(yīng)碼流切換器Relay1接口的3個(gè)引腳,Relay2-2、Relay2-3對(duì)應(yīng)碼流切換器Relay2接口的2個(gè)引腳。GPI3-IN、GPI4-IN分別對(duì)應(yīng)碼流切換器GPI3、GPI4的Signal引腳。碼流切換器Relay和GPI的含義如圖10 所示。

        圖9 碼流切換器控制系統(tǒng)DB9引腳定義

        圖10 碼流切換器GPI和Relay接口原理和引腳定義

        Relay1的狀態(tài)與按鍵指示燈的狀態(tài)對(duì)應(yīng)。Relay1的1腳閉合代表碼流切換器當(dāng)前是主路碼流輸出,同時(shí)主路的按鍵指示燈亮起;Relay1的3腳閉合代表碼流切換器當(dāng)前是備路碼流輸出,同時(shí)備路的按鍵指示燈亮起。Relay2的2腳和3腳控制語音報(bào)警,當(dāng)碼流切換器切換備路碼流時(shí)觸發(fā)語音報(bào)警和聲光報(bào)警。

        4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        使用該系統(tǒng)進(jìn)行主備路碼流切換操作,驗(yàn)證系統(tǒng)功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,控制面板的指示燈可以正確地指示碼流切換器的當(dāng)前輸出狀態(tài);當(dāng)任一碼流切換器切換備路時(shí),控制面板能夠準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)出語音和聲光報(bào)警提示信息,并且備路的狀態(tài)指示燈亮起;在控制面板進(jìn)行主備路切換時(shí),碼流切換器可以及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行切換動(dòng)作。

        5 結(jié) 語

        本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了ST公司的ARM芯片STM32F103ZET6,其豐富的IO口、定時(shí)器以及外部中斷,大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì),節(jié)約了成本。本系統(tǒng)具有高可靠性和低功耗的特點(diǎn)。系統(tǒng)能夠?qū)Υa流切換器進(jìn)行切換控制,同時(shí)能夠正確指示碼流切換器的輸出狀態(tài),當(dāng)切換備路信號(hào)時(shí)能夠做出準(zhǔn)確及時(shí)的語音報(bào)警提示,從而提高安全播出的能力。與此同時(shí),該系統(tǒng)也可以對(duì)任何可以接收GPI信號(hào)的設(shè)備進(jìn)行切換控制。隨著國家廣播電視總局對(duì)安全播出要求的進(jìn)一步提升,該系統(tǒng)在廣電系統(tǒng)具有更加廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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