摘 要" 傳統(tǒng)模擬廣播管理功能單一，如對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化控制，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播功能。對(duì)模擬廣播進(jìn)行數(shù)字化控制的系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分：軟件由電腦運(yùn)行，用于對(duì)硬件進(jìn)行控制；硬件主要由控制電路和繼電器組成，通過程序編組控制繼電器吸合、斷開，便可增加自動(dòng)播放音樂鈴、單個(gè)班級(jí)廣播、對(duì)講和任意組合廣播等功能。

關(guān)鍵詞" 校園廣播；模擬廣播；數(shù)字化控制；智能廣播

中圖分類號(hào)：G483" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）23-0049-08

0" 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，自動(dòng)化技術(shù)愈發(fā)成熟，尤其是依靠其內(nèi)部的控制電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品控制的電子類產(chǎn)品發(fā)展迅速。長期以來，可編程作息時(shí)間控制器與人們的生活密切相關(guān)，因此，其研究與開發(fā)顯得十分重要[1]。校園廣播在中小學(xué)校教務(wù)管理中起著非常重要的作用，因其穩(wěn)定的產(chǎn)品性能、簡單的操作流程、方便的施工、響亮的聲音、節(jié)能省電，一直深受人們喜愛，被廣泛應(yīng)用在大中專院校、中小學(xué)校等公共場(chǎng)所。若在模擬廣播后端加裝數(shù)字控制器，通過可編程控制，可在原廣播功能基礎(chǔ)上增加自動(dòng)打音樂鈴、任意班級(jí)單獨(dú)廣播、對(duì)講、所有班級(jí)任意組合廣播和年級(jí)組廣播等功能，實(shí)現(xiàn)與數(shù)字廣播同樣的廣播功能。

針對(duì)一般規(guī)模學(xué)校，設(shè)計(jì)電腦一臺(tái)以及前置、走廊、操場(chǎng)和教室功放機(jī)各一臺(tái)，每間教室配一個(gè)廣播終端，走廊、操場(chǎng)根據(jù)需要配備相當(dāng)數(shù)量廣播音箱，如圖1所示。音頻控制：電腦、話筒或其他音源輸出的音頻信號(hào)，經(jīng)前置功放機(jī)放大后，分別輸送給走廊、操場(chǎng)和教室功放機(jī)，走廊、操場(chǎng)功放機(jī)分別驅(qū)動(dòng)所帶的廣播音箱發(fā)出聲響；教室功放機(jī)輸出的功率信號(hào)輸送給數(shù)字控制器，經(jīng)程序控制繼電器的切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)教室的廣播功能。電源控制：根據(jù)音樂鈴與智能廣播系統(tǒng)程序，控制前置、走廊、操場(chǎng)和班級(jí)功放機(jī)的電源繼電器接通與斷開，實(shí)現(xiàn)設(shè)備按要求開關(guān)。

1" 對(duì)模擬廣播進(jìn)行數(shù)字化控制的控制電路

該控制電路包括1號(hào)主控板、與1號(hào)主控板電連接的2號(hào)分控板、與2號(hào)分控板電連接的3號(hào)驅(qū)動(dòng)板。其中，1號(hào)主控板上安裝電平轉(zhuǎn)換芯片IC3、單片機(jī)IC7、單片機(jī)IC4、回聲放大電路；2號(hào)分控板上安裝N（1～10）只單片機(jī)IC1-x；3號(hào)驅(qū)動(dòng)板上安裝15個(gè)光電耦合器U-x和15個(gè)控制班級(jí)繼電器J-x。

1.1" 1號(hào)主控板

1.1.1" 電平轉(zhuǎn)換電路" 1號(hào)主控板上電平轉(zhuǎn)換

芯片IC3的7、8引腳與電腦連接，接收電腦發(fā)出的控制信號(hào)；9、10引腳與單片機(jī)IC4、單片機(jī)IC7、N（1～10）只單片機(jī)IC1-x的10、11引腳連接；電腦串口RS232輸出的（-10 V，+10 V）電平傳送給轉(zhuǎn)換芯片IC3的7、8引腳，通過電平轉(zhuǎn)換芯片IC3內(nèi)部，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平（0，+5 V）[2]，并從IC3的9、10引腳輸出。IC3的型號(hào)為MAX232，其15引腳接地，16引腳接電源+5 V，如圖2所示。

1.1.2" 單片機(jī)IC7控制電路[3]

1號(hào)主控板上單片機(jī)IC7的10引腳（串行輸入口）、11引腳（串行輸出口）接收來自電腦的TTL控制信號(hào)，通過單片機(jī)IC7識(shí)別控制，并在24、25、26、27、28引腳輸出控制信號(hào)；單片機(jī)IC7的24引腳與音樂鈴控制二極管D21電連接，音樂鈴控制二極管D21與光電耦合器U5電連接；25引腳與音樂鈴控制二極管D20電連接，音樂鈴控制二極管D20與光電耦合器U4電連接；26引腳與音樂鈴控制二極管D19電連接，音樂鈴控制二極管D19與光電耦合器U3電連接；27引腳與音樂鈴控制二極管D18電連接，音樂鈴控制二極管D18與光電耦合器U2電連接；28引腳與音樂鈴控制二極管D17電連接，音樂鈴控制二極管D17與光電耦合器U1電連接，如圖3所示。

1.2" P4接口電路

光電耦合器U5、U4、U3、U2、U1的型號(hào)為TIL113，光電耦合器U5、U4、U3、U2、U1與端口P4電連接，端口P4與用于控制走廊2功放機(jī)電源的繼電器J5、用于控制前置功放機(jī)電源的繼電器J4、用于控制操場(chǎng)功放機(jī)電源的繼電器J3、用于控制教室功放機(jī)電源的繼電器J2、用于控制走廊1功放機(jī)電源的繼電器J1電連接；走廊2功放機(jī)、操場(chǎng)功放機(jī)、教室功放機(jī)、走廊1功放機(jī)為定壓功放機(jī)，均與前置功放機(jī)輸出的音頻電連接，前置功放機(jī)接收電腦、話筒的音頻，經(jīng)過低音放大后輸送給走廊2功放機(jī)、走廊1功放機(jī)、操場(chǎng)功放機(jī)、教室功放機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)打音樂鈴廣播，如圖4所示。

單片機(jī)IC7的型號(hào)為AT89C51，其40引腳為+5 V電源，20引腳接地，18、19引腳連接并聯(lián)振蕩電路，用于產(chǎn)生12 MHz振蕩信號(hào)，并聯(lián)振蕩電路由C42、C43、Y1組成。

1.3" 單片機(jī)IC4控制電路

1號(hào)主控板上單片機(jī)IC4的10引腳（串行輸入口）、11引腳（串行輸出口）接收來自電腦的控制信號(hào)，通過單片機(jī)IC4識(shí)別控制，在3、4、5引腳輸出控制電平，同時(shí)在24、25、26、27、28引腳輸出控制電平。單片機(jī)IC4的24引腳與廣播控制二極管D16電連接，廣播控制二極管D16與光電耦合器U5電連接；25引腳與廣播控制二極管D15電連接，廣播控制二極管D15與光電耦合器U4電連接；26引腳與廣播控制二極管D14電連接，廣播控制二極管D14與光電耦合器U3電連接；27引腳與廣播控制二極管D13電連接，廣播控制二極管D13與光電耦合器U2電連接；28引腳與廣播控制二極管D12電連接，廣播控制二極管D12與光電耦合器U1電連接；單片機(jī)IC4的3、4、5引腳分別與光電耦合器U6、U7、U8電連接，光電耦合器U6與繼電器JR5 V電連接，光電耦合器U7與繼電器JR0、繼電器JR1電連接，光電耦合器U8與繼電器JR1-1電連接。

單片機(jī)IC4的型號(hào)為AT89S51，其40引腳為+5 V電源，與C11、C12、C44連接，C9、C10、L1、C11、C12、C44對(duì)電源40引腳進(jìn)行π型濾波。單片機(jī)IC4的20引腳接地，18、19引腳連接并聯(lián)振蕩電路，并聯(lián)振蕩電路由C2、C3與Y2組成[3]，如圖5所示。

1.4" 切換電路

1號(hào)主控板上繼電器JR5 V為2號(hào)分控板和3號(hào)驅(qū)動(dòng)板提供+5 V、+12 V電源；繼電器JR0、繼電器JR1、繼電器JR1-1內(nèi)自帶常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)和公共觸點(diǎn)，型號(hào)為AJW7211，班級(jí)繼電器J-x的型號(hào)為HRS2H-S-DC 12 V。繼電器JR0的3、5觸點(diǎn)用于接通或斷開回聲音箱A、B端點(diǎn)，使回聲放大電路與回聲音箱連接或斷開；繼電器JR0的6、8觸點(diǎn)用于斷開或接通回聲放大電路中接地的C、D點(diǎn)，如圖6所示。

教室功放機(jī)輸出的音頻與端口P3的1、2引腳電連接，端口P3的1、2引腳與繼電器JR1的常閉觸點(diǎn)和繼電器JR1-1的常閉觸點(diǎn)電連接，繼電器JR1-1的常閉觸點(diǎn)與2號(hào)分控板的總線插槽JA的23、24引腳和25、26引腳連接，再通過接插件Jx的2、3引腳與班級(jí)繼電器J-1的常閉觸點(diǎn)連接，再通過常閉觸點(diǎn)與班級(jí)廣播終端RL-1連接。

繼電器JR1的常開觸點(diǎn)與接插件PAX的3、4引腳連接，繼電器JR1的公共觸點(diǎn)與繼電器JR1-1的公共觸點(diǎn)電連接，繼電器JR1-1的常開觸點(diǎn)與2號(hào)分控板的總線插槽JA的21、22引腳和27、28引腳連接，再與2號(hào)分控板的接插件Jx的1、4引腳連接，再與班級(jí)繼電器J-1的常開觸點(diǎn)連接；所述接插件PAX的3、4引腳與線間變壓器連接，通過線間變壓器耦合給PAX的1、2引腳，并與回聲放大電路連接，如圖7所示。

1.5" 回聲放大電路

1號(hào)主控板上回聲放大電路包括前級(jí)放大運(yùn)放IC1、后級(jí)放大電路IC2、用于給前級(jí)放大運(yùn)放IC1和后級(jí)放大電路IC2供電的穩(wěn)壓電源。其中，前級(jí)放大運(yùn)放IC1的3引腳與C14、接插件PAX的2引腳連接，再連接線間變壓器，6引腳與穩(wěn)壓電源連接，4引腳接地，5引腳依次與C19、電位器W1、C21、后級(jí)放大電路IC2的6引腳連接；后級(jí)放大電路IC2的3引腳與C22連接，后級(jí)放大電路IC2的2引腳與穩(wěn)壓電源連接，4引腳接地，R16為6引腳提供自舉電壓，如圖8所示。

在給回聲放大電路供電過程中，采用兩級(jí)IC5（L7809）和IC6（78L05）穩(wěn)壓電路，分別取出+5 V、+9 V電源，給IC1（LM386）和IC2（2822M）供電。由于采用兩級(jí)穩(wěn)壓電路降壓，兩級(jí)π型濾波，使回聲音箱聲音純正，無交流聲。前級(jí)放大運(yùn)放IC1的型號(hào)為LM386，后級(jí)放大電路IC2的型號(hào)為TDA2822M，IC5的型號(hào)為L05，IC6的型號(hào)為L7809。班級(jí)里的說話聲音使廣播終端RL（喇叭+線間變壓器）線圈產(chǎn)生微弱的音頻電流，經(jīng)班級(jí)繼電器J-x，接插件JX、總線插槽JA、繼電器JR1-1、繼電器JR1、接插件PAX、線間變壓器融合，通過C14（1 μF）耦合電容，接入IC1（LM386）3引腳，R13、R14、C13、C15組成π型濾波電路，用于去除教室音箱拾來的雜波，6引腳為其提供穩(wěn)定的+5 V電源，4引腳接地，5引腳輸出放大的音頻信號(hào)，通過C19耦合給電位器W1，調(diào)節(jié)信號(hào)的強(qiáng)弱，通過C21耦合給IC2的6引腳，再經(jīng)大功率放大后，從3引腳輸出，再通過C22耦合給A、B（接通）點(diǎn)，傳送給回聲音箱，從而聽到教室里的聲音。

1.6" 2號(hào)分控板

2號(hào)分控板上單片機(jī)IC1-x的型號(hào)為AT89S51[3]，單片機(jī)IC1-x通過總線插槽JA的17、18和19、20接口，時(shí)時(shí)接收來自IC3的9、10引腳的信號(hào)控制電平，并通過單片機(jī)IC1-x的1、2、3、4、5、6、7、8、12、13、14、15、16、17、21、22、23、24、25、26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39引腳輸出控制信號(hào)。例如：在電腦運(yùn)行智能廣播程序時(shí)，單片機(jī)IC4的3、5引腳為低電平，光電耦合器U6導(dǎo)通，繼電器JR5 V吸合，為2號(hào)分控板和3號(hào)驅(qū)動(dòng)板提供+5 V、+12 V電源；與5引腳連接的U8導(dǎo)通，繼電器JR1-1導(dǎo)通，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)吸合；2號(hào)分控板在得到電源后，所有單片機(jī)IC1-x的1、2、3、4、5、6、7、8、12、13、14、15、16、17、21、22、23、24、25、26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39引腳均輸出高電平，光電耦合器U-x均不導(dǎo)通，班級(jí)繼電器均不吸合，常閉觸點(diǎn)接通，如圖9所示。

1.7" 3號(hào)驅(qū)動(dòng)板

3號(hào)驅(qū)動(dòng)板上安裝15個(gè)光電耦合器U-x、15個(gè)班級(jí)繼電器J-x，接15個(gè)廣播終端RL-x；單片機(jī)IC1-1通過總線插槽P1、總線插槽P2接兩塊3號(hào)驅(qū)動(dòng)板，實(shí)現(xiàn)對(duì)30個(gè)廣播終端的控制。實(shí)際使用過程中可根據(jù)學(xué)校班級(jí)數(shù)量，選擇在2號(hào)分控板上安裝單片機(jī)IC1-x的數(shù)量，按照單片機(jī)IC1-x數(shù)量乘2的結(jié)果，在2號(hào)分控板上插入3號(hào)驅(qū)動(dòng)板，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)數(shù)量的廣播終端控制。2號(hào)分控板上最多可安裝10只單片機(jī)IC1-1、…、IC1-10，因此可實(shí)現(xiàn)30～300個(gè)教室廣播終端的RL-x控制。

單片機(jī)IC1-x的40引腳為+5 V電源，20引腳接地，18、19引腳連接并聯(lián)振蕩電路，所以單片機(jī)IC1-x的性能一致。

2" 區(qū)域內(nèi)自動(dòng)播放音樂鈴廣播

電腦啟動(dòng)，音樂鈴與智能廣播程序待機(jī)運(yùn)行，如圖10所示。當(dāng)時(shí)鐘為14點(diǎn)59分50秒時(shí)，電腦輸出控制信號(hào)，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片IC3，單片機(jī)IC7接收，并在24、25、26、27、28引腳都（選擇性）輸出低電平，通過音樂鈴控制二極管D21至D17、光電耦合器U5至U1驅(qū)動(dòng)，用于控制走廊2功放機(jī)電源的繼電器J5、前置功放機(jī)電源的繼電器J4、操場(chǎng)功放機(jī)電源的繼電器J3、走廊1功放機(jī)電源的繼電器J1吸合，對(duì)應(yīng)功放機(jī)電源接通，電腦播放打鈴音樂，經(jīng)功放擴(kuò)大，便實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自動(dòng)播放音樂鈴廣播。當(dāng)不到播放音樂鈴時(shí)間，單片機(jī)IC7在24、25、26、27、28引腳均為高電平，所驅(qū)動(dòng)的繼電器J5至J1均關(guān)閉[4]。

3" 區(qū)域廣播（智能廣播）

當(dāng)智能廣播程序打開時(shí)，如圖11所示，通過電腦控制單片機(jī)IC4的25引腳為低電平，廣播控制二極管D15導(dǎo)通，光電耦合器U4驅(qū)動(dòng)繼電器J4吸合，前置功放機(jī)打開；用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“走廊2”“操場(chǎng)”“走廊1”按鈕后，電腦控制單片機(jī)IC4的24、26、28引腳由高電平轉(zhuǎn)為低電平，廣播控制二極管D16（4148）、D14（4148）、D12（4148），光電耦合器U5（TIL113）、U3（TIL113）、U1（TIL113）通過端口P4分別與繼電器J5、J3、J1連接，驅(qū)動(dòng)控制走廊2功放機(jī)、操場(chǎng)功放機(jī)和走廊1功放機(jī)電源的繼電器吸合，走廊2、操場(chǎng)和走廊1的功放機(jī)電源接通，實(shí)現(xiàn)在學(xué)校走廊2、操場(chǎng)和走廊1區(qū)域廣播。

4" 班級(jí)單獨(dú)廣播、任意組合廣播、年級(jí)組廣播

當(dāng)智能廣播程序打開時(shí)，單片機(jī)IC4的3、5引腳為低電平，光電耦合器U6導(dǎo)通，繼電器JR5 V吸合，為2號(hào)分控板和3號(hào)驅(qū)動(dòng)板提供+5 V、+12 V電源；與5引腳連接的U8導(dǎo)通，繼電器JR1-1導(dǎo)通，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)吸合，為單獨(dú)廣播、回話作準(zhǔn)備；2號(hào)分控板在得到電源后，所有單片機(jī)IC1-x的1、2、3、4、5、6、7、8、12、13、14、15、16、17、21、22、23、24、25、26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39引腳均輸出高電平，光電耦合器U-x均不導(dǎo)通，班級(jí)繼電器均不吸合。

當(dāng)需要對(duì)某個(gè)班級(jí)進(jìn)行單獨(dú)廣播時(shí)，單片機(jī)IC1-1、…、IC1-10接收IC3控制信號(hào)，并在對(duì)應(yīng)引腳輸出低電平，對(duì)應(yīng)光電耦合器U-x導(dǎo)通、班級(jí)繼電器J-x吸合，班級(jí)繼電器J-x的常閉觸點(diǎn)斷開，公共端點(diǎn)與常開觸點(diǎn)接通，該班級(jí)廣播終端接通（教室功放機(jī)輸出的功率音頻信號(hào)，通過P3的1、2引腳輸入，接繼電器JR1常閉觸點(diǎn)，接JR1-1常開觸點(diǎn)，接總線插槽JA的21、22和27、28引腳，接插件JX的1、4引腳，接班級(jí)繼電器J-x常開觸點(diǎn)），便可對(duì)班級(jí)講話，實(shí)現(xiàn)單個(gè)班級(jí)廣播。當(dāng)需要對(duì)多個(gè)班級(jí)進(jìn)行廣播時(shí)，多個(gè)班級(jí)的單片機(jī)IC1-1、…、IC1-10對(duì)應(yīng)引腳都輸出低電平，對(duì)應(yīng)光電耦合器U-x導(dǎo)通、班級(jí)繼電器J-x都吸合，常開觸點(diǎn)都接通，選擇過的班級(jí)廣播終端接通，實(shí)現(xiàn)任意組合廣播。通過相關(guān)操作，還可實(shí)現(xiàn)年級(jí)組廣播、樓層廣播、全樓廣播和全校廣播等。

5" 雙向?qū)χv功能

在對(duì)某個(gè)班級(jí)進(jìn)行單獨(dú)廣播時(shí)，通過控制，廣播室可以聽到某班級(jí)的回話聲音。當(dāng)需要聽取該班級(jí)回話時(shí)，在對(duì)某個(gè)班級(jí)進(jìn)行單獨(dú)廣播狀態(tài)下（教室功放機(jī)音頻—P3—繼電器JR1常閉觸點(diǎn)—繼電器JR1-1常開觸點(diǎn)—總線插槽JA的21、22引腳和27、28引腳—接插件JX的1、4引腳—班級(jí)繼電器J-x常開觸點(diǎn)—班級(jí)廣播終端），用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“回話”按鈕，通過電腦控制，單片機(jī)IC4的4引腳輸出低電平，光電耦合器U7導(dǎo)通，使繼電器JR0導(dǎo)通（繼電器JR0導(dǎo)通—JR0的3、5觸點(diǎn)接通—接通回聲音箱A、B端點(diǎn)—繼電器JR0的6、8觸點(diǎn)斷開—斷開回聲放大電路中接地的C、D點(diǎn)），繼電器JR1導(dǎo)通（常閉觸點(diǎn)斷開—P3接口輸入的班級(jí)功放音頻信號(hào)切斷），繼電器JR1的常開觸點(diǎn)接通，繼電器JR1把班級(jí)廣播終端輸入的音頻信號(hào)接入接插件PAX，把班級(jí)廣播終端拾取的音頻信號(hào)送給線間變壓器，與回聲放大電路連接，形成班級(jí)“廣播終端—班級(jí)繼電器J-x常開觸點(diǎn)—接插件JX的1、4引腳—總線插槽JA的21、22引腳和27、28引腳—繼電器JR1-1常開觸點(diǎn)—繼電器JR1常開觸點(diǎn)—接插件PAX的3、4引腳—線間變壓器—回聲放大電路—A、B端點(diǎn)—回聲音箱”的回路，聽到班級(jí)聲音。單獨(dú)廣播狀態(tài)下，單片機(jī)IC4的4引腳輸出高電平，繼電器JR1常閉觸點(diǎn)接通；單個(gè)班級(jí)回話時(shí)，單片機(jī)IC4的4引腳輸出低電平，繼電器JR1常開觸點(diǎn)接通，實(shí)現(xiàn)講話、回話的切換，如圖12所示。

6" 結(jié)束語

對(duì)模擬廣播實(shí)施數(shù)字化控制，利用電腦豐富的音樂資源，既可以滿足學(xué)校對(duì)打音樂鈴、廣播體操、眼保健操和其他場(chǎng)景音樂的需求，還可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)廣播、區(qū)域廣播、任意組合廣播和雙向?qū)χv廣播等。如對(duì)原模擬廣播進(jìn)行升級(jí)改造，只需要增加部分成本，便可以豐富管理功能。因此，對(duì)大多數(shù)中小學(xué)校來說，模擬廣播數(shù)字化升級(jí)改造是一種比較可行的方法[5]。

參考文獻(xiàn)

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作者：劉春玖，四平市教育技術(shù)裝備中心主任，高級(jí)教師，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)及教育裝備（136000）。