引言

近年來，嵌入式系統(tǒng)在通訊產(chǎn)業(yè)及工業(yè)生產(chǎn)中大顯身手,其日常應(yīng)用越來越廣泛，其中紅外遙控技術(shù)的廣泛應(yīng)用就是很好的示例。由于紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電的波長，在采用紅外遙控方式時(shí)，不會(huì)對(duì)其他電器造成干擾，也不會(huì)影響臨近的無線電設(shè)備的正常工作，而且它的工作電壓低、功耗小、外圍電路簡單;同時(shí)由于人耳聽不到亞音，因此可以在聲音信號(hào)中注入亞音音頻信息，在接收端檢測(cè)這個(gè)音頻信號(hào)，可對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制操作。根據(jù)以上原理，以STC單片機(jī)為核心，筆者設(shè)計(jì)了一款針對(duì)湖南農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化鄉(xiāng)村廣播項(xiàng)目的鄉(xiāng)村無線廣播音量控制模塊，適應(yīng)湖南新農(nóng)村建設(shè)的需要。

1背景介紹

國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化綜合服務(wù)平臺(tái)建設(shè)是由湖南省科技廳牽頭組織，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)牽頭，由相應(yīng)科研院所及相關(guān)企業(yè)圍繞三網(wǎng)融合解決農(nóng)村民生這一重大主題參與實(shí)施。湖南省廣電局也是相應(yīng)參與單位，主要負(fù)責(zé)湖南廣大農(nóng)村地區(qū)的廣播信息通道建設(shè)，其廣播系統(tǒng)終端擴(kuò)音器安裝在農(nóng)村環(huán)境中，主要采用無線電技術(shù)相連，村與村、鄉(xiāng)與鄉(xiāng)需要進(jìn)行信息隔離,而且農(nóng)村住房分布不規(guī)范、地形變化差異大、擴(kuò)音器安裝高等因素都影響擴(kuò)音器廣播的質(zhì)量，如聲音的音量、音質(zhì)等，因此需要在每個(gè)擴(kuò)音器上安裝音量控制模塊，通過紅外遙控調(diào)節(jié)單個(gè)擴(kuò)音器的音量，使其滿足此擴(kuò)音器周圍用戶對(duì)廣播音量的要求；同時(shí)每個(gè)村莊廣播信息內(nèi)容有差異，村干部宣傳內(nèi)容也不同，也需要對(duì)擴(kuò)音器進(jìn)行選擇控制。

2設(shè)計(jì)思路

根據(jù)以上需求，設(shè)計(jì)的鄉(xiāng)村無線廣播音量控制模塊主要由電源單元、手持紅夕卜發(fā)射單元、紅外接收單元、音量控制單元、處理單元、存儲(chǔ)單元、蜂鳴器單元、音頻輸入輸出接口及亞音信號(hào)輸入接口等組成。其中手持控制遙控器采用MP3紅外遙控器作為紅外音量控制模塊，接收單元采用HX1838集成紅外接收頭，采用STC11F02E單片機(jī)作為整個(gè)模塊的控制和存儲(chǔ)中心，音量控制單元由音量控制芯片M62429負(fù)責(zé)音頻信號(hào)衰減控制，蜂鳴器采用普通有源蜂鳴器，其他接口采用接線座的方式方便模塊與廣播系統(tǒng)電路對(duì)接。其工作流程圖如圖1所示。

首先手持紅外遙控器采用NEC編碼發(fā)射一組相應(yīng)按鍵的紅外遙控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)，紅外接收單元接收該信號(hào)并解調(diào)至處理單元進(jìn)行解碼處理，處理單元將分析出的按鍵信息轉(zhuǎn)化為一組串行的音量大小控制指令，存儲(chǔ)在處理單元的EEPROM存儲(chǔ)區(qū)中，便于下次開機(jī)時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)關(guān)機(jī)前的音量大小，并將該控制指令發(fā)送到數(shù)字音量控制單元以達(dá)到控制音量的目的，同時(shí)控制蜂鳴器發(fā)出短暫蜂鳴，同時(shí)還可對(duì)輸入亞音信號(hào)頻率與預(yù)設(shè)頻率進(jìn)行對(duì)比，控制音量控制單元是否開啟音量或單獨(dú)控制模式。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件的總體設(shè)計(jì)電路如圖2所示。其主要組成單元如下：

（1）電路電源

電源單元由開關(guān)、電源指示燈和穩(wěn)壓電容組成，輸入為5V直流電。電源電路主要由開關(guān)、穩(wěn)壓電容C4和電源指示燈D1構(gòu)成。電源為整個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電能，LED指示燈方便操作員直觀的查看模塊的供電狀態(tài)，如圖3所示。

(2)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

STC11F02E最小系統(tǒng)構(gòu)成了模塊處理控制單元，最小系統(tǒng)由STC單片機(jī)、外部晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成，如圖4所示。

M62429音頻控制電路

由于STC11F02E真正的串口已用于其他用途，M62429的4腳(DATA)連至STC11F02E的P1.3，M62429的5腳(CLOCK)連到STC11F02E的P1.2。由這兩個(gè)引腳(P1.3,1.)作為模擬串口與M62429通信，控制音量的數(shù)據(jù)便由這個(gè)模擬串口發(fā)出。其中M62429的3腳接地，6腳接5V直流電源。

雙聲道音頻信號(hào)從VIN1和VIN2輸入，通過電容C6、C7耦合到M62429的1、8引腳，輸出到后級(jí)進(jìn)行放大控制,被控制之后從2、7腳輸出，分別經(jīng)過C5、C8耦合輸出。

在VIN1、VIN2處輸入合適的音源，從VOUT1、VOUT2接上擴(kuò)音設(shè)備就可以監(jiān)聽音量控制的情況。整個(gè)過程如圖5所示。

(4)蜂鳴器電路

蜂鳴器由一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)，通過電阻R3接單片機(jī)P3勺腳，當(dāng)P3勺為高電位時(shí)，蜂鳴器不工作，為低電位時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲，如圖6所示。

(5)紅外發(fā)射單元

紅外遙控器由3V紐扣電池供電，電池型號(hào)為CR2025。本發(fā)射單元采用常見的車載MP3遙控器，型號(hào)為HS-021，該型號(hào)遙控器小巧，能耗低，內(nèi)部采用日本NEC的UPD6121G芯片組成發(fā)射電路，遙控采用目前國際通用的NEC編碼方式。

(6)亞音信號(hào)輸入接口

亞音輸入接口為普通接線腳座。通過外部電路解調(diào)出的亞音，經(jīng)過濾波整形，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可執(zhí)行波形，從亞音信號(hào)輸入接口輸入，最終輸入到處理單元中進(jìn)行對(duì)比，如果與預(yù)設(shè)的亞音頻率不一致，則模塊處理控制單元就會(huì)發(fā)出指令控制音量控制單元執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，將輸入信號(hào)衰減為0,此時(shí)音頻輸出接口無音頻信號(hào)輸出。

亞音主要功能是在操作員未到現(xiàn)場(chǎng)的情況下，通過音頻發(fā)送口發(fā)送人耳聽不到的亞音信號(hào)，各個(gè)終端通過模塊處理控制擴(kuò)音器的開關(guān)；同時(shí)操作員也可在音頻信號(hào)發(fā)送點(diǎn)直接分點(diǎn)分區(qū)控制各個(gè)終端是否開啟擴(kuò)音器。亞音功能的使用提高了農(nóng)村廣播系統(tǒng)提供服務(wù)的靈活性。

(7)處理控制單元和存儲(chǔ)單元

處理單元和存儲(chǔ)單元采用STC公司生產(chǎn)的STC11F02E單片機(jī)，STC11F02E支持在線編寫調(diào)試，可擦寫10萬次以上，而且成本低、性能好、耗能少、強(qiáng)抗干擾等。

模塊使用單片機(jī)內(nèi)部提供EEPROM存儲(chǔ)空間2KB作為存儲(chǔ)單元，可用于模塊每次調(diào)節(jié)后音量大小數(shù)據(jù)的記憶，在廣播重啟時(shí)再次調(diào)出上次音量數(shù)據(jù)，無需再次調(diào)節(jié)。

(8)音頻輸入輸出接口

本接口采用腳距為2.0mm,XH-3P接線座，使整個(gè)模塊能很好安裝在鄉(xiāng)村無線廣播系統(tǒng)終端擴(kuò)音器上工作。

3.2軟件設(shè)計(jì)

模塊處理控制單元控制程序主要采用KeilC51開發(fā)，使用STC公司提供的燒錄軟件將程序載入單片機(jī)中。整個(gè)模塊設(shè)計(jì)流程如圖7所示。

主要核心代碼如下：

voidISP_IAP_enable(void)//打開ISP,IAP功能

{EA=0；/*關(guān)中斷*/

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

ISP_CONTR=ISP_CONTR|WaitTime；/*寫入硬件延時(shí)*/

ISP_CONTR=ISP_CONTR|0x80；/*ISPEN=1*/

}

voidISP_IAP_disable(void)//關(guān)閉ISP,IAP功能

{ISP_CONTR=ISP_CONTR&0x7f；/*ISPEN=0*/

ISP_TRIG=0x00；

EA=1；/*開中斷*/

}

voidISPgoon(void)//公用的觸發(fā)代碼

{ISP_IAP_enable()；/*打開ISP,IAP功能*/ISP_TRIG=0x46；/*觸發(fā)ISP_IAP命令字節(jié)1*/ISP_TRIG=0xb9；/*觸發(fā)ISP_IAP命令字節(jié)2*/_nop_()；

}

4結(jié)語

本文針對(duì)湖南省新農(nóng)村建設(shè)中農(nóng)村廣播信息通道建設(shè)任務(wù)，利用紅外遙控與亞音頻率通信技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)一款基于STC單片機(jī)無線廣播控制系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的無線廣播方案相比，本系統(tǒng)特點(diǎn)是操作簡單、實(shí)時(shí)交互強(qiáng)、費(fèi)用較低、易于擴(kuò)展及智能音量記憶、控制形式多樣等特點(diǎn)。本產(chǎn)品現(xiàn)已在湖南省新農(nóng)村廣播信息通道建設(shè)中得到應(yīng)用。

20211121_619a43fe21d7a__新農(nóng)村建設(shè)紅外遙控無線廣播音量控制模塊設(shè)計(jì)