基于ARM的多功能錄擴音系統的設計

摘要：電力企業安全第一，因此，在生產過程中，操作步驟、工作內容、安全措施、分工等都提出了錄音要求，但是，傳統的錄音機、錄音筆等因為功能、容量、便利性等不便于工作中的使用，我們提出了基于ARMAT91SAM9263的多功能錄擴音系統，由聲音控制實現無聲或聲音低至設定值時自動停止錄音記錄，恢復聲音時自動開始錄音的功能以滿足電力生產準軍事化和電力工作安全第一的要求，促進安全生產。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/197921.htm

關鍵詞：錄音；擴音；ARM

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.017*專利號：201220004204.9

引言

電力企業安全第一。電力工作中包括調度預令、操作指令、操作步驟、操作匯報、情況匯報等都需要進行電話錄音，錄音記錄能更好地督促相關人員嚴格遵守安全步驟和勞動紀律，極大地促進了電力安全生產。目前，福建、浙江地區相繼開展了電力系統準軍事化工作，對電力生產的正規性和安全起到了很好的促進作用。與此同時，檢修工作中操作步驟、工作內容、安全措施、分工等都提出了錄音要求，但是，傳統的錄音機、錄音筆等因為功能、容量、便利性等不便于工作中的使用[1，2，3]。

多功能錄擴音系統，它主要包括ARM數據處理模塊、錄音系統、擴音系統。該系統功能適用、便攜、操作簡單。其中，錄音系統用于記錄電力檢修工作中工作前的工作內容、危險點、安全措施及分工安排等；擴音系統輔助工作負責人對上述工作交底的擴音，特別是在大型檢修或人員眾多的場合等，促進了電力安全生產，并且具有音頻播放功能，可以播放MP3音樂和錄好的語言。同時支持聲控錄音功能：當外界聲音太小時自動暫停錄音，有聲音時自動繼續錄音，系統結構框圖如圖1所示。

新型錄放音系統硬件平臺設計

多功能錄擴音系統CPU采用32位ARM處理器—AT91SAM9263，錄音模塊采用性能十分優越的語音芯片，美國ISD公司生產的ISD4004語音芯片，擴音模塊則是基于得到廣泛應用的TEA2025功放芯片。

ARM模塊

美國A T M E L公司生產的AT91SAM9263型微控制器。該控制器基于ARM9263EJ-S的工業級系統級（System on Chip，SoC）芯片；具有豐富的片上資源和標準接口，以及低功耗、低成本、高性能、支持多種主要的嵌入式操作系統等特點，具有極強的音頻處理能力。AT91SAM9263芯片的最小系統的具體接線圖如圖2所示。

錄音模塊

錄音模塊是基于ISD4004的錄音系統，ISD4004芯片無須A/D轉換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉換誤差，具有可多次重復錄放、存儲時間長、使用時不需擴充存儲器、所需外圍電路簡單，引腳包括電源、時鐘、語音信號模擬輸入/輸出端、與MCU接口（SPI接口）幾部分。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存貯在片內閃爍存貯器中，因此能夠非常真實、自然地再現語音。錄音模塊電路具體接線如圖3所示。

該模塊受聲控和面板控鍵控制包括開始、暫停及停止錄音，同時，在錄音過程中，若聲音小于設定值，則自動暫停錄音，而當聲音重新升高后，則自動繼續錄音。

擴音系統

擴音模塊采用TEA2025功放芯片和音響，輸出功率可達4.7W，聲音輸出清晰洪亮。TEA2025是歐洲生產的雙聲道功率放大集成電路，該電路具有聲道分離度高、電源接通時沖擊噪聲小、外接元件少，最大電壓增益可由外接電阻調節等特點，應用于袖珍式或便攜式立體聲音響系統中作功率放大。擴音模塊電路具體的接線如圖4所示 。

MIC信號一路到錄音模塊進行錄音，一路首先進過三極管Q1共射放大。三極管Q1的靜態電流在1mA左右，集電極靜態電壓在3V左右，語音信號經過Q1放大后經C8隔直送入功放TEA2025進行功率放大。擴音模塊既接入麥克的信號，同時又受錄音系統的控制，可用于記錄的錄音文件的播放、試聽等。

SD存儲模塊

利用了微處理器內部集成的SD/ MMC卡控制器，在系統中設計了SD/ MMC卡接口，使系統可以使用SD/ MMC卡對測量數據進程存儲，有效地增強了系統的數據存儲功能，本卡由6線SD卡接口控制，SD/MMC卡的接口電路如圖5所示。

軟件結構

目前，可供選擇的操作系統很多，在這里我們采用μC/OS-II。μC/ OS-II具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點，最小內核可編譯至2KB。

μC/OS-II初始化啟動

在使用μC/OS-I的所有服務之前，必須使用函數OSInit（）實現初始化，對所有全局變量和數據結構進行初始化。同時OSInit（）函數會創建一個空閑任務OSTaskIdle，為該任務分配最低優先級并使之處于就緒狀態。如果用戶應用程序還要使用統計任務，則建立統計任務OSTaskstat（）并讓它進入就緒態，此任務的優先級設為OS_LOWESTPRIG_1，系統的初始化過程如圖6所示。

μC/OS-II的移植

基于AT91SAM9263的多功能錄擴音系統，充分發揮了ARM接口豐富的特點，移植了高效、穩定的μC/ OS-II操作系統后，具有擴音、錄音、放音等多種功能，適應了電力系統安全生產的需要。