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)

鄭 偉，肖建波，代作偉，石 然，吳 艷

（貴州廣播電視臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550025）

0 引 言

碼流切換器是廣電行業(yè)的專(zhuān)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(méi)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(wèn)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(yǔ)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(yǔ)音處理模塊、GPI聲光報(bào)警模塊以及看門(mén)狗模塊等。STM32接收到來(lái)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(guò)語(yǔ)音播報(bào)來(lái)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(guò)操作碼流切換控制器的按鍵輸出GPI信號(hào)來(lái)進(jìn)行碼流切換，達(dá)到應(yīng)急切換的目的。語(yǔ)音模塊根據(jù)接收到的不同的控制碼，觸發(fā)不同的語(yǔ)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]。看門(mén)狗模塊是為了防止單片機(jī)程序跑飛而專(zhuān)門(mén)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(mǎn)足系統(tǒng)的要求。

2.2 語(yǔ)音報(bào)警電路

語(yǔ)音報(bào)警采用WT588D語(yǔ)音芯片。該芯片內(nèi)置DSP高速語(yǔ)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(yǔ)音地址位，每個(gè)地址最多可加載128段語(yǔ)音；支持按鍵控制、并口控制、一線(xiàn)控制等多種播放控制模式[5]。基于應(yīng)用的要求，系統(tǒng)采用了一線(xiàn)串口的播放模式。語(yǔ)音報(bào)警電路如圖2所示。

圖2 語(yǔ)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(yǔ)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(mén)狗電路

看門(mén)狗電路采用DS1232芯片，該芯片是一個(gè)具有看門(mén)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。看門(mén)狗電路如圖4所示。

圖4 看門(mén)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(yǔ)音報(bào)警同時(shí)觸發(fā)，那么就需要通過(guò)判斷語(yǔ)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(lái)觸發(fā)聲光報(bào)警。圖5為切換控制和語(yǔ)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(yǔ)音文件

報(bào)警的語(yǔ)音文件可以采用語(yǔ)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(yǔ)音文件通過(guò)WT558D語(yǔ)音編譯軟件進(jìn)行編譯。之后將編譯好的文件下載到語(yǔ)音模塊，如圖7所示。

圖7 語(yǔ)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。“TEST”按鍵用來(lái)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(yǔ)音報(bào)警時(shí)可以將停止按鍵按下來(lái)停止語(yǔ)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(wú)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(yǔ)音報(bào)警，當(dāng)碼流切換器切換備路碼流時(shí)觸發(fā)語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)

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(yǔ)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(guó)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。