新農(nóng)村建設(shè)紅外遙控?zé)o線廣播音量控制模塊設(shè)計(jì)

摘 要：以搭建的湖南農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化鄉(xiāng)村廣播項(xiàng)目為基礎(chǔ)，利用紅外遙控與亞音頻率通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一款基于STC單片機(jī)的無線廣播控制設(shè)備。此設(shè)備由手持紅外發(fā)射、紅外接收、音量控制、系統(tǒng)處理、存儲(chǔ)、蜂鳴器、音頻輸入輸出接口及亞音信號(hào)輸入接口等硬件單元組成，可通過C語言編程。該設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展及智能音量記憶、控制形式多樣等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：紅外遙控；亞音系統(tǒng)；農(nóng)村無線廣播；STC單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TN219 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）06-0073-03

0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[1-4]。由于紅外線的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無線電的波長(zhǎng)，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(jiǎn)單[5，6]；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[7-9]。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(guó)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、手持紅外發(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。

圖1音量控制模塊工作流程

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：

圖2總體設(shè)計(jì)電路圖

（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。

圖3電路電源圖 圖4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

（3）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5 V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)P3^7腳，當(dāng)P3^7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。

圖5M62429音頻控制電路圖 圖6蜂鳴器電路圖

（5）紅外發(fā)射單元

紅外遙控器由3 V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(guó)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2 KB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2.0 mm、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Keil C51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。

圖7模塊設(shè)計(jì)流程圖

主要核心代碼如下：

void ISP_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 */

}

void ISP_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 */

}

void ISPgoon（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(jiǎn)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。

參 考 文 獻(xiàn)

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Design of radio volume control module with IR remote control function fornew rural construction

YE Xiu-nan1， LIU Bo1， 2， DING De-hong1， SHEN Yue1， 2

(1. College of Information Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China;

2. Hunan Research Center of Agricultural Rural Information Engineering Technology， Changsha 410128， China)

Abstract: Based on the broadcasting project of Hunan agricultural and rural informatization， a wireless broadcast control equipment based on STC microcontroller was designed by using infrared remote and communication technology in continuous tone coded squelch frequency. The equipment is composed of handheld infrared transceiver， volume control， system processing， storage， buzzer， audio I/O interface， continuous tone coded squelch signal input interface， etc. It was implemented by C language. The device has the advantages of simple operation， easy to expand and intelligent volume memory， various control styles， etc.

Keywords: infrared remote control; continuous tone coded squelch system; rural wireless radio; STC microcontroller