基于嵌入式平臺的碼流切換器控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

鄭 偉，肖建波，代作偉，石 然，吳 艷

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550025）

0 引 言

碼流切換器是廣電行業(yè)的專用設備，廣泛應用在廣電系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸。但是由于碼流切換器一般都架設在設備機房，并且沒有配備相應的應急切換和切換后的報警裝置，從而導致碼流切換后工作人員并不知曉切換結果，除非去設備機房現(xiàn)場查看碼流切換狀態(tài)，這樣嚴重影響到安全播出[1-2]。本文設計的碼流切換器控制系統(tǒng)能夠解決這一問題，系統(tǒng)能夠在緊急情況下切換主備路碼流，并且發(fā)出語音和聲光報警提示，能夠有效降低播控值班人員的工作強度，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作為信號處理的核心，周邊模塊包括電源模塊、按鍵指示燈模塊、語音處理模塊、GPI聲光報警模塊以及看門狗模塊等。STM32接收到來自碼流切換器輸出的RELAY信號后，改變按鍵指示燈的狀態(tài)，從而指示當前碼流切換器的主備路輸出狀態(tài)，并通過語音播報來提示工作人員信號已切換、是否需要人工干預。同時，工作人員也可以通過操作碼流切換控制器的按鍵輸出GPI信號來進行碼流切換，達到應急切換的目的。語音模塊根據(jù)接收到的不同的控制碼，觸發(fā)不同的語音進行播放，同時RELAY信號也會觸發(fā)聲光報警器進行聲光報警，從而提示工作人員某個碼流切換器發(fā)生了碼流切換動作[3-4]。看門狗模塊是為了防止單片機程序跑飛而專門設計的。系統(tǒng)基本架構如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)基本架構

2 硬件設計

2.1 STM32簡介

本文采用的MCU型號為STM32F103ZET6，該芯片有64 kB SRAM、512 kB FLASH、11個定時器、5個串口和112個通用IO口。所有IO口均可以映射到16個外部中斷，幾乎所有IO口均可以容忍 5 V信號。這些硬件資源完全能夠滿足系統(tǒng)的要求。

2.2 語音報警電路

語音報警采用WT588D語音芯片。該芯片內(nèi)置DSP高速語音處理器和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個語音地址位，每個地址最多可加載128段語音；支持按鍵控制、并口控制、一線控制等多種播放控制模式[5]?；趹玫囊螅到y(tǒng)采用了一線串口的播放模式。語音報警電路如圖2所示。

圖2 語音報警電路原理圖

2.3 GPI聲光報警電路

GPI聲光報警電路在系統(tǒng)發(fā)出語音報警的同時，觸發(fā)蜂鳴器和LED燈進行同步報警，從而增強報警的效果[6]。聲光報警原理如圖3所示。

圖3 聲光報警電路原理圖

2.4 看門狗電路

看門狗電路采用DS1232芯片，該芯片是一個具有看門狗功能的電源監(jiān)測芯片，穩(wěn)定性好，在電源通斷電、電壓下降和死機時都會輸出一個復位脈沖。芯片在工作時，需要不間斷地給引腳7輸入一個“喂狗”脈沖，這個脈沖的時間間隔由引腳2決定，如果脈沖間隔大于引腳2的設定時間，芯片將輸出一個復位脈沖使MCU復位[7]。這個功能可以有效防止MCU系統(tǒng)死機。系統(tǒng)中引腳2接電源，所以“喂狗”脈沖的時間間隔必須小于1.2 s。看門狗電路如圖4所示。

圖4 看門狗電路原理圖

3 軟件設計

本設計使用了大量的IO口。IO口所關聯(lián)的對象是5 V信號，因此首先要選取可以容忍5 V電平的端口[8]。若聲光報警和語音報警同時觸發(fā)，那么就需要通過判斷語音報警電路的BUSY信號的電平，然后采用外部中斷的方式來觸發(fā)聲光報警。圖5為切換控制和語音報警程序流程圖，圖6為中斷函數(shù)流程圖。

圖6 中斷函數(shù)流程圖

4 實物測試

4.1 報警語音文件

報警的語音文件可以采用語音錄制的方式獲得，也可以采用轉(zhuǎn)換軟件進行轉(zhuǎn)換獲得。語音文件通過WT558D語音編譯軟件進行編譯。之后將編譯好的文件下載到語音模塊，如圖7所示。

圖7 語音文件編譯器

4.2 實物展示

碼流切換器控制系統(tǒng)有19個按鍵，其中8組按鍵分別控制了8臺碼流切換器，每組按鍵代表所對應碼流切換器的主備路碼流?！癟EST”按鍵用來測試碼流切換器控制系統(tǒng)是否工作正常，“STOP”按鍵的作用是當發(fā)生語音報警時可以將停止按鍵按下來停止語音報警，“LOCK”按鍵的作用是面板鎖，目的是防止誤操作，“LOCK”紅燈亮起時表示面板按鍵無效，“LOCK”按鍵綠燈亮起時表示可以進行正常的切換控制。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

報警器的后面板采用DB9的接口與碼流切換器進行連接，圖9為報警器后面板的3個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分別對應碼流切換器Relay1接口的3個引腳，Relay2-2、Relay2-3對應碼流切換器Relay2接口的2個引腳。GPI3-IN、GPI4-IN分別對應碼流切換器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)對應。Relay1的1腳閉合代表碼流切換器當前是主路碼流輸出，同時主路的按鍵指示燈亮起；Relay1的3腳閉合代表碼流切換器當前是備路碼流輸出，同時備路的按鍵指示燈亮起。Relay2的2腳和3腳控制語音報警，當碼流切換器切換備路碼流時觸發(fā)語音報警和聲光報警。

4.3 實驗結果

使用該系統(tǒng)進行主備路碼流切換操作，驗證系統(tǒng)功能。實驗結果表明，控制面板的指示燈可以正確地指示碼流切換器的當前輸出狀態(tài)；當任一碼流切換器切換備路時，控制面板能夠準確及時地發(fā)出語音和聲光報警提示信息，并且備路的狀態(tài)指示燈亮起；在控制面板進行主備路切換時，碼流切換器可以及時準確地進行切換動作。

5 結 語

本文設計的系統(tǒng)采用了ST公司的ARM芯片STM32F103ZET6，其豐富的IO口、定時器以及外部中斷，大大簡化了硬件設計，節(jié)約了成本。本系統(tǒng)具有高可靠性和低功耗的特點。系統(tǒng)能夠?qū)Υa流切換器進行切換控制，同時能夠正確指示碼流切換器的輸出狀態(tài)，當切換備路信號時能夠做出準確及時的語音報警提示，從而提高安全播出的能力。與此同時，該系統(tǒng)也可以對任何可以接收GPI信號的設備進行切換控制。隨著國家廣播電視總局對安全播出要求的進一步提升，該系統(tǒng)在廣電系統(tǒng)具有更加廣泛的應用價值。