基于ARM的多功能錄擴(kuò)音系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：電力企業(yè)安全第一，因此，在生產(chǎn)過程中，操作步驟、工作內(nèi)容、安全措施、分工等都提出了錄音要求，但是，傳統(tǒng)的錄音機(jī)、錄音筆等因?yàn)楣δ堋⑷萘俊⒈憷缘炔槐阌诠ぷ髦械氖褂茫覀兲岢隽嘶贏RMAT91SAM9263的多功能錄擴(kuò)音系統(tǒng)，由聲音控制實(shí)現(xiàn)無聲或聲音低至設(shè)定值時自動停止錄音記錄，恢復(fù)聲音時自動開始錄音的功能以滿足電力生產(chǎn)準(zhǔn)軍事化和電力工作安全第一的要求，促進(jìn)安全生產(chǎn)。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/197921.htm

關(guān)鍵詞：錄音；擴(kuò)音；ARM

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

引言

電力企業(yè)安全第一。電力工作中包括調(diào)度預(yù)令、操作指令、操作步驟、操作匯報、情況匯報等都需要進(jìn)行電話錄音，錄音記錄能更好地督促相關(guān)人員嚴(yán)格遵守安全步驟和勞動紀(jì)律，極大地促進(jìn)了電力安全生產(chǎn)。目前，福建、浙江地區(qū)相繼開展了電力系統(tǒng)準(zhǔn)軍事化工作，對電力生產(chǎn)的正規(guī)性和安全起到了很好的促進(jìn)作用。與此同時，檢修工作中操作步驟、工作內(nèi)容、安全措施、分工等都提出了錄音要求，但是，傳統(tǒng)的錄音機(jī)、錄音筆等因?yàn)楣δ堋⑷萘俊⒈憷缘炔槐阌诠ぷ髦械氖褂肹1，2，3]。

多功能錄擴(kuò)音系統(tǒng)，它主要包括ARM數(shù)據(jù)處理模塊、錄音系統(tǒng)、擴(kuò)音系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能適用、便攜、操作簡單。其中，錄音系統(tǒng)用于記錄電力檢修工作中工作前的工作內(nèi)容、危險點(diǎn)、安全措施及分工安排等；擴(kuò)音系統(tǒng)輔助工作負(fù)責(zé)人對上述工作交底的擴(kuò)音，特別是在大型檢修或人員眾多的場合等，促進(jìn)了電力安全生產(chǎn)，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(dāng)外界聲音太小時自動暫停錄音，有聲音時自動繼續(xù)錄音，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

新型錄放音系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

多功能錄擴(kuò)音系統(tǒng)CPU采用32位ARM處理器—AT91SAM9263，錄音模塊采用性能十分優(yōu)越的語音芯片，美國ISD公司生產(chǎn)的ISD4004語音芯片，擴(kuò)音模塊則是基于得到廣泛應(yīng)用的TEA2025功放芯片。

ARM模塊

美國A T M E L公司生產(chǎn)的AT91SAM9263型微控制器。該控制器基于ARM9263EJ-S的工業(yè)級系統(tǒng)級（System on Chip，SoC）芯片；具有豐富的片上資源和標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)等特點(diǎn)，具有極強(qiáng)的音頻處理能力。AT91SAM9263芯片的最小系統(tǒng)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(tǒng)，ISD4004芯片無須A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，具有可多次重復(fù)錄放、存儲時間長、使用時不需擴(kuò)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(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)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(shè)定值，則自動暫停錄音，而當(dāng)聲音重新升高后，則自動繼續(xù)錄音。

擴(kuò)音系統(tǒng)

擴(kuò)音模塊采用TEA2025功放芯片和音響，輸出功率可達(dá)4.7W，聲音輸出清晰洪亮。TEA2025是歐洲生產(chǎn)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(diào)節(jié)等特點(diǎn)，應(yīng)用于袖珍式或便攜式立體聲音響系統(tǒng)中作功率放大。擴(kuò)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(jìn)行錄音，一路首先進(jìn)過三極管Q1共射放大。三極管Q1的靜態(tài)電流在1mA左右，集電極靜態(tài)電壓在3V左右，語音信號經(jīng)過Q1放大后經(jīng)C8隔直送入功放TEA2025進(jìn)行功率放大。擴(kuò)音模塊既接入麥克的信號，同時又受錄音系統(tǒng)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(nèi)部集成的SD/ MMC卡控制器，在系統(tǒng)中設(shè)計了SD/ MMC卡接口，使系統(tǒng)可以使用SD/ MMC卡對測量數(shù)據(jù)進(jìn)程存儲，有效地增強(qiáng)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)

目前，可供選擇的操作系統(tǒng)很多，在這里我們采用μC/OS-II。μC/ OS-II具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，最小內(nèi)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(wù)之前，必須使用函數(shù)OSInit（）實(shí)現(xiàn)初始化，對所有全局變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化。同時OSInit（）函數(shù)會創(chuàng)建一個空閑任務(wù)OSTaskIdle，為該任務(wù)分配最低優(yōu)先級并使之處于就緒狀態(tài)。如果用戶應(yīng)用程序還要使用統(tǒng)計任務(wù)，則建立統(tǒng)計任務(wù)OSTaskstat（）并讓它進(jìn)入就緒態(tài)，此任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)為OS_LOWESTPRIG_1，系統(tǒng)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(kuò)音系統(tǒng)，充分發(fā)揮了ARM接口豐富的特點(diǎn)，移植了高效、穩(wěn)定的μC/ OS-II操作系統(tǒng)后，具有擴(kuò)音、錄音、放音等多種功能，適應(yīng)了電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的需要。