基于嵌入式平臺的碼流切換器控制系統的設計與實現

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的專用設備，廣泛應用在廣電系統的傳輸環節，能夠實現遠距離傳輸。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，除非去設備機房現場查看碼流切換狀態，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能夠解決這一問題，系統能夠在緊急情況下切換主備路碼流，并且發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，在節省人力的情況下，提高了安全播出的能力。

1 系統組成

該系統以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，從而指示當前碼流切換器的主備路輸出狀態，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。語音模塊根據接收到的不同的控制碼，觸發不同的語音進行播放，同時RELAY信號也會觸發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。系統基本架構如圖1 所示。

圖1 系統基本架構

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。該芯片內置DSP高速語音處理器和13位的DA處理器，處理速度快、音質好，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]。基于應用的要求，系統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發出語音報警的同時，觸發蜂鳴器和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測芯片，穩定性好，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系統死機。系統中引腳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，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為中斷函數流程圖。

圖6 中斷函數流程圖

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，也可以采用轉換軟件進行轉換獲得。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。“TEST”按鍵用來測試碼流切換器控制系統是否工作正常，“STOP”按鍵的作用是當發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。該系統的前面板如圖8所示。

圖8 碼流切換器控制系統前面板

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的狀態與按鍵指示燈的狀態對應。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語音報警和聲光報警。

4.3 實驗結果

使用該系統進行主備路碼流切換操作，驗證系統功能。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；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出語音和聲光報警提示信息，并且備路的狀態指示燈亮起；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，節約了成本。本系統具有高可靠性和低功耗的特點。系統能夠對碼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，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，該系統在廣電系統具有更加廣泛的應用價值。