基于嵌入式平台的码流切换器控制系统的设计与实现

郑 伟，肖建波，代作伟，石 然，吴 艳

（贵州广播电视台，贵州 贵阳 550025）

0 引 言

码流切换器是广电行业的专用设备，广泛应用在广电系统的传输环节，能够实现远距离传输。但是由于码流切换器一般都架设在设备机房，并且没有配备相应的应急切换和切换后的报警装置，从而导致码流切换后工作人员并不知晓切换结果，除非去设备机房现场查看码流切换状态，这样严重影响到安全播出[1-2]。本文设计的码流切换器控制系统能够解决这一问题，系统能够在紧急情况下切换主备路码流，并且发出语音和声光报警提示，能够有效降低播控值班人员的工作强度，在节省人力的情况下，提高了安全播出的能力。

1 系统组成

该系统以STM32作为信号处理的核心，周边模块包括电源模块、按键指示灯模块、语音处理模块、GPI声光报警模块以及看门狗模块等。STM32接收到来自码流切换器输出的RELAY信号后，改变按键指示灯的状态，从而指示当前码流切换器的主备路输出状态，并通过语音播报来提示工作人员信号已切换、是否需要人工干预。同时，工作人员也可以通过操作码流切换控制器的按键输出GPI信号来进行码流切换，达到应急切换的目的。语音模块根据接收到的不同的控制码，触发不同的语音进行播放，同时RELAY信号也会触发声光报警器进行声光报警，从而提示工作人员某个码流切换器发生了码流切换动作[3-4]。看门狗模块是为了防止单片机程序跑飞而专门设计的。系统基本架构如图1 所示。

图1 系统基本架构

2 硬件设计

2.1 STM32简介

本文采用的MCU型号为STM32F103ZET6，该芯片有64 kB SRAM、512 kB FLASH、11个定时器、5个串口和112个通用IO口。所有IO口均可以映射到16个外部中断，几乎所有IO口均可以容忍 5 V信号。这些硬件资源完全能够满足系统的要求。

2.2 语音报警电路

语音报警采用WT588D语音芯片。该芯片内置DSP高速语音处理器和13位的DA处理器，处理速度快、音质好，支持DAC输出，可加载WAV音频格式；支持220个语音地址位，每个地址最多可加载128段语音；支持按键控制、并口控制、一线控制等多种播放控制模式[5]。基于应用的要求，系统采用了一线串口的播放模式。语音报警电路如图2所示。

图2 语音报警电路原理图

2.3 GPI声光报警电路

GPI声光报警电路在系统发出语音报警的同时，触发蜂鸣器和LED灯进行同步报警，从而增强报警的效果[6]。声光报警原理如图3所示。

图3 声光报警电路原理图

2.4 看门狗电路

看门狗电路采用DS1232芯片，该芯片是一个具有看门狗功能的电源监测芯片，稳定性好，在电源通断电、电压下降和死机时都会输出一个复位脉冲。芯片在工作时，需要不间断地给引脚7输入一个“喂狗”脉冲，这个脉冲的时间间隔由引脚2决定，如果脉冲间隔大于引脚2的设定时间，芯片将输出一个复位脉冲使MCU复位[7]。这个功能可以有效防止MCU系统死机。系统中引脚2接电源，所以“喂狗”脉冲的时间间隔必须小于1.2 s。看门狗电路如图4所示。

图4 看门狗电路原理图

3 软件设计

本设计使用了大量的IO口。IO口所关联的对象是5 V信号，因此首先要选取可以容忍5 V电平的端口[8]。若声光报警和语音报警同时触发，那么就需要通过判断语音报警电路的BUSY信号的电平，然后采用外部中断的方式来触发声光报警。图5为切换控制和语音报警程序流程图，图6为中断函数流程图。

图6 中断函数流程图

4 实物测试

4.1 报警语音文件

报警的语音文件可以采用语音录制的方式获得，也可以采用转换软件进行转换获得。语音文件通过WT558D语音编译软件进行编译。之后将编译好的文件下载到语音模块，如图7所示。

图7 语音文件编译器

4.2 实物展示

码流切换器控制系统有19个按键，其中8组按键分别控制了8台码流切换器，每组按键代表所对应码流切换器的主备路码流。“TEST”按键用来测试码流切换器控制系统是否工作正常，“STOP”按键的作用是当发生语音报警时可以将停止按键按下来停止语音报警，“LOCK”按键的作用是面板锁，目的是防止误操作，“LOCK”红灯亮起时表示面板按键无效，“LOCK”按键绿灯亮起时表示可以进行正常的切换控制。该系统的前面板如图8所示。

图8 码流切换器控制系统前面板

报警器的后面板采用DB9的接口与码流切换器进行连接，图9为报警器后面板的3个DB9接口引脚定义。图10为码流切换器后面板的Relay、GPI接口原理图和引脚定义。引脚的Relay1-1、Relay1-2、Relay1-3分别对应码流切换器Relay1接口的3个引脚，Relay2-2、Relay2-3对应码流切换器Relay2接口的2个引脚。GPI3-IN、GPI4-IN分别对应码流切换器GPI3、GPI4的Signal引脚。码流切换器Relay和GPI的含义如图10 所示。

图9 码流切换器控制系统DB9引脚定义

图10 码流切换器GPI和Relay接口原理和引脚定义

Relay1的状态与按键指示灯的状态对应。Relay1的1脚闭合代表码流切换器当前是主路码流输出，同时主路的按键指示灯亮起；Relay1的3脚闭合代表码流切换器当前是备路码流输出，同时备路的按键指示灯亮起。Relay2的2脚和3脚控制语音报警，当码流切换器切换备路码流时触发语音报警和声光报警。

4.3 实验结果

使用该系统进行主备路码流切换操作，验证系统功能。实验结果表明，控制面板的指示灯可以正确地指示码流切换器的当前输出状态；当任一码流切换器切换备路时，控制面板能够准确及时地发出语音和声光报警提示信息，并且备路的状态指示灯亮起；在控制面板进行主备路切换时，码流切换器可以及时准确地进行切换动作。

5 结 语

本文设计的系统采用了ST公司的ARM芯片STM32F103ZET6，其丰富的IO口、定时器以及外部中断，大大简化了硬件设计，节约了成本。本系统具有高可靠性和低功耗的特点。系统能够对码流切换器进行切换控制，同时能够正确指示码流切换器的输出状态，当切换备路信号时能够做出准确及时的语音报警提示，从而提高安全播出的能力。与此同时，该系统也可以对任何可以接收GPI信号的设备进行切换控制。随着国家广播电视总局对安全播出要求的进一步提升，该系统在广电系统具有更加广泛的应用价值。