一種廣播音量自適應控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種廣播音量自適應控制系統，包含單片機、噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、按鍵電路、顯示電路、電源電路；本發明以MSP430單片機為控制器，通過噪音檢測電路對大廳內噪音信號進行采集檢測，利用MSP430片內的A/D轉換器將其轉化為數字量并計算平均噪音；根據處理后的平均噪音利用音量控制電路切換分壓電阻，實現動態多變的噪音環境下廣播音量的自適應控制。系統結構簡單，性價比高，實驗結果表明，廣播音量的自適應控制效果顯著，在保證大廳廣播傳播率的同時兼顧乘客的舒適度與節能性，具有良好的應用推廣價值。
【專利說明】
一種廣播音量自適應控制系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種廣播音量控制系統，尤其涉及一種廣播音量自適應控制系統，屬于智能控制技術領域。
【背景技術】
[0002]在機場、車站及碼頭等公共出行大廳中存在復雜的人為噪音，如旅客的嘈雜聲、航班進港離港以及機車進出站所產生的噪音等。這些噪音直接影響乘客收聽大廳廣播的效果。若廣播音量較小導致乘客聽不清廣播內容，錯過出行的關鍵信息;若廣播持續大音量播音，則會大大降低乘客的舒適度。因此，本發明設計了一種廣播音量自適應控制系統，系統根據檢測到的實際環境噪音大小自動調節廣播音量，使播音音量略高于環境噪音，既保證廣播的信息傳播效率又兼顧了舒適性，同時也在一定程度上降低了廣播播音的電能消耗。

【發明內容】

[0003]發明目的:
本發明的目的正是基于上述原因，解決【背景技術】中的不足，提供一種廣播音量自適應控制系統。
[0004]技術方案:
為了實現上述發明目的，本發明采用的方案為:
一種廣播音量自適應控制系統，包含單片機、噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、按鍵電路、顯示電路、電源電路，所述噪音檢測電路和按鍵電路的輸出端分別連接單片機的輸入端，所述單片機的輸出端分別連接音量控制電路、語音播放電路和顯示電路的輸入端，所述音量控制電路的輸出端連接語音播放電路的輸入端，所述電源電路的輸出端分別連接噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、顯示電路的輸入端。
[0005]作為本發明一種廣播音量自適應控制系統的進一步優選方案，所述單片機的主控芯片采用MSP430F149。
[0006]作為本發明一種廣播音量自適應控制系統的進一步優選方案，所述電源電路采用3.3 V直流電源。
[0007]作為本發明一種廣播音量自適應控制系統的進一步優選方案，所述噪音檢測電路采用電容式駐極體話筒MIC。
[0008]作為本發明一種廣播音量自適應控制系統的進一步優選方案，該系統還包含A/D轉換器，所述噪音檢測電路通過A/D轉換器連接單片機。
[0009]作為本發明一種廣播音量自適應控制系統的進一步優選方案，所述語音播放電路采用華邦公司的ISD1760語音芯片。
[0010]作為本發明一種廣播音量自適應控制系統的進一步優選方案，所述顯示電路采用LCD1602液晶器。
[0011]有益效果: 1、本發明一種廣播音量自適應控制系統可以根據檢測到的實際噪音大小控制廣播音量的輸出，保證復雜環境噪音下乘客既能夠聽清廣播內容，又避免持續的大音量播出對舒適度的影響和電力資源消耗；
2、本發明一種廣播音量自適應控制系統系統硬件結構簡單，軟件設計靈活，性價比高，具有良好的應用價值和推廣意義。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的系統結構框圖；
圖2是本發明的單片機及電源電路電路圖；
圖3是本發明的噪音檢測電路電路圖；
圖4是本發明的音量控制電路電路圖；
圖5是本發明的語音播放電路電路圖；
圖6是本發明的顯不電路電路圖；
圖7是本發明的按鍵電路電路圖。
[0013]具體實施方案:
下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述:
如圖1所示，一種廣播音量自適應控制系統，包含單片機、噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、按鍵電路、顯示電路、電源電路，所述噪音檢測電路和按鍵電路的輸出端分別連接單片機的輸入端，所述單片機的輸出端分別連接音量控制電路、語音播放電路和顯示電路的輸入端，所述音量控制電路的輸出端連接語音播放電路的輸入端，所述電源電路的輸出端分別連接噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、顯示電路的輸入端。單片機作為系統控制器；電源電路，為單片機及外圍電路提供電壓;噪音檢測電路，檢測大廳的實時噪音，與單片機信號輸入端連接;音量控制電路，實現分壓電阻的電位切換;語音播放電路，調節輸出電壓，實現音量的自適應控制；顯示電路，利用液晶顯示器實時顯示噪音及廣播音量信息;按鍵電路，控制廣播音量控制的模式選擇。
[0014]其中，所述單片機的主控芯片采用MSP430F149，所述電源電路采用3.3V直流電源，所述噪音檢測電路采用電容式駐極體話筒MIC，該系統還包含A/D轉換器，所述噪音檢測電路通過A/D轉換器連接單片機，所述語音播放電路采用華邦公司的ISD1760語音芯片，所述顯示電路采用IXD1602液晶器。
[0015]本發明的主控芯片單片機采用MSP430F149。電源電路采用3.3V直流電源供電，電源電路如圖2所示。振蕩電路采用內部振蕩方式，系統晶振為8MHz，起振電容分別為22pF。復位電路采用上電復位和按鍵復位復合的方式。本發明的電源電路統一采用+3.3V直流電源給控制器的數字電源和模擬電源供電，利用通用電源適配器輸出+ 5V直流電壓，采用AMl 117-3.3穩壓芯片從+5V中取得+3.3V電壓，完全滿足控制器電源電壓需求。同時，獲得的+3.3V電壓連接到控制器的VeREF+端，可為后期ADC采樣提供參考電壓。為了穩定電源，在控制器的數字電源和模擬電源引腳分別接0.1uF濾波電容。需要說明的是，在使用AM1117-3.3需要在輸入端和輸出端并聯濾波電容，起到穩定電源電壓作用。在+5V電源端串接一個Dl發光二極管可用作電源指示燈用來判斷電源有無電壓。電源電路如圖2所示。
[0016]本發明的噪音檢測電路如圖3所示。電容式駐極體話筒MIC將噪音聲波轉為電壓信號，由C21和C22電容的低頻和高頻濾波后，再經過可調電阻R21選擇適當的噪音信號電壓輸入到運放LM386進行信號放大。LM386的I號和8號引腳是電壓增益倍數選擇端，接入1uF電容實現LM386的200倍最高增益。當選擇較高增益工作時，7號旁路引腳需要對地接入0.1uF電容，防止增益的下降造成的不穩定工作等情況。在5號引腳的音頻輸出端，串接C24和R22到地進行高頻濾波，經過C23電容低頻濾波和Dll去除可能出現的電源負壓后到R20電位器，增益200倍的電信號在0-4V范圍內，超出單片機的最大采樣電壓+3.3V，故通過R20調壓后送到單片機的P6.0引腳。在P6.0檢測端接入DlO指示燈直觀的觀察噪音的有無及大小。輸出端接D12和R23用來給C23電容放電，放電速度取決于R23的阻值，其目的是較快的反應噪音信號的平均直流電壓以保證噪音檢測的實時性。為了消除電源適配器送出的5V電源中可能夾雜的各種高低頻噪音(尤其低頻噪音)，在檢測模塊電源輸入端需并聯C16大電容以去除來自電源中不必要的噪音干擾。系統采用MSP 430單片機片內集成的12位A/D轉換器將電壓信號轉變為數字量，無需另外搭建外圍A/D轉換電路。MSP430F149的P6端口為8路模擬信號外部輸入通道，對模擬信息進行檢查，滿足實時數據處理系統的要求。MSP430F149的A/D轉換由寄存器AD12SSEL選擇內核時鐘源，寄存器ADC12DIV選擇分頻系數，寄存器SHT控制采樣周期。該系統單片機設置的采樣周期是128us，每次采樣后ADC硬件會自動將轉換結果存放到相應的ADC12MEN寄存器中。本系統采樣128個點并去極點后進行平均計算得到一個平均噪音點，因為環境噪音的不確定性，可能在某個瞬間出現異常較大噪音，所以檢測狀態設置為3秒，計算3秒內平均噪音作為環境噪音值。
[0017]本發明的音量控制電路如圖4所示。系統采用電阻進行信號分壓，分壓電阻的阻值取決于控制器的Pl.0、P1.1和Pl.2引腳狀態。根據ADC采樣得到平均噪音大小，通過控制單片機P1.0、P1.1及Pl.2端口的輸出狀態，通過控制繼電器的吸合來切換分壓電阻，具體分壓電阻大小根據實際情況而定。總體而言，噪音越小則和揚聲器串聯的分壓電阻越大，揚聲器播音越小;反之，揚聲器串聯的分壓電阻越小，揚聲器播音越大。分壓電阻的電位輸出分別接在ISD1760語音芯片的13號和15號引腳上。在音量控制電路中采用S8050型NPN三極管驅動繼電器，在其基極串聯發光二極管和電阻分別起到指示檔位和限流作用。當端口電平為高電平時繼電器驅動，相對應的指示燈點亮，指示燈點亮的個數對應著相應的音量檔位。在使用繼電器時需要在線圈兩端反接二極管放電，避免線圈突然斷電產生的反向感應電壓損壞三極管等器件。
[0018]本發明的語音播放電路如圖5所示。為了模擬大廳的廣播播音，系統采用華邦公司的ISD1760語音芯片模擬播音，該芯片可以進行錄音并且能長時間掉電儲存，且芯片內部包含有自動增益控制、揚聲器驅動線路等功能。在ISD1760芯片20號引腳Rosc串聯震蕩電阻來自定芯片的采樣頻率，其采樣頻率可在4KHz - 12KHz中選取，不同的采樣頻率儲存的時間長度不同，系統根據實際播音的平均時長采用8KHz的采樣頻率。ISD1760芯片的工作電壓為2.4V - 5.5V，最高不能超過6V。芯片有多個電源端，I號引腳Vccd(數字電源)、14號引腳Vccp(揚聲器驅動電源)和21號引腳Vcca(模擬電源)均接+5V電源端供電，同時在芯片輸入端并聯電容進行濾波，以免帶來不必要的信號干擾，在使用內部自動增益控制電路時需要在芯片的18號引腳AGC端串接4.7uF有極電容，以達到自動增益的目的。為了便于觀察芯片的工作狀態，設計了播放狀態LED指示燈D2(當芯片處在播放音頻狀態時LED閃爍，否則熄滅)和電源LED指示燈D3。ISD1760同樣可直接進行按鍵操作，19號引腳VOL控制音量大小，23號弓丨腳PLA Y控制聲音的播放與停止，本系統只需要用到VOL引腳和PLAY弓丨腳連接到鍵盤，其余引腳懸空不接。圖5中芯片的13號和15號引腳為語音播放的輸出端口。
[0019]本發明的顯示電路如圖6所示。為了便于觀測系統工作過程，系統采用LCD1602液晶器顯示平均采樣電壓(由噪音檢測電路輸出經過單片機濾波計算后的電壓)、系統工作狀態(檢測、播放和停止)、噪音大小及當前音量調節方式(自動和手動)。1602的I號和2號引腳分別是電源的對地端和+5V電壓端，3號引腳是模塊顯示的對比度，接地時對比度最高，在此接入100K可調電阻，方便隨時調節對比度。作為控制端口的4-6號引腳分別由單片機的P4.5-P4.7端口控制。7-14號引腳為8位雙向數據端，與單片機的P5 口相連。15和16號引腳為背光燈電源正負極。
[0020]本發明的按鍵電路如圖7所示。S3按鍵接在ISD1760的23號引腳上進行播放/停止控制，按下給予端口低電平信號，語音芯片播放廣播語音。播放端口同時受控制器的控制，因為考慮到可能隨時有按下按鍵的可能，需要串聯一個100 Ω電阻，否則易造成控制器I/o口短路。S4和S5分別是中斷檢測端和單次/循環模式端，分別和控制器的P2.0和P2.1端口相連接，須接上拉電阻，否則按鍵無法正常工作。S4中斷檢測是指在系統播放廣播時人為進行強制停止進行檢測噪音，S5單次/循環播放模式是根據實際情況設置，單次模式指廣播進行一次環境噪音檢測播放一段廣播錄音即停止播放，循環模式則是指系統在檢測狀態和播放狀態來回循環進行。考慮系統的安全性和穩定性，一旦音量自適應控制出現故障，為了保證音量可調，系統設計手動調節音量功能。S2音量增減鍵與語音芯片第19號引腳VOL相連。S2控制音量的加減操作，每按一下，音量便會減小一檔，達到最小檔位后再次按下S2鍵，音量跳到最大檔位，如此循環以控制音量大小。音量手動調節功能共有8個音量檔位供選擇，每次按下音量增減S2鍵音量大小會改變4dB，初始上電時音量默認設置為最大檔位。
本發明一種廣播音量自適應控制系統可以根據檢測到的實際噪音大小控制廣播音量的輸出，保證復雜環境噪音下乘客既能夠聽清廣播內容，又避免持續的大音量播出對舒適度的影響和電力資源消耗;本發明一種廣播音量自適應控制系統系統硬件結構簡單，軟件設計靈活，性價比高，具有良好的應用價值和推廣意義。
[0021]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0022]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以再不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:包含單片機、噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、按鍵電路、顯示電路、電源電路，所述噪音檢測電路和按鍵電路的輸出端分別連接單片機的輸入端，所述單片機的輸出端分別連接音量控制電路、語音播放電路和顯示電路的輸入端，所述音量控制電路的輸出端連接語音播放電路的輸入端，所述電源電路的輸出端分別連接噪音檢測電路、音量控制電路、語音播放電路、顯示電路的輸入端。2.根據權利要求1所述的一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:所述單片機的主控芯片采用MSP430F149。3.根據權利要求1所述的一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:所述電源電路采用3.3V直流電源。4.根據權利要求1所述的一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:所述噪音檢測電路采用電容式駐極體話筒MI C。5.根據權利要求1所述的一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:該系統還包含A/D轉換器，所述噪音檢測電路通過A/D轉換器連接單片機。6.根據權利要求1所述的一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:所述語音播放電路采用華邦公司的ISD1760語音芯片。7.根據權利要求1所述的一種廣播音量自適應控制系統，其特征在于:所述顯示電路采用IXD1602液晶器。
【文檔編號】H04R3/00GK106028220SQ201610545985
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】王玉芳, 湯杰, 曹輝, 沈慧想
【申請人】南京信息工程大學