单片机程控改造校园公共广播系统
校园公共广播系统是学校信息发布传播的一种工具，在国内历经几十年的发展历史，由最初的磁带卡座机器加定压有线功放，演变成现在的网络多媒体智能控制数字广播。随着电子技术的迅猛发展，新一代数字智能广播将融合闭路电视、宽带网络、计算机多媒体及互联网应用技术，集铃声、背景音乐、消防报警演练、视频监控、外语听力训练和相关教学资源应用于一体。
当前，虽然该系统在上课铃声、集会做操和校园信息广播中有着优秀的表现，但工作期间故障率高，发射端和接收端经常出现故障，给学校广播和教学带来不少麻烦。本文针对该系统进行故障原因分析，利用单片机对其改造，以提高该系统的可靠性。
关键词： 单片机；校园；公共广播
一、分析故障原因
为了数字化校园建设，学校引入一套无线寻址智能分体式校园公共广播，该设备投入使用至今，工作期间故障率极高，分析其原因有：（1）学校周边地势较高；（2）容易受到周边信号的干扰、该地区雷雨电的突发天气影响，由于天线所在位置高，易受到雷击损坏，因天线与发射主机直接连接，往往发射主机也同时损坏；（3）防水音柱接收天线采用外挂多股细绝缘线，大雨和大风会影响其接收效果，造成信号失真和产生噪音；（4）天线和发射主机不匹配，或天线受到台风影响发生位移，影响发射功耗；（5）强电源干扰发射和接收信道。（6）人为操作不对，发射频率不匹配或信号设置调整不当。
二、应对措施
根据以上故障原因分析，以校方提供的场地图纸和系统要求、扩声要求、音响系统设计、施工的经验以及考虑系统用途的先进性和功能扩展性为依据；逐一提出技术改进和避免故障应对措施。决定从以下三方面技术改造无线寻址智能分体式校园公共广播系统：（1）加装天线自动升降器；（2）单片机程控发射主机工作，分时分区控制接收音柱工作；（3）加装电源滤波器，提高抗干扰能力。
三、单片机技术改造
考虑到技术改造关键点是保护无线发射主机，使其不受到干扰和雷击，提高工作稳定性，对整个无线校园广播系统起到举足轻重作用。
1、天线自动升降系统
天线自动升降系统由YNT-5金属自动升降杆、控制盒和支撑平台组成，改造中把发射天线安装在六楼广播控制室房间内部，正常工作时上升到比楼顶天面高约5m，比原安装位置高2.5m。下雨雷击时，升降杆收缩至最低，发射天线不再伸出楼顶天面，由于大楼四周均有避雷措施，同时发射主机断电，即使有雷电袭击，此时都能保护到天线和发射主机的安全。
选择行程高达5米的自动升降杆，自带控制和保护装置，根据程控要求，控制盒电源改由单片机程控系统控制，天线的升降与发射主机同步，在突发雷电时刻，可在1分钟内自动或手动收回，平时正常广播期间，天线处在升降杆上升最高位置工作。
施工安装时，在六楼校园公共广播室侧面，打开一个0.5mX0.5m天面升降口，做好防风防雨措施。天线通过支架固定在自动升降杆顶端，形成天线自动升降器。信号馈线采用国标同轴电缆，考虑到自动升降器行程，在天线支架至升降器底部需预留不少于6m的信号馈线，广播控制室设置保护接地和工作接地，接地电阻不大于1欧姆。天线升降器3根地锚连接到工作接地处。
2、单片机程控系统
该系统以单片机为主控芯片，电路如图1所示。
由电源、台湾SENTRY雷电感应器、按键指示灯、STC8F2K64S4单片机和继电器控制组成，电路板遵循简洁可靠原则，程序需经仿真和恶劣环境（高低温、开关冲击和老化测试）试验使用，均能按设计程序正常工作。3组大型继电器分别控制发射主机和天线电动升降电源、电动升降器下降和天线馈线闭合断开。
电路按键功能如下：
S1：复位按钮，按下时程序重新运行。
S2：发射主机和天线升降杆电源强制关断，天线馈线强制断开。由J1、J3继电器控制K1、K3实现通断。
S3：电动天线升降杆强制下降，由J2继电器控制K2实现电动升降杆下降。
图1 单片机程控电路图
根据设计功能，单片机系统具体工作流程是：上电，电路执行复位动作，完毕后P12端口输出高电平，继电器J3得电，K3闭合，天线和发射主机连接；P11端口输出低电平，继电器J2失电，K2断开，电动升降杆不执行下降动作；P10端口输出高电平，VT1导通，继电器J1得电，K1闭合，发射主机和电动天线杆得电，端口输出信号顺序为P12、P11、P10。
当两个雷电传感器任意一个检测到雷电接近时，P32或P33输入低电平（触发报警），P11端口输出高电平，继电器J2得电，K2闭合，电动升降杆执行下降动作。延时一定时间后，P10端口输出低电平，继电器J1失电，K1断开，发射主机和电动天线杆断电。延时一定时间后，P12端口输出低电平，继电器J3失电，K3断开，天线和发射主机断开，保护天线和发射主机不受雷击。10分钟之内，没检测到雷电信号，中断结束，系统恢复正常工作状态。
3、加装交流电源滤波器
采用两级电源滤波器方案，一级是所有广播设备供电由5000VA稳孚精密净化交流稳压电源提供，二级是加装CW4L2-10A/20-S单相双节电源滤波器，此滤波器体积小巧，安装在每台广播设备内部空余地方，进一步增强单台设备的电源滤波效果。
四、安装调试
单片机程控电路经设计、仿真、焊接、调试等环节成功后，接下来的工作进入安装施工环节。按照施工顺序分五步进行：
第一步：加装电源滤波器
在广播控制室电源入端，加装两级电源滤波方案：先安装稳孚精密净化交流稳压电源，所有广播设备电源由其提供。调整交流稳压电源相关稳压参数，保存后放置在机柜最下层。为了保证使用环境温度不超限，在机柜下层加装两台直径150mm风扇强制散热。再将单相双节电源滤波器分别装在发射主机、智能寻址控制机、音源、无线话筒和调音台机器内部，选择合理空间位置，使用自攻螺丝固定。
第二步：安装天线自动升降系统
关键点是天线和升降杆的固定，通过加工铝合金固定支架，使用不锈钢螺丝固定在升降杆最顶端位置。总装完后，进行防风测试，因该地区处在台风频繁地区，升降杆全升配上天线高度距楼面有7.5m，底座和防风措施需承受至少10级台风的袭击。天线信号馈线使用加粗塑料绑带固定在支架上，控制盒移位到室内，不受雨淋日晒影响。
第三步：音柱接收天线固定
打开发射主机，智能寻址成功后，利用遥控器重新设置每一个音柱的接收频率和分区信道，调整天线的空间位置，在接收信号最清晰时使用玻璃胶固定天线，使其不受大风影响。
第四步：单片机程控板安装
由于寻址编码主机空间巨大，散热良好，决定把单片机电路板安装在内部，这样方便集中控制其它设备。3组大型继电器触点使用Ф6mm2铜线引出至专用插座，并在插座贴上标签，方便日后检修。
第五步：通电统调
检查所有设备正常后，人为让任意一个SENTRY雷电感应器输出低电平，这时相当于模拟有雷击，单片机程序起控，认为雷电正接近，继电器J2通电，K2闭合，电动升降杆下降。一定延时后，继电器J1失电，K1断开，发射主机和电动天线杆停止工作。延时3S后，继电器J3失电，K3断开，天线馈线与发射主机端口连接断开，程序按设定流程执行。
经过通电调试，单片机电路板所有功能正常，使用自攻螺丝安装固定。
五、总结
从技术改造方案设计到总装调试，每道工序严格按照相关规定和工艺要求来实施，该系统自从调试成功运行至今，再也没有发生故障，本次技术改造成功。
无线宽带和多媒体教学资源的介入，将来智能型校园公共广播不仅仅担任声音传播的角色，在学校教学资源共享、安防报警和个人信息传递等方面，将发挥更重要的作用。无线寻址集控型校园公共广播系统作为一款过渡期产品，优缺点十分明显，在一些要求不高和特定环境的区域，此类广播系统还是有用武之地，如何将一款过渡期产品，通过一系列的技术改装改造，扬长避短让其继续发挥服役余热，既解决了系统不稳定的故障难题，又提高经济效益，是一项有意义值得推广的项目。
参考文献
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