专利名称：自适应数字式多媒体集控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术，更具体地说，涉及一种自适应数字式多媒体集控系统。
背景技术：
多媒体教室是一种集声、光、电等多种技术于一身的现代化教学场所。其中同时使用了多种设备，且各种设备的开关逻辑、信号连接、设备控制等错综复杂。现有技术中多采取逻辑电路来实现上述功能，因而所需芯片数量多，集成度不高，价格昂贵。例如，在国内外多媒体中央控制器中，最具代表性的就是快思聪系列产品，国内有SUNNIC公司的AV-LINK 2000型多媒体综合电教室等。由于其中过多地引入了辅助设备，如触摸屏、专用控制计算机、以及专用通讯模块等，导致产品总价格达到万元以上。此类系统虽然可以多模式控制，效果良好，但价格昂贵，操作较为复杂。
另有一类产品虽设计较为简易，如启明电子贸易有限公司生产的集中控制器，但一般都需要计算机辅助读取红外编码，而且，当发生误操作时设备很难自动恢复，需要关机重新启动，不利于推广使用。
实用新型内容本实用新型要解决现有多媒体控制系统的上述缺陷，提供一种性价比高、操作简单、便于普及的多媒体设备集中控制设备。
本实用新型上述技术问题这样解决，构造一种自适应数字式多媒体集控系统，包括多媒体集中控制器及受其控制的一个或多个多媒体设备，所述多媒体集中控制器中包括电源电路，单片机控制电路，还包括与所述单片机控制电路连接的音频/视频输入输出控制电路、VGA信号输入输出控制电路、红外遥控发送和遥控编码自学习电路、按键输入及LED显示电路、话筒语音输入和话筒音量控制电路。
在本实用新型所述的自适应数字式多媒体集控系统中，所述音频/视频输入输出控制电路与影碟机、便携机、台式机、录像机、数码展台之类影音多媒体设备连接，以接收其音频及视频信号，并向相应的影音多媒体设备输出音频信号和视频信号。
在本实用新型所述的自适应数字式多媒体集控系统中，所述VGA信号输入输出控制电路与便携机、台式机、数码展台之类影音多媒体设备连接，以接收其VGA信号，并向相应的多媒体设备输出VGA信号。
在本实用新型所述的自适应数字式多媒体集控系统中，还包括与所述多媒体集中控制器连接的窗帘开关控制电路、屏幕开关控制电路、以及灯光开关控制电路。
在本实用新型所述的自适应数字式多媒体集控系统中，所述单片机控制电路中，采用摩托罗拉公司的高性能8位单片机MC68HC908GP32。
在本实用新型所述的自适应数字式多媒体集控系统中，所述红外遥控发送中包括指令键、指令编码电路、调制电路、载波振荡电路以及发送驱动电路。在受所述多媒体集中控制器控制的多媒体设备中，还装有红外遥控接收电路，其中包括光电转换电路、前置放大电路、滤波电路以及整形电路。
本实用新型用单片机控制技术实现包括话筒语音输入电路、音频/视频输入输出控制电路、VGA信号输入输出控制电路、红外遥控和编码自学习电路、按键及LED矩阵扫描电路、电源电路等各项功能，使得电路设计模块清晰、结构简单，集成度高，不仅降低了成本，而且性能可靠，功能完善，具有自身的特色，符合我国国情。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中
图1是本实用新型的系统配置示意图；图2是本实用新型的多媒体集中控制器与外围多媒体设备之间配合连接的原理框图；图3是本实用新型一个优选实施例中单片机电路部分的电路图；图4是与图3配合的话筒语音输入电路的连接关系图；图5是与图3配合的音频/视频输入输出控制电路的连接关系图；图6(a)和图6(b)是与图3配合的红外摇控发射电路和接收电路的原理；图7是本实施例中使用的CX20106A的原理图；图8是本实施例中CX20106A的应用电路图；图9(a)是红外遥控编码的波形图；图9(b)、图9(c)、图9(d)、图9(e)、图9(f)是红外遥控编码的局部示意图；图10(a)和图10(b)是两种常用编码的波形示意图；图11(a)、图11(b)、图11(c)、图11(d)分别是四种遥控码的码流示意图；图12是单片机接收到的码流波形图；图13是与图3配合的按键扫描及LED显示电路的连接关系图；图14是电源电路的连接关系图。
具体实施方式
一、整体说明当各类数字媒体设备逐步进入人们的工作、生活中时，对多媒体集控系统的需求也越来越迫切，尤其在学校和培训机构等场合。目前国内外已有一些功能各异的多媒体集控系统，但因为其价格偏高，系统组成及操作繁杂，难以得到普及。因而，研制一套功能完备、使用方便、便于普及的“傻瓜”型多媒体教学集控系统显得十分重要。
如图1所示，本实用新型的系统可将数码视频展示台、录像机、影碟机、多媒体计算机、多媒体投影机等先进的视听设备以及其它可遥控设备有机地整合起来，由使用者根据需要来集中控制，实现对多媒体教室内各种设备的常用功能操作。
本系统利用单片机控制技术，音频、视频及VGA信号的输入，混音、切换、多路分讯、驱动技术以及红外遥控和编码自学习技术，实现数码视频展示台、话筒、影碟机、录像机和电脑等设备的音频、视频及VGA信号的输入、处理、转换控制和输出，从而达到多媒体现场自适应智能集中控制，充分发挥多媒体设备的优势，增强多媒体教学效果的目的。其特点是采用了专用自适应辨码技术、简约化设计技术、系统自恢复技术和超强抗干扰软件容错技术，对各种现有的数字式多媒体仪器、设备及工作环境进行一机万能的集中控制。
二、工作原理该项目设计时，综合考虑了当前教学仪器、设备的最新研究成果即全数字化、高度集成化、功能强大以及方便易用等发展趋势，及时淘汰一批过时设备，并将视频展示台等新型数字设备引入控制系统。系统具有红外遥控编码自适应学习功能，从而实现了各种数字/模拟教学仪器、设备的现场可配置，这极大地增强了系统的现场适应性和配置的灵活性。
如图2所示，本实用新型的自适应数字式多媒体集控系统中包括多媒体集中控制器及受其控制的一个或多个多媒体设备，所述多媒体集中控制器中包括电源电路，单片机控制电路，还包括与所述单片机控制电路连接的音频/视频输入输出控制电路、VGA信号输入输出控制电路、红外遥控发送和遥控编码自学习电路、按键输入及LED显示电路、话筒语音输入和话筒音量控制电路。
从图2中可以看出，所述音频/视频输入输出控制电路与影碟机、便携机、台式机、录像机、数码展台之类影音多媒体设备连接，以接收其音频及视频信号，并向相应的影音多媒体设备输出音频信号和视频信号。
从图2中可以看出，所述VGA信号输入输出控制电路与便携机、台式机、数码展台之类影音多媒体设备连接，以接收其VGA信号，并向相应的多媒体设备输出VGA信号。
从图2中可以看出，还包括与所述多媒体集中控制器连接的窗帘开关控制电路、屏幕开关控制电路、以及灯光开关控制电路。
三、电路说明1、单片机控制电路如图3所示，本实施例中，采用摩托罗拉公司生产的高性能8位单片机MC68HC908GP32作为系统的中央控制核心。该单片机具有抗干扰能力强、半导体工艺先进、外围电路简单、不受电源波动的影响、整机成本低廉、保密性好等特点。MC68HC08GP32芯片是摩托罗拉公司生产的新一代八位单片机，具有速度快，功能强以及价格低等优点，特别是该种型号的单片机带有快闪(FLASH)存储器，因而具有较高的性能价格比。
2、话筒语音输入电路及话筒音量控制电路如图4所示，话筒语音输入电路由低噪声、高输入阻抗的NE5532运算放大器和部分阻容器件构成。如图3左部所示，话筒音量控制电路主要由XICOR公司的X9511集成电路来完成。NE5532是具有内部频率补偿电路的低噪声双运算放大器，可提供高性能的话筒音频信号放大，且信噪比高、失真率小、频率响应范围宽、成本低廉。
3、音频/视频输入输出控制电路如图3有右下角所示1)矩阵切换本实施例中，矩阵切换电路采用由MITEL公司生产的MT8816。这是一个8×16的模拟开关阵列，它内含7-128线地址译码器控制锁存器与8×16交叉开关阵列，是目前集成开关规模较大的电路。
2)视/音频输入/输出本实施例中，音频放大电路采用了一片运算放大器件，对音频信号进行反相放大，通过改变电阻R1和R5的比例关系可以调整电路的放大倍数，由电阻R2和R3进行分压，为运放电路提供比较电压。
音频信号混频输入和分讯输出通过CA082实现。视频信号多路分讯输出则由AD813三视频放大器来完成。
4、VGA信号输入输出控制电路VGA标准同以往的CGA、EGA等标准都不一样，它采用数模转换技术，输出模拟视频信号，因此同TTL数字信号比，其彩帧显示能力大大增强，原则上可显示无穷多的颜色，是以后所有显示技术的发展基础。VGA标准采用15针头D型插头。VGA有红、绿、蓝三种基色和行、场两个同步信号。它的最高分辨率为640*480，行频为31HZ，场频为60HZ或70HZ。它可以兼容CGA、EGA显示标准。为了兼容CGA卡的200线的显示方式，本实施例中采用了两次扫描的技术，即对200线中的每一线都显示为相邻的两行，两行的内容一样。
如图5所示，本实施例中，VGA信号多路切换和分讯输出是在单片机MC68HC908GP32的控制下，由MAX465 RGB视频信号开关/缓冲器和MAX470 RGB视频信号缓冲器完成。
MAX465是由美国MAXIM公司生产的模拟开关，它提供了二组(3)输入.一组(3)输出，也就是说有六路输入和三路输出。它具有2倍的电压增益输出，并且能在带宽为90Mhz内可以获得稳定的2倍电压增益。
在本系统中，主要是对VGA的三基色和行、场信号进行处理，所以采用两片MAX465级连控制即可。
5、红外遥控和遥控编码自学习电路红外遥控发射与接收是本系统的核心。红外遥控发射器是一种脉冲编码调制器，它在发射遥控指令时把二进制数调制成一系列的脉冲串信号(载波信号)后发射出去，常用的调制方法有脉冲宽度调制(PWM)和脉冲位置调制(PPM)两种。
图6(a)和图6(b)是红外遥控系统的原理框图。其中，图6(a)是发射电路，其中包括指令键、指令编码电路、调制电路、载波振荡电路以及驱动电路。图6(b)是接收电路，其中包括光电转换电路、前置放大电路、滤波电路以及整形电路。信号经遥控发射电路发送，由遥控受光前置放大器接收，再经解调(解码)、放大后为脉冲输出，最后送入微处理器进行译码、存码，并回控相应的多媒体设备。
红外遥控的调制电路一般都采用两级调制，第一次调制是指和无线电遥控的调制相似的调制，例如用脉码调制。然后用这一脉码调制信号去驱动红外发射二极管，使红外光受脉码调制信号的调制，这就是第二次调制。对于简单的系统，可省去第一调制电路，而以指令编码信号来直接调制红外光。
红外线发射电路采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波。红外接收电路则由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射电路发出的红外光转换为相应的电信号，再送前置放大器。
在红外遥控系统中，红外发射电路的作用是将代表各种指令的编码(包括频率编码和脉冲编码)信号调制在红外线载体上，通过发射驱动电路向外辐射包含控制指令的红外光波。接收电路的作用是将已调制的含有控制指令的红外光波接收下来，并转换为电信号，再经过前置放大器进行放大、滤波、整形等步骤，最终将此信号解调出来，即还原为编码信号。然后才能送到译码电路译码，得到各种控制指令。
1)红外线遥控接收电路红外遥控信号接收电路把接收到的红外信号先经光电二极管解调，把光信号转换成电信号，然后通过继承电路再对38KHZ调制进行解调，恢复为带有一定功能指令码的红外信号。并对此信号加以放大、整形和解调而输出功能指令码。红外遥控信号接收器最常用的集成电路是CX20106A，如图7所示。它由前置放大、自动偏压控制、振幅放大、峰值检波和整形电路组成。其中，R1为前置放大器负反馈电阻，改变其大小可以调整放大器增益；R2为检波器中心频率调节电阻；R3为输出端负载电阻；C2为检波电容；C3为积分电容；Vp为光敏二极管，也可用光敏三极管。CX20106A内部的自动偏压控制电路ABLC可以保证在输入弱信号时前置放大器有较高增益，在输入强信号时前置放大器不会过载，从而保证在一定遥控距离(约10m)内可靠工作。其内部设置的滤波器的中心频率由其5脚外接电阻调节，调节范围可从20kHz～60kHz。
CX20106A(KA2184)的工作流程大致如下前置放大器将外接红外光敏二极管或三极管产生的脉冲电压进行放大，电压增益约77dB～79dB。然后将信号送限幅放大器，使其变为矩形脉冲；再由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，由检波器滤掉载频，检出指令信号，再经整形后，由7脚输出指令信号。实际上，CX2106A的功能可以简单地用一句话概括，当接收到与CX20106A滤波器中心频率相符的红外光信号时，其输出端7脚就输出低电平。
CX20106A的基本性能如下电源电压典型值5V，最大17V；电源电流1.1mA-2.5mA(典型值为1.8mA)；输出低电平0.2V；电压增益77～79dB；输入阻抗27kΩ；滤波器中心频率f0为30kHz～60kHz；允许功耗0.6W。
图8是CX20106A的应用线路。其中，R1为滤波器中心频率调节电阻；R2为前置放大器负反馈电阻，改变其大小可以调整放大器增益；R3为输出端负载电阻；C2为检波电容；C3为积分电容；VD为光敏二极管，也可用光敏三极管，接法是集电极接CX20106A的第1脚，发射极接地。
CX20106A的带通滤波器中心频率f0范围较窄(30kHz～60kHz)，所以，用于频率编码遥控时，能容纳的通道数较少，一般不超过3个通道，每一个遥控通道要对应一个接收电路CX20106A，且通过R1调准接收频率。这种电路一般常用于脉冲编码红外遥控电路中，作为前置放大与解调电路。
系统选用红外线接收组件RPM-638CBR，它是包括红外接收二极管在内的前置放大器的所有环节。其主要参数工作电压，4.5V～5.5V；静态工作电流3mA；接收峰值波长0.94um；工作频率38kHz；接收角度，水平33°、垂直14°；工作温度-25℃～+75℃。这种接收头还有多种工作频率的系列产品，包括30.3 1kHz、32.8kHz、36kHz、36.7kHz、40kHz、56.9kHz。
2)红外遥控发射电路红外遥控的实现过程如下由MCU产生键位扫描脉冲信号，并译出按键的键位码，再根据从EEPROM中读出的该键位的编码序列，编制键位的遥控指令(遥控编码脉冲)，由它对38KHz的载波进行脉冲幅度调制，载有遥控指令的调制信号激励红外发光二极管，发出红外遥控信号。
3)遥控编码自学习电路遥控编码自学习电路由红外遥控信号接受器TK69和工作模式开关S组成。红外遥控信号接受器主要由接收红外光信号的光敏二极管、通用的红外光前置放大器和少量的阻容元件组成，完成红外光的接收、放大、限幅、滤波、检波、整形放大，最后变成电压型信号送至MCU的IRQ引脚，用软件方法识别遥控编码，最后将数据编码序列存储到按键对应的EEPROM区域中，供以后对多媒体设备进行红外遥控时使用。
该系统具有独特的编码自学习功能和专用软件算法，其遥控系统相当于一个万能遥控器，利用对不同设备系统码的辨码技术，实现了同时对多机的遥控操作。主要技术难点在于红外信号的读码、识别。红外遥控编码对于不同的厂家而言其编码制式是不同的，但一般都由三部分组成引导码，系统码，用户数据码。
其波形如图9(a)和图9(b)所示。
目前，各国电器生产厂家对遥控脉冲编码及码流还没有统一的标准。其中最为常用的是PWM码(脉冲宽度调制码)和PPM码(脉冲位置调制码)。前者以宽脉冲表示1，窄脉冲表示0。后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样，码位宽的代表1，码位窄的代表0。大多数都采用图10(a)和图10(b中所示的方法来表示“0”和“1”。其中tw为常值，tp0≠tp1。
仔细研究红外编码的码流的构成就会发现差别也很大，但一般都由三部分组成引导码、用户码、和功能码。为使系统具有较强的抗干扰能力，信号的码流绝大多数采用“重复”发送方式，但其重复规则有所不同，可概括为(a)简单重复方式，也就是将数据码进行简单重复发送，如图11(a)所示；(b)有引导码的数据重复方式，如图11(b)所示，为保证接收同步，在数据码前增加的宽脉冲为同步信号，称为引导码；(c)重复码方式，见图11(c)，为降低功耗，第一组数据发出后，每隔一定时间仅发出一个宽脉冲和一个窄脉冲，称之为重复码；(d)另外，也有少数遥控设备采用非重复发送，见图11(d)。
如图12所示，若要将这串脉冲如实的记录下来，只须将每一个脉冲的宽度tw，以及脉冲之间的距离td记录下来，故可用一组(tw，td)来表示一个脉冲信息，并称之为一个信息位，用T来表示，每一个T包括tw，td两部分，这样，就可以用一个二维数组T(tw，td)来表示各个信息位，即可得到这样一组码表T1、T2、T3......，称之为数据码表。
本系统红外信号数据的采集通过软件来完成。当系统处于学习状态时，系统将接收到的数据经过判别、处理、压缩、编码后存到按键对应的存储器区域中；当处于发射状态时，系统首先进行按键矩阵的扫描和识别，然后将相应按键的数据编码从存储器中读出，再进行判断、处理、解压缩，按预定制式将遥控信号发送出去。
6、按键扫描及LED显示电路如图13所示，本实施例中，按键扫描及LED显示电路由有33个按键和11个LED组成。按键组成6×6矩阵，由MCU控制PB口和PD口分别进行行、列扫描，完成按键的输入与识别。
本实施例中，为了节约系统资源，采用由PA口、PC口和D触发器共同组成的I/O口复用电路来完成LED的显示。
7、电源电路如图14所示，本实施例中，采用可控制的独立供电系统，强、弱电分开，方便操作，可有效地防止误操作，提高使用可靠性，保护系统不受损害。所述电源电路还可以独立于多媒体集中控制器，设计成一个单独的电源箱，并通过电缆线与相应的设备连接。
实施本实用新型提供的自适应数字式多媒体集控系统，具有以下特点专用自适应辨码技术，实现了对各种多媒体仪器设备的万能遥控；采用简约化设计，具备优异的性价比；系统具有自恢复功能，有效避免了误操作可能带来的严重后果；采用超强抗干扰和软件容错技术，降低系统出错率，确保长时间可靠工作。具体来说，本实用新型中采用了以下措施1)利用MCU内置看门狗，及时将“跑飞”的程序拉回到正常操作上来，对多余未用的ROM空间，用软件中断指令SWI填充，在软件中断服务程序中迫使CPU返回主程序。
2)MCU进行外部EEPROM的读写时，加强对时钟信号线干扰的检测，以防止对EEPROM的非法操作。EEPRON存储区域采用静态分配法，有效抑制了偶然出错的遗传和扩散传播。采用数据双备份、校验和纠错技术以及在程序中通过加强对数据的合法性检查，大大改善了系统的整体性能，提高了整机运行的可靠性；高性能非平衡式话筒语音输入技术以及高精度的高速运算放大器NE5532组成独特的非平衡式话筒输入电路，信噪比高，失真率小，频率响应范围宽，成本低廉。
权利要求1.一种自适应数字式多媒体集控系统，包括多媒体集中控制器及受其控制的一个或多个多媒体设备，其特征在于，所述多媒体集中控制器中包括电源电路，单片机控制电路，还包括与所述单片机控制电路连接的音频/视频输入输出控制电路、VGA信号输入输出控制电路、红外遥控发送和遥控编码自学习电路、按键输入及LED显示电路、话筒语音输入和话筒音量控制电路。
2.根据权利要求1所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，所述音频/视频输入输出控制电路与影碟机、便携机、台式机、录像机、数码展台之类影音多媒体设备连接，以接收其音频及视频信号，并向相应的影音多媒体设备输出音频信号和视频信号。
3.根据权利要求2所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，所述VGA信号输入输出控制电路与便携机、台式机、数码展台之类影音多媒体设备连接，以接收其VGA信号，并向相应的多媒体设备输出VGA信号。
4.根据权利要求3所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，还包括与所述多媒体集中控制器连接的窗帘开关控制电路、屏幕开关控制电路、以及灯光开关控制电路。
5.根据权利要求4所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，所述单片机控制电路中，采用摩托罗拉公司的高性能8位单片机MC68HC908GP32。
6.根据权利要求1所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，所述红外遥控发送中包括指令键、指令编码电路、调制电路、载波振荡电路以及发送驱动电路。
7.根据权利要求6所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，在受所述多媒体集中控制器控制的多媒体设备中，还装有红外遥控接收电路，其中包括光电转换电路、前置放大电路、滤波电路以及整形电路。
8.根据权利要求1所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，所述话筒语音输入电路由低噪声、高输入阻抗的NE5532运算放大器和部分阻容器件构成。
9.根据权利要求5所述的自适应数字式多媒体集控系统，其特征在于，所述VGA信号输入输出控制电路中，VGA信号多路切换和分讯输出是在单片机MC68HC908GP32的控制下，由MAX465 RGB视频信号开关/缓冲器和MAX470 RGB视频信号缓冲器完成。
专利摘要本实用新型涉及一种自适应数字式多媒体集控系统，其中提供一种性价比高、操作简单、便于普及的多媒体设备集中控制设备，包括多媒体集中控制器及受其控制的一个或多个多媒体设备，所述多媒体集中控制器中包括单片机控制电路，还包括与所述单片机控制电路连接的音频/视频输入输出控制电路、VGA信号输入输出控制电路、红外遥控发送和遥控编码自学习电路、按键输入及LED显示电路、话筒语音输入和话筒音量控制电路；另外还包括电源电路，该电源电路可设计为独立的电源箱，并通过电缆线与相应的设备连接。本实用新型用单片机控制技术及相应的电路实现各项功能，使得电路设计模块清晰、结构简单、集成度高，不仅降低了成本，而且性能可靠，功能完善。
文档编号G05B13/00GK2672758SQ20042001507
公开日2005年1月19日 申请日期2004年1月20日 优先权日2004年1月20日
发明者郭向勇, 何晓青, 吕利昌, 柯和平, 张援朝, 王传金, 李文剑 申请人:深圳职业技术学院