专利名称：多功能音乐时控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来按作息时间表要求定时发出音乐信号的音乐时控装置，特别是学校用的音乐时控装置。
现有技术的音乐时控装置，由单片机定时控制器、产生音乐的音源器件、音频放大器组成，带有配套的扬声器。这些音乐时控装置，存在操作不便，功能少、可用的输入器件不够用和可选播的音乐曲数少等缺点。
本发明的目的是提供一个操作简单、可从众多的音乐中选播音乐并为用户提供更多服务功能的音乐时控装置。
本发明目的是这样实现的选用能够存贮、记忆音乐信息并能在单片机控制下发出指定音乐的集成电路或集成器件作“音乐存贮器”，“音乐存贮器”录进需要定时播放的各种音乐(含广播词、钟声、铃声，本文统称“音乐”)，选用编有定时(含计算星期)程序的单片机系统作定时控制器，定时控制器通过接口电路与“音乐存贮器”的控制信号输入端(含选曲输入端)以及工作状态信号输出端相连，控制“音乐存贮器”定时发出用户指定的音乐，并接收其反馈信息。
本装置中单片机定时控制器还与继电器控制单元相连，继电器控制单元由一组继电器、控制信号接收电路和推动继电器所需的功率放大电路组成，单片机编进定时控制开关程序，控制继电器触点(即用电设备的开关)定时动作。
本发明的面板中装有键盘，键盘由与单片机输入端相连的按键组成，用来输入各种指令，键盘中设置一组数字拨号键，单片机对按键进行查询，并对按键输入的信号进行分析处理，使数字拨号键连续拨出的每一组2至4位数字，组成一个“程序号”，这些“程序号”被送到专用的寄存器寄存，并在“程序号”显示器中显示出来。我们给每条“程序号”规定一个明确的任务，使每个“程序号”都对应一个可以由用户输入的“指令动作”，对应于每个“指令动作”，单片机中编一段实现“指令动作”的程序(下文中简称为“指令程序”)。
本发明的显示屏由星期显示器、时间显示器和“程序号”显示器三部分组成，由单片机控制显示。
本发明装置用每个“程序号”对应一个“指令动作”和一段“指令程序”的方法实现定时控制，使编程操作变得简单，在“程序号”数量允许的范围内，编进一个可以执行的功能性的“指令程序”，就等于赋予本装置一项新的功能，例如，光打开扩音机而不播放音乐(供开会使用)的功能、连播音乐过程中暂时休息几十秒钟(供整队插话)功能、电铃控制功能和同时播放两首不同的歌曲并将其分送不同地方的功能等，因此，本发明可挖掘装置内硬件资源的潜力，充分发挥音乐存贮器和继电器控制单元的作用，使本装置能为用户提供功能更完善、更多项目的服务。本发明中，在有限的按键数量下，可输入大量的“指令程序”，使本装置可调用的歌曲数大幅度增多(“程序号”取两位数时，可达数十首，“程序号”取四位数时，可达数千首)，因此能较好地满足用户(主要是学校)从众多的音乐中进行选播音乐的需求。
下面结合附图实施例作进一步说明
图1是本发明的原理框图，图中MCU为单片机定时控制器，由有内部程序存贮器的单片机，如89系列或PIC系列等单片机(实施例用89C51)及其周边必要的显示器，晶振等配套元器件和用来编制作息时间和调整计时器的一套按键组成；MUIC为“音乐存贮器”，其品种和型号较多，可根据用户需要选用语音集成电路、MP3播放组件、CD、VCD或DVD等组件，甚至可采用计算机中的光驱和光盘刻录机组件；EEPROM代表电可擦存贮器，用来存贮“用户指令”，实施例中采用串行电可擦存储器93C46；INT是接口电路，单片机控制器信号输出端与“音乐存贮器”的控制信号输入端相连，控制“音乐存贮器”定时发出用户指定的音乐，同时，单片机信号输入端与“音乐存贮器”的音乐播放状态信号输出端相连，以接收“音乐存贮器”播完的信息，当单片机确认一首音乐播完时，再根据有关指令确定退出播音状态或进行连播，单片机与“音乐存贮器”的联系是通过接口软件和接口电路INT进行的，在简单的情况下，例如，只有一片语音集成电路作音乐存贮器时，接口电路就是几条连接导线，在较复杂情况下，例如，用MCU控制VCD时，就必须引进串并行接口等元器件；MUSOU表示外接音乐信号源，如VCD、收音机等，单片机可将其音乐调来播放，也可将其音乐转录到音乐存贮器，以便定时播放；REC表示录放音电路，其功能是对外接音乐信号源MUSOU送来的信号进行预处理，含音量放大和均衡控制等；SW为继电器控制单元，含一组继电器、单片机控制信号的接收电路和推动继电器所需的功率放大电路，继电器动作情况用面板上的对应发光管作指示，这组开关可用来控制扩音机、VCD的电源，也可将它们串入到扬声器回路中，用来将音乐送往不同的地方(如操场或教室)，还可用来控制电灯等非广播系统的用电设备；AMP为功率放大器。以上各方框功能的实现，属公知技术，此不赘述。KEYB表示输入指令的键盘，由与单片机输入端相连的按键构成；SENS表示晴雨探头或晴雨选择开关。
本发明显示屏中的“程序号”显示器除了显示“程序号”外，还用来显示当前仪器工作特征或显示对用户的提示信息，成为简易的人机对话窗口，例如，当用户输入无对应程序的空“程序号”时，“程序号”显示器将显示“np”，表示没有程序，当仪器打开功放电源而不播放音乐(开会或整队插话用)时，“程序号”显示器将闪烁显示“on”，以提醒用户记得关机。实现简易对话功能的方法是在单片机中编进特殊显示程序，该显示程序中编进特殊笔画表和特殊显示方式软件，如不同周期的闪烁显示软件(此属公知技术)，单片机处在需要人机对话的特殊情况时，就调用对应的特殊显示方式软件和特殊笔画表。
本发明的面板中装有键盘，键盘是由与单片机输入端相连的按键组成的，用来输入各种指令，如设置时间、改变单片机的工作模式或播放指定的音乐等。键盘与单片机输入端相连的方法有多种，如单对单直接连接、通过串入并出集成电路等器件间接相连等。图2为本发明实施例键盘KEYB设计的硬件原理示意图，本实施例采用并列口矩阵方案，四条扫描线与四条检测线组成16个按键，其软件原理属公知技术。这16个按键功能设计如下1.模式键“MO”，用来改变单片机的模式(工作状态)，本装置共有两个模式，即“运行”模式和“编程”模式，按一次“MO”键，模式就改变成另一种。如果单片机处于“编程”模式，可以设置或修改存在电可擦存贮器里的“用户指令表”，“用户指令表”是指用户要求自动播放音乐或进行各种开关动作的作息时间表，“用户指令表”中每个(每条)“用户指令”包括一个时间(含星期W、时H和分M，以下称为“指令时间”)和一个“程序号”Numb；单片机查询键盘确认一个“程序号”后，就立即将时间屏当前显示的时间和确认的“程序号”存入到电可擦存贮器中，组成一条新的“用户指令”。在“运行”模式下，单片机查询键盘确认一个“程序号”后，就立即执行该“程序号”所确定的“指令动作”，如无人按键，则单片机执行定时控制程序，就是定时将存贮器中的适时的“用户指令”取出来执行，例如，按“用户指令表”的要求定时播放指定的音乐或执行指定的动作如打开某路开关。
2.星期键“W”，用来设置“星期”，按一下“W”键，单片机就将当前的“程序号”确认为“星期几”，送往“星期”寄存器去寄存，并送往时间显示屏的“星期”显示器去显示。
3.时键“II，用来设置“小时”，即按一下“II”键，单片机就将当前的“程序号”确认为“小时数”，送往“小时”寄存器去寄存，并送往时间显示屏的“小时”显示器去显示。
4.分键“M”，用来设置“分”，即按一下“M”键，单片机就将当前的“程序号”确认为“分数”，送往“分”寄存器去寄存，并送往时间显示屏的“分”显示器去显示。
5.确认键“A”，用作“程序号”的“确认”并通知单片机立即执行该“程序号”所确定的“指令程序”，即按一下“A”键，单片机就将当前的“程序号”确认为对应的“指令动作”，在单片机处于“运行”状态时，单片机立即执行该“程序号”所对应的“指令动作”(立即完成该“指令动作”指定的动作或播放该号音乐)，当单片机处于“编程”状态时，就将当前显示屏的时间和“程序号”组成一条“用户指令”，送到电可擦存贮器EEPROM去存贮，以便单片机在“运行”状态时执行。
6.“ST”键，用来停止正在执行的“指令动作”，如停止播放音乐。
7.其余10个键为0-9号数字拨号键，用来输入“程序号”。
本发明中单片机对按键输入的信号进行分析处理，使数字拨号键连续拨出的每一组2至4位数字，组成一个“程序号”，我们规定每个“程序号”对应一条由用户输入的“指令动作”(例如，播放某首音乐、打开某个开关)，对应于每个“指令动作”，编一段使“指令动作”的功能得以实现的单片机程序软件——“指令程序”，也就是说，根据用户拨出的每个“程序号”，就可从单片机中调出一段“指令程序”来执行，执行的结果实现该“程序号”所确定的功能。
每个“程序号”对应于一个“指令动作”，当这条“指令动作”是播放某首音乐时，这个“程序号”也就可作为该音乐的编号——“音乐号”。根据要求存贮的音乐的数量不同，“程序号”可选用不同的位数的数字来组成，一般2-4位已够，实施例中用两位十进数，这些“程序号”应作合理的安排，最好要便于记忆，例如，实施例中1-49代表播放第1-49首音乐，51-54代表打开1-4路开关(继电器)。
在“程序号”允许的范围内编进多种功能性的“指令程序”，就可充分发挥音乐存贮器和继电器控制单元的作用，使本装置扩展多种功能。例如，为了使开大会可运用本装置，就可编一段使本装置进入“人工控制”状态的程序，在这段时间里，定时程序暂停执行，为了适应连播音乐过程中暂时休息一段时间(供整队、插话和系国旗等用)，可以编一段停播音乐20秒的“指令程序”，连续调用该“指令程序”，可以停播音乐较长的时间。在适当硬件电路支持下，还可编进同时播放两首不同的音乐并将其分送不同地方的“指令程序”。当然，这些“指令程序”中有相当一部分程序是公用的程序，只需填入不同的音乐号或继电器号等数字即可，具体的程序写法，已属公知技术，此不赘述。
公知技术的校用音乐时控装置，使用起来还有一个不便之处，使其功能不能充分发挥，这就是碰到下雨时(后简称雨天)，师生们不能到操场去做广播操，不能举行升旗仪式，此时应该停止播放广播操音乐、运动员进行曲或国歌等要求师生到操场去的音乐(以下简称“操场音乐”)，此时要人工进行干预，而且人工干预也很为难，关机也不是(会关去铃声等必须照常播放的音乐)，开机也不是(会误播放“操场音乐”)。
为了解决下雨时应该停止播放“操场音乐”这个难题，本装置单片机程序中编进下雨时用的“雨天程序”，在单片机中设有晴雨识别标志，根据该标志数值的变化情况，单片机将执行晴天或雨天的程序(本文中称一切音乐照常播放的常规程序为“晴天程序”)，在执行“雨天程序”时，用停止执行或变通执行特定位置程序的方法，自动停止播放“操场音乐”或将“操场音乐”自动转变成休闲音乐。这种在下雨时停止播放“操场音乐”的功能，使本装置能实现校园广播全天候免人职守。
本发明中为解决下雨时停止播放“操场音乐”而设置的晴雨识别标志，可以是寄存器的一个字节或是一个可操作“位”，该字节或该“位”数字等于零代表雨天，非零代表晴天。上述晴雨识别标志的数值可用拨号键拨号的方法进行选定，即我们规定某个“程序号”(例如Numb＝55)代表执行“雨天程序”，某个“程序号”(例如Numb＝56)代表执行“晴天程序”，这种方法的优点是无需任何硬件开销；还有一种方案是晴雨天识别标志是一个单片机可以进行检测的输入端(称为晴雨输入端INP)的输入电平信号，单片机根据该输入端电平高低变化情况确定执行“晴天程序”或“雨天程序”；晴雨输入端与一个晴雨选择开关相连，这样可实现人工指定是否执行“雨天程序”，或者，该晴雨输入端与晴雨探头相连，根据晴雨探头输出电平的高低变化情况可自动确定是否执行“雨天程序”。
我们用明确指定若干“程序号”为“操场音乐”专用的方法或用明确指定“操场音乐”存放地址方法来编写“雨天程序”，例如，指定“程序号”1-5专门用来播放操场音乐，就可写出一段原理框图如图3所示的“雨天程序”，图中Numb代表“程序号”，这里也就代表音乐号。处理“雨天程序”有两种方法一是停止播放操场音乐，二是停止播放操场音乐的同时播出对应的休闲音乐，即将操场音乐转变成对应的休闲音乐。图3方框图的程序是将操场音乐转变成对应的休闲音乐，图中，RAIN？表示执行“雨天程序”吗？其实也就是查询上述识别标志字节的数字或识别标志用“位”的电平高低，图中“程序号”21-25分别代表5首休闲音乐。
本装置配套的晴雨探头可这样制作在一块敷铜板上蚀刻出两个互相绝缘的电极A和B，每个电极由一簇的铜箔条构成，可作成木梳形，两个电极的铜箔条(梳齿)互相对插，即互相将铜箔条插入对方铜箔条的间隙中(见图4)；如果采用双面敷铜板，两面都按上述方法进行处理，作成双面电路板，效果将更好。为了提高寿命，本电路板最好进行防腐蚀处理。为了提高其灵敏度，并适当延长保持雨水的时间，可将上述蚀刻好的电路板套进能适当保持水份的材料(如尼龙布)制作的保护袋中。
晴雨探头的另一种设计方案是由两组金属片中间夹一层吸水材料构成用两块镀金或镀银电路板或不锈的金属板各作为一个电极，各焊上一根导线作输出端，两块板的金属面中间夹进一块吸水材料，为了扩大电极面积以提高灵敏度而又保持较小的体积，可制作多层结构的晴雨探头，即一层金属片迭一层吸水材料，多层迭加，再把奇数金属片和偶数金属片分别连成两组互相绝缘的电极，再把它们串联起来。
晴雨探头的具体设计方案还可以有其它结构上、形状上的变化，但是都离不开这个设计构思在保持两个电极不短路和总面积一定的条件下，使两个金属电极间有最大的电容，两极中间可被雨水或吸水材料填充。这都是专利保护范围。
晴雨探头上的两个电极应各接一个输出端，用二根导线将上述两个输出端与主机相连(一根接晴雨输入端INP，一根接主机的地GND)，并将晴雨探头安置在能够淋雨的地方，本装置就可实现自动处理雨天广播程序了。
晴雨识别标志平时受晴雨探头控制，但在晴雨探头发生故障或有特殊情况(如虽已天晴但操场还有大量积水，不能做操)时，人工可以强行确定晴雨状态。其具体实施方案有硬件解决法和软件解决法，硬件解决法的电原理如图5所示，图中Ks是一个有悬空状态的三态双向开关，当双向开关置悬空状态时，晴雨输入端受控于晴雨探头，当双向开关处于接道位置时，晴雨输入端将被强行接电源(高电平Vcc)或接地(低电平)，也即被Ks的开关状态强行定为晴天或雨天，图中的电阻Rs为限流电阻，其阻值取决于晴雨输入端内部或外接上拉电阻和晴雨探头的阻抗特性，实施例中取200欧。兼容人工选择和自动选择晴雨程序的软件解决法是用三个“程序号”分别确定三种晴雨程序的执行状态强行执行“晴天程序”、强行执行“雨天程序”或由晴雨探头的信号进行自动选择执行。例如，“程序号”55确定为雨天，56确定为晴天，57确定由晴雨探头进行自动选择。
鉴于现场情况比较复杂，直接根据晴雨探头所反映的信息自动执行晴天或“雨天程序”有所不妥，例如，久雨之后刚刚天晴，通常因场地潮湿还不能做操，为此，本装置中设计了智能处理晴雨探头信息的程序，其基本要点是对最近的晴天及雨天时间进行系统分析，然后作出合乎自然规律的判断，以确定执行晴天或雨天的程序。智能处理晴雨探头信息，应考虑的因素较多，本发明中采用简易可行的“下雨积分法”“下雨积分”Tr是一个累计时间值(只取正数，小于0取0)，下雨时每隔一定时间(如每分钟)递增，天晴时每隔一定时间递减，只有在晴雨探头输入信号为高电平(天晴)，而且“下雨积分”小于某个常数Cr时，才执行“晴天程序”。Cr取决于使用场所(主要是操场)的条件，晴雨探头的晾干速度，甚至和地区气候条件、季节有关，可由用户通过“程序号”输入，也可由厂家凭经验确定，实施例中暂用20。
图6是一种适用于上述三种状态并能一定程度智能处理晴雨探头信息的软件方框图，图中Numb＝？表示“程序号”等于多少，RAIN＝0表示从晴雨探头传来的信号是雨天(0电平)，DOR表示执行“雨天程序”，DOF表示执行“晴天程序”。
本实施例中，单片机通过录放电路与机外音源相连，录放电路同时与音乐存贮器的录入接口相连，单片机编有录音状态的工作程序，在录音状态下，单片机控制录放电路工作，将机外音源的音乐转录到“音乐存贮器”。为了确保不会发生误操作引起误录音，本装置中用数字拨号键输入一组密码的方法(例如，用拨号键连续拨出1、2、3、4、5、6六位数)使单片机进入录音状态。通常的单片机中编密码的方法属公知技术，此不赘述，这里我们实际上采用一组易于记忆的密码“989898”，其编程的方框图如图7所示，图中KEY表示查询键盘得到一个“程序号”，Numb＝98表示“程序号”等于98吗，N98代表连续出现“程序号等于98”的次数，RECOD表示进入录音状态。
为了解决公知技术的音乐时控装置在定时播放音乐时，前一首音乐播完而下一首音乐定时时间未到引起的空档(和播放音乐不连续，即一首音乐放完后要等到下一个指令时间到才能播放下一首)，本发明的软件中编制了连续动作(含音乐连续播放)程序，以实现连续播音，例如，下课铃响后紧接着播出一首休闲音乐，再接下去连续播放运动员进行曲3遍，再播出广播操音乐，操完再播放休闲音乐。其具体的方法是用同一时刻编多个“程序号”，即在某个时刻(例如，第二节课的下课时刻)连续编多个“程序号”使本装置进入编程模式，将时间设置到某个时刻，再连续输入多个“程序号”，例如设置时间等于星期二9时15分后，连续按“1键、“2”键和“确认”健(以后简写为“12确认”，依此类推)，再连续按“13确认”、“02确认”、“02确认”、“05确认”……。
单片机将一串相同时刻的各个“程序号”都记录到电可擦存贮器中。执行定时程序时，单片机将“指令时间”与实际时刻相同的所有“程序号”都调出来放在一组专用的连播寄存器里，再依次从连播寄存器取出程序来执行，执行一个程序(一首音乐播完)后再调出下一个程序来执行，直到所有同一时刻的序号执行完为止。图8列出本软件的方框图，兹将本方框图说明如下START 开始；ZF＝1？ 时间有进分吗？(本装置执行程序的最小时间间隔是“分”，每进一分后去查询“用户指令表”一次)；Numb？ 的意思是查一下电可擦存贮器里的“用户指令表”，现在有无应该执行的“程序号”；SET 表示相关数字的预置，包括确定单片机内连播专用寄存器组的寄存器数n(即允许连播音乐数)、清除连播专用寄存器组旧数据、寄存器指针RO指向第一个寄存器(RO＝1)；COPY表示将从电可擦存储器中读到的本时刻的“程序号”依次抄到单片机内的一组专用的寄存器中；Numb+1？表示能否从电可擦存贮器查到这一时刻应执行的“程序号”；RO+1表示专用寄存器指针号数加一；RO＝1 表示专用寄存器指针号数取1；do 表示执行本条程序，即执行播放本号音乐的有关操作；Mub＝1 Mub是正在放音乐标志位，Mub＝1表示正在放音乐；Muend？ 表示是否收到音乐放完的反馈信号；Numr+1？表示能否在下一个专用寄存器里查到应执行的“程序号”。
以上实现连播的具体方法还可有其它变通，例如，每首音乐放完，立即去查连播开始时刻到当今时刻这一段时间里有无应播放的音乐，如有就立即播出。这方法也属本专利保护范围。
权利要求
1.一种自动播放音乐的音乐时控装置，由单片机定时控制器、产生音乐的音源器件、音频放大器组成，带有配套的扬声器，本发明特征是1.1 音源器件是“音乐存贮器”，单片机通过接口软件和接口电路同“音乐存贮器”联系；1.2 用一组按键组成的键盘输入指令，键盘中设置一组数字拨号键；1.3 单片机对按键输入的信号进行分析处理，使数字拨号键连续拨出的每一组2至4位数字，组成一个“程序号”，每个“程序号”对应一个“指令动作”，对应于每个“指令动作”，单片机中编有一段实现其功能的“指令程序”；1.4 单片机定时控制器与继电器控制单元相连，单片机编进定时开关程序，控制继电器定时动作。
2.根据权利要求1所述装置，其特征是单片机程序中编有下雨时用的“雨天程序”，单片机中设有晴雨识别标志，晴雨识别标志数值受指令或输入端的输入电平信号控制。
3.根据权利要求2所述装置，其特征是用三个“程序号”分别确定单片机强行执行“雨天程序”、“晴天程序”或根据晴雨探头情况自动选择执行哪一套程序。
4.根据权利要求1所述装置，其特征是单片机通过录音电路与机外音源相连，录音电路同时与音乐存贮器的录入端相连，单片机编有录音状态的工作程序，在录音状态下，单片机控制“音乐存贮器”进入录音状态，将机外音源的音乐转录到“音乐存贮器”。
5.根据权利要求4所述装置，其特征是用数字拨号键输入密码的方法使单片机进入或退出录音状态。
6.根据权利要求1所述装置，其特征是单片机中编进音乐连播程序。
7.根据权利要求6所述装置，其特征是用同一时刻编有多个“指令动作”的方法，或者，每首音乐放完时立即去查连播开始时刻到当今时刻这一段时间里有无应播放的音乐如有就立即播出的方法实现音乐连播。
8.根据权利要求1所述装置，其特征是“程序号”显示器除了用来显示“程序号”外，还用来显示当前仪器工作特征或显示对用户的提示信息。
9.根据权利要求1所述装置，其特征是用电可擦存储器存储“用户指令”。
10.一种与权利要求2所述装置配套的晴雨探头，其特征是在一块敷铜板上蚀刻出两个互相绝缘的电极，每个电极由一簇的铜箔条构成，两个电极的铜箔条互相对插，即互相将铜箔条插入对方铜箔条的间隙中。
全文摘要
本发明提出一种多功能的自动播放音乐的装置，在本发明中采用输入“程序号”的方法，使仪器操作大大简化，并使可调用的音乐数量大幅度增大，服务功能增多，同时，本发明中设计了智能雨天广播程序，解决了下雨时应该停止播放“广播操”等“操场音乐”的难题，使应用本装置的学校实现校园广播全天候免人职守，本发明中编进音乐连播程序，提高了自动播音的效果。
文档编号G04C21/00GK1453668SQ0211874
公开日2003年11月5日 申请日期2002年4月27日 优先权日2002年4月27日
发明者徐日沾 申请人:福建龙岩智电科技开发联营公司