一种基于公众广播系统的数字功放服务器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其技术特点是：包括母板、人机交互装置、电源模块、主控制模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块和音频输入模块，所述的电源模块、主控制模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块和音频输入模块均通过母板连接器安装在母板上，所述的人机交互装置与母板相连接。本发明设计合理，其采用模块设计大大减小了系统复杂度，增强了系统可靠性，同时采用CobraNet网络音频协议，音频传输、切换过程中是数字格式，保证音质无损，提高了信号传输质量，具有结构简单、便于维护、使用方便等特点。
【专利说明】一种基于公众广播系统的数字功放服务器
【技术领域】
[0001]本发明属于公共广播设备【技术领域】，尤其是一种基于公众广播系统的数字功放服务器。
【背景技术】
[0002]在传统模拟公共广播系统中，音频后级设备通常包括现场广播控制器、应急广播控制器、功放检测控制器、功率放大器、时序电源、线路检测装置、防雷装置、噪声检测控制器、后级监听设备等多种设备，如图1所示。上述系统主要存在以下问题:⑴音频后级设备数量多、系统接线复杂、施工困难、故障不易排查；⑵设备间音频信号均为模拟信号，在传输过程中会造成严重的衰减和失真，导致广播音质不佳；(3)由于模拟音频线缆中无法传输控制信号，因此控制信号需单独走线传输，增加系统复杂性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种信号传输质量高、性能稳定、结构简单且安装维护方便的基于公众广播系统的数字功放服务器。
[0004]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0005]一种基于公众广播系统的数字功放服务器，包括母板、人机交互装置、电源模块、主控制模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块和音频输入模块，所述的电源模块、主控制模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块和音频输入模块均通过母板连接器安装在母板上，所述的人机交互装置与母板相连接。
[0006]而且，所述的母板还连接监听扬声器。
[0007]而且，所述的人机交互装置为触摸屏。
[0008]而且，所述的主功放模块为一块或多块。
[0009]而且，所述的电源模块包括2级EMI滤波电路、辅助电源和稳压电源，所述的2级EMI滤波电路的输入端与外部AC220V相连接，2级EMI滤波电路对AC220V进行滤波处理，其输出端分别连接到母板连接器和辅助电源上，辅助电源输出+24V直流电源并连接到稳压电源上，该稳压电源进行稳压处理输出+12V、+24V、数字+5V、模拟+5V、模拟一 5V电源至母板连接器上。
[0010]而且，所述的主控制模块包括核心处理单元、CobraNet系统、RJ45接口、监听扬声器驱动、电子音量模块、音频矩阵和音频D/A，所述的核心处理单元通过控制总线连接到母板连接器上，该核心处理单元与CobraNet处理系统、电子音量模块、音频矩阵和音频D/A相连接，该核心处理单元同时向母板连接器提供触摸屏接口 ；所述的CobraNet处理系统还与RJ45接口、音频D/A相连接，所述的音频矩阵与电子音量模块、音频D/A相连接，所述的电子音量模块与母板连接器上提供的监听音频信号相连接，同时通过监听扬声器驱动与母板连接器相连接，该电子音量监听模块的音频输入端和音频输出端连接到母板连接器上。[0011]而且，所述的主功放模块与备用功放模块相同，每个功放模块均包括BO滤波电路、PFC电路、半桥谐振电路、变压器、整流滤波电路、PWM整形/隔离电路、PWM驱动电路、D类功放模块和低通滤波器，所述的EMI滤波模块的输入端连接到母板连接器上并对电源模块输出的AC220V电源进行滤波处理，该EMI滤波模块、PFC电路、半桥谐振电路、变压器、整流滤波电路依次相连接并输出+160V直流电压并为D类功放模块供电；所述的PWM整形/隔离电路的输入端连接到母板连接器上并对主控制模块输出到母板连接器的音频信号进行整形隔离处理，该PWM整形/隔离电路、PWM驱动电路、D类功放模块、低通滤波器依次相连接并放大为定压功率音频信号，经母板连接器发往定压音频输出模块。
[0012]而且，所述的噪声检测模块包括前级处理电路和核心处理单元，所述的前级处理电路分别与核心处理单元和探头接口相连接，该前级处理电路与母板连接器相连接接收主控模块输出的音频信号并进行处理后输出至核心处理单元，核心处理单元通过串口连接到母板连接器上。
[0013]而且，所述的音频输入模块包括音频低通滤波模块和噪声门检测模块，所述的音频低通滤波模块和噪声门检测模块连接到母板连接器上，音频低通滤波模块与紧急广播音频和现场广播音频相连接，对紧急广播音频和现场广播音频进行低通滤波后，一方面通过母板输出到主控模块的电子音量模块中进行音量调节，另一方面往噪声门检测模块中进行检测，并将有无音频的信息发送给主控模块。
[0014]而且，所述的定压音频输出模块包括核心处理单元、主备切换模块、功放/线路检测电路、监听通道选择模块和防雷电路；所述的核心处理单元分别与主备切换模块、功放/线路检测电路、监听通道选择模块相连接，两个主备切换模块分别与功放/线路检测电路和防雷电路相连接，所述的核心处理单元通过串口连接到母板连接器上，所述的主备切换模块、监听通道选择模块均连接到母板连接器上。
[0015]本发明的优点和积极效果是:
[0016]1、本数字功放服务器具备现场广播控制、应急广播控制、功放检测控制、功率放大、时序电源、线路检测、防雷、噪声检测器和后级监听等诸多功能，和传统模拟广播系统相比大大减小了系统复杂度，增强了系统可靠性。
[0017]2、本数字功放服务器采用CobraNet网络音频协议，音频传输、切换过程中是数字格式，保证音质无损，提高了信号传输质量。
[0018]3、本数字功放服务器利用CobraNet协议中的自定义数据字段传输控制信息和状态反馈信息，使得音频流和控制流可以在一根网线中传输，和模拟系统相比降低了系统复杂度。
[0019]4、本数字功放服务器采用模块化设计，便于设计和维护，单机最大支持4主I备功放，可根据需要自由配置功放数量。
[0020]5、本数字功放服务器将功放的倒备功能在设备内部完成，主用功放故障时自动切换到备用功放，故障的主用功放模块可方便的取出更换，无需重新接线，不会影响系统正常运行。
[0021]6、本数字功放服务器采用触摸屏作为人机交互设备，可在本地设置功放服务器参数，查看功放服务器工作状态，并显示故障报警信息。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是传统模拟公共广播系统的后级设备连接图；
[0023]图2是本发明的内部电路框图；
[0024]图3是本发明的电源模块电路框图；
[0025]图4是本发明的主控制模块电路框图；
[0026]图5是本发明的功放模块电路框图；
[0027]图6是本发明的噪声检测模块电路框图；
[0028]图7是本发明的音频输入模块电路框图；
[0029]图8是本发明的定压音频输出模块电路框图；
[0030]图9是采用功放服务器的公共广播后级系统连接图。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
[0032]一种基于公众广播系统的数字功放服务器，如图2所示，包括母板、人机交互装置、监听扬声器以及安装在母板上的电源模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块、音频输入模块、主控制模块，所述的电源模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块、音频输入模块、主控制模块均通过母板连接器并采用插接方式安装在母板上，这种无电缆连接方式能够保证数字功放服务器工作的稳定性，方便设备的生产、调试和维护。所述的主功放模块可以安装多块以满足不同广播系统的需要，所述的人机交互装置以及监听扬声器与母板相连接，在本实施例中，人机交互装置采用触摸屏，便于操作以及显示。本数字功放服务器采用模块化设计，设备功能丰富，通过数字方式实现了传统模拟广播系统中现场广播控制器、应急广播控制器、功放检测控制器、功率放大器、时序电源、线路检测装置、防雷装置、噪声检测控制器和后级监听设备的所有功能。下面对数字功放服务器中的各个模块分别进行说明:
[0033]如图3所示，所述的电源模块由2级EMI滤波电路、辅助电源和稳压电源组成，其功能是为各功能模块提供所需要的电压。该电源模块的具体连接关系为:2级EMI滤波电路的输入端与外部AC220V相连接，2级EMI滤波电路对AC220V进行滤波处理，其输出端分别连接到母板连接器和辅助电源上，辅助电源对滤波后的交流电源进行转换输出+24V直流电源并连接到稳压电源上，该稳压电源进行稳压处理输出+12V、+24V、数字+5V、模拟+5V、模拟一 5V电源至母板连接器上。电源模块接收主控制模块输出的功放电源开关信号，在功放服务器上电时依次开启功放模块，避免瞬时电流过大对电网造成冲击，代替传统的时序电源功能。
[0034]如图4所示，所述的主控制模块由RJ45接口、CobraNet处理系统、核心处理单元、监听扬声器驱动、电子音量模块、音频矩阵和音频D/A组成。所述的核心处理单元通过控制总线连接到母板连接器上，该核心处理单元与CobraNet处理系统、电子音量模块、音频矩阵和音频D/A相连接，该核心处理单元同时向母板连接器提供触摸屏接口 ；所述的CobraNet处理系统还与RJ45接口、音频D/A相连接，所述的音频矩阵与电子音量模块、音频D/A相连接，所述的电子音量模块与母板连接器上提供的监听音频信号相连接，同时通过监听扬声器驱动与母板连接器相连接，该电子音量监听模块的音频输入端和音频输出端连接到母板连接器上。主控模块的工作原理为:4路Co监听扬声器驱动braNet网络数字音频流由RJ45接口进入主控制模块，经过CobraNet处理系统解码，变成I2S音频流。I2S音频流进入音频D/A模块，变为4路模拟音频，进入音频矩阵。同时进入音频矩阵的还有经过电子音量模块调整的5路本地音频，包括I路紧急广播音频和4路现场广播音频。音频矩阵共9路输入、5路输出、5路输出经过母板分别输出到4个主功放模块和I个备用功放模块。核心处理单元根据预先设定的优先级、开区编组和实时更新的功放报警信息来切换音频矩阵，将输入的音频切换至相应的功放。由定压音频输出模块发送来的监听音频经过电子音量调节和扬声器驱动后，通过母板进入监听扬声器，实现后级监听功能。核心处理单元通过母板的控制总线和功放服务器中的其他模块进行通信；通过触摸屏接口来驱动屏幕显示，接收触摸信息。
[0035]如图5所示，所述的主功放模块与备用功放模块的结构完全一致。每个功放模块均包括EMI滤波电路、PFC电路、半桥谐振电路、变压器、整流滤波电路、PWM整形/隔离电路、PWM驱动电路、D类功放模块和低通滤波器。所述的EMI滤波模块的输入端连接到母板连接器上并对电源模块输出的AC220V电源进行滤波处理，该EMI滤波模块、PFC电路、半桥谐振电路、变压器、整流滤波电路依次相连接并输出+160V直流电压，给D类功放模块供电。所述的PWM整形/隔离电路的输入端连接到母板连接器上并对主控制模块输出到母板连接器的音频信号进行整形隔离处理，该PWM整形/隔离电路、PWM驱动电路、D类功放模块、低通滤波器依次相连接并放大为定压功率音频信号，经母板连接器发往定压音频输出模块。
[0036]如图6所示，所述的噪声检测模块包括前级处理电路和核心处理单元，所述的前级处理电路分别与核心处理单元和4路探头接口相连接，该前级处理电路与母板连接器相连接并接收主控模块输出的4路音频信号，进入前级处理电路做根方运算，然后输入核心处理单元，核心处理单元通过串口连接到母板连接器上。所述的噪检探头和前级处理电路进行通信和预处理，处理后的结果输入核心处理单元。核心处理单元根据当前输入功放音频的音量和当前环境噪声音量，计算出音量调整值，通过母板数据总线发送给主控模块上的核心处理单元，控制电子音量模块，实现环境噪声检测和音量自动调整功能。
[0037]如图7所示，所述的音频输入模块由音频低通滤波模块和噪声门检测模块连接构成，音频低通滤波模块和噪声门检测模块连接到母板连接器上，音频低通滤波模块与紧急广播音频和现场广播音频相连接，对紧急广播音频和现场广播音频进行低通滤波后，一方面通过母板输出到主控模块的电子音量模块中进行音量调节，另一方面往噪声门检测模块中进行检测，并将音频有无的信息发送给主控模块。主控模块发现有音频输入后，根据预先设定的优先级和编组信息进行开区处理，实现现场广播和应急广播功能。
[0038]如图8所示，定压音频输出模块包括核心处理单元、主备切换模块、功放/线路检测电路、监听通道选择模块和防雷电路。所述的核心处理单元分别与主备切换模块、功放/线路检测电路、监听通道选择模块相连接，两个主备切换模块分别与功放/线路检测电路和防雷电路相连接，所述的核心处理单元通过串口连接到母板连接器上，所述的主备切换模块、监听通道选择模块均连接到母板连接器上。在本实施例中，定压音频输出模块采用的是IlOV定压音频输出模块，本定压音频输出模块的工作原理为:功放/线路检测模块检测功放输出信号，将信号状态发送给核心处理单元，每个主备切换模块都在核心处理单元的控制下，在一路主用功放输出和备用功放输出中二选一。当发现主用功放故障，核心处理单元就控制相应的主备切换模块切到备用线路，同时命令主控制模块将故障功放的输入信号切换给备用功放，从而实现功放自动倒备功能。功放/线路检测模块还可以检测音频回路的短路、开路和接地等状态，将状态发送给核心处理单元。主备切换后的音频经过变压器变为小信号，进入监听通道选择模块，核心处理单元通过控制该模块选择需要进行监听的音频。最后，首频进入防雷|旲块，避免雷击损坏设备内部电路。
[0039]在本实施例中，上述各个模块中的核心处理单元可以采用单片机来实现。
[0040]由于数字功放服务器本身具备丰富功能，使得设备外部接口变得非常简单。由本数字功放服务器构成的公共广播后级系统，如图9所示，本数字功放服务器控制计算机利用CobraNet协议中的自定义字段发出控制指令，和CobraNet网络音频一起进入网络交换机，音频流与控制流通过I根网线进入功放服务器，简化了系统连接。应急音频、现场广播音频和噪检探头接入功放服务器，实现应急广播、现场广播和音量自动调节功能。
[0041]需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:包括母板、人机交互装置、电源模块、主控制模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块和音频输入模块，所述的电源模块、主控制模块、定压音频输出模块、主功放模块、备用功放模块、噪声检测模块和音频输入模块均通过母板连接器安装在母板上，所述的人机交互装置与母板相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的母板还连接监听扬声器。
3.根据权利要求1所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的人机交互装置为触摸屏。
4.根据权利要求1所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的主功放模块为一块或多块。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的电源模块包括2级EMI滤波电路、辅助电源和稳压电源，所述的2级EMI滤波电路的输入端与外部AC220V相连接，2级EMI滤波电路对AC220V进行滤波处理，其输出端分别连接到母板连接器和辅助电源上，辅助电源输出+24V直流电源并连接到稳压电源上，该稳压电源进行稳压处理输出+12V、+24V、数字+5V、模拟+5V、模拟一 5V电源至母板连接器上。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器,其特征在于:所述的主控制模块包括核心处理单元、CobraNet系统、RJ45接口、监听扬声器驱动、电子音量模块、音频矩阵和音频D/A，所述的核心处理单元通过控制总线连接到母板连接器上，该核心处理单 元与CobraNet处理系统、电子音量模块、音频矩阵和音频D/A相连接，该核心处理单元同时向母板连接器提供触摸屏接口 ；所述的CobraNet处理系统还与RJ45接口、音频D/A相连接，所述的音频矩阵与电子音量模块、音频D/A相连接，所述的电子音量模块与母板连接器上提供的监听音频信号相连接，同时通过监听扬声器驱动与母板连接器相连接，该电子音量监听模块的音频输入端和音频输出端连接到母板连接器上。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的主功放模块与备用功放模块相同，每个功放模块均包括EMI滤波电路、PFC电路、半桥谐振电路、变压器、整流滤波电路、PWM整形/隔离电路、PWM驱动电路、D类功放模块和低通滤波器，所述的EMI滤波模块的输入端连接到母板连接器上并对电源模块输出的AC220V电源进行滤波处理，该EMI滤波模块、PFC电路、半桥谐振电路、变压器、整流滤波电路依次相连接并输出+160V直流电压并为D类功放模块供电；所述的PWM整形/隔离电路的输入端连接到母板连接器上并对主控制模块输出到母板连接器的音频信号进行整形隔离处理，该PWM整形/隔离电路、PWM驱动电路、D类功放模块、低通滤波器依次相连接并放大为定压功率音频信号，经母板连接器发往定压音频输出模块。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的噪声检测模块包括前级处理电路和核心处理单元，所述的前级处理电路分别与核心处理单元和探头接口相连接，该前级处理电路与母板连接器相连接接收主控模块输出的音频信号并进行处理后输出至核心处理单元，核心处理单元通过串口连接到母板连接器上。
9.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的音频输入模块包括音频低通滤波模块和噪声门检测模块，所述的音频低通滤波模块和噪声门检测模块连接到母板连接器上，音频低通滤波模块与紧急广播音频和现场广播音频相连接，对紧急广播音频和现场广播音频进行低通滤波后，一方面通过母板输出到主控模块的电子音量模块中进行音量调节，另一方面往噪声门检测模块中进行检测，并将有无音频的信息发送给主控模块。
10.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于公众广播系统的数字功放服务器，其特征在于:所述的定压音频输出模块包括核心处理单元、主备切换模块、功放/线路检测电路、监听通道选择模块和防雷电路；所述的核心处理单元分别与主备切换模块、功放/线路检测电路、监听通道选择模块相连接，两个主备切换模块分别与功放/线路检测电路和防雷电路相连接，所述的核心处理单元通过串口连接到母板连接器上，所述的主备切换模块、监听通道选择模块均连接到母板连接器上。
【文档编号】H04H60/58GK103944659SQ201410175520
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】赵苏铭, 庞德海, 王家祥 申请人:天津市黎明时代轨道交通技术有限公司