一种广播音量自适应控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种广播音量控制系统，尤其涉及一种广播音量自适应控制系统，属于智能控制技术领域。

背景技术：

在机场、车站及码头等公共出行大厅中存在复杂的人为噪音，如旅客的嘈杂声、航班进港离港以及机车进出站所产生的噪音等。这些噪音直接影响乘客收听大厅广播的效果。若广播音量较小导致乘客听不清广播内容，错过出行的关键信息；若广播持续大音量播音，则会大大降低乘客的舒适度。因此，本实用新型设计了一种广播音量自适应控制系统，系统根据检测到的实际环境噪音大小自动调节广播音量，使播音音量略高于环境噪音，既保证广播的信息传播效率又兼顾了舒适性，同时也在一定程度上降低了广播播音的电能消耗。

技术实现要素：

实用新型目的：

本实用新型的目的正是基于上述原因，解决背景技术中的不足，提供一种广播音量自适应控制系统。

技术方案：

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的方案为：

一种广播音量自适应控制系统，包含单片机、噪音检测电路、音量控制电路、语音播放电路、按键电路、显示电路、电源电路，所述噪音检测电路和按键电路的输出端分别连接单片机的输入端，所述单片机的输出端分别连接音量控制电路、语音播放电路和显示电路的输入端，所述音量控制电路的输出端连接语音播放电路的输入端，所述电源电路的输出端分别连接噪音检测电路、音量控制电路、语音播放电路、显示电路的输入端。

作为本实用新型一种广播音量自适应控制系统的进一步优选方案，所述单片机的主控芯片采用MSP430F149。

作为本实用新型一种广播音量自适应控制系统的进一步优选方案，所述电源电路采用3.3V直流电源。

作为本实用新型一种广播音量自适应控制系统的进一步优选方案，所述噪音检测电路采用电容式驻极体话筒MIC。

作为本实用新型一种广播音量自适应控制系统的进一步优选方案，该系统还包含A/D转换器，所述噪音检测电路通过A/D转换器连接单片机。

作为本实用新型一种广播音量自适应控制系统的进一步优选方案，所述语音播放电路采用华邦公司的ISD1760语音芯片。

作为本实用新型一种广播音量自适应控制系统的进一步优选方案，所述显示电路采用LCD1602液晶器。

有益效果：

1、本实用新型一种广播音量自适应控制系统可以根据检测到的实际噪音大小控制广播音量的输出，保证复杂环境噪音下乘客既能够听清广播内容，又避免持续的大音量播出对舒适度的影响和电力资源消耗；

2、本实用新型一种广播音量自适应控制系统系统硬件结构简单，软件设计灵活，性价比高，具有良好的应用价值和推广意义。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型的单片机及电源电路电路图；

图3是本实用新型的噪音检测电路电路图；

图4是本实用新型的音量控制电路电路图；

图5是本实用新型的语音播放电路电路图；

图6是本实用新型的显示电路电路图；

图7是本实用新型的按键电路电路图。

具体实施方式:

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1所示，一种广播音量自适应控制系统，包含单片机、噪音检测电路、音量控制电路、语音播放电路、按键电路、显示电路、电源电路，所述噪音检测电路和按键电路的输出端分别连接单片机的输入端，所述单片机的输出端分别连接音量控制电路、语音播放电路和显示电路的输入端，所述音量控制电路的输出端连接语音播放电路的输入端，所述电源电路的输出端分别连接噪音检测电路、音量控制电路、语音播放电路、显示电路的输入端。单片机作为系统控制器；电源电路，为单片机及外围电路提供电压；噪音检测电路，检测大厅的实时噪音，与单片机信号输入端连接；音量控制电路，实现分压电阻的电位切换；语音播放电路，调节输出电压，实现音量的自适应控制；显示电路，利用液晶显示器实时显示噪音及广播音量信息；按键电路，控制广播音量控制的模式选择。

其中，所述单片机的主控芯片采用MSP430F149，所述电源电路采用3.3V直流电源，所述噪音检测电路采用电容式驻极体话筒MIC，该系统还包含A/D转换器，所述噪音检测电路通过A/D转换器连接单片机，所述语音播放电路采用华邦公司的ISD1760语音芯片，所述显示电路采用LCD1602液晶器。

本实用新型的主控芯片单片机采用MSP430F149。电源电路采用3.3V直流电源供电，电源电路如图2所示。振荡电路采用内部振荡方式，系统晶振为8MHz，起振电容分别为22pF。复位电路采用上电复位和按键复位复合的方式。本实用新型的电源电路统一采用+3.3V直流电源给控制器的数字电源和模拟电源供电，利用通用电源适配器输出+5V直流电压，采用AM1117-3.3稳压芯片从+5V中取得+3.3V电压，完全满足控制器电源电压需求。同时，获得的+3.3V电压连接到控制器的VeREF+端，可为后期ADC采样提供参考电压。为了稳定电源，在控制器的数字电源和模拟电源引脚分别接0.1uF滤波电容。需要说明的是，在使用AM1117-3.3需要在输入端和输出端并联滤波电容，起到稳定电源电压作用。在+5V电源端串接一个D1发光二极管可用作电源指示灯用来判断电源有无电压。电源电路如图2所示。

本实用新型的噪音检测电路如图3所示。电容式驻极体话筒MIC将噪音声波转为电压信号，由C21和C22电容的低频和高频滤波后，再经过可调电阻R21选择适当的噪音信号电压输入到运放LM386进行信号放大。LM386的1号和8号引脚是电压增益倍数选择端，接入10uF电容实现LM386的200倍最高增益。当选择较高增益工作时，7号旁路引脚需要对地接入0.1uF电容，防止增益的下降造成的不稳定工作等情况。在5号引脚的音频输出端，串接C24和R22到地进行高频滤波，经过C23电容低频滤波和D11去除可能出现的电源负压后到R20电位器，增益200倍的电信号在0-4V范围内，超出单片机的最大采样电压+3.3V，故通过R20调压后送到单片机的P6.0引脚。在P6.0检测端接入D10指示灯直观的观察噪音的有无及大小。输出端接D12和R23用来给C23电容放电，放电速度取决于R23的阻值，其目的是较快的反应噪音信号的平均直流电压以保证噪音检测的实时性。为了消除电源适配器送出的5V电源中可能夹杂的各种高低频噪音（尤其低频噪音），在检测模块电源输入端需并联C16大电容以去除来自电源中不必要的噪音干扰。系统采用MSP 430单片机片内集成的12位A/D转换器将电压信号转变为数字量，无需另外搭建外围A/D转换电路。MSP430F149的P6端口为8路模拟信号外部输入通道，对模拟信息进行检查，满足实时数据处理系统的要求。MSP430F149的A/D转换由寄存器AD12SSEL选择内核时钟源，寄存器ADC12DIV选择分频系数，寄存器SHT控制采样周期。该系统单片机设置的采样周期是128us，每次采样后ADC硬件会自动将转换结果存放到相应的ADC12MEN寄存器中。本系统采样128个点并去极点后进行平均计算得到一个平均噪音点，因为环境噪音的不确定性，可能在某个瞬间出现异常较大噪音，所以检测状态设置为3秒，计算3秒内平均噪音作为环境噪音值。

本实用新型的音量控制电路如图4所示。系统采用电阻进行信号分压，分压电阻的阻值取决于控制器的P1.0、P1.1和P1.2引脚状态。根据ADC采样得到平均噪音大小，通过控制单片机P1.0、P1.1及P1.2端口的输出状态，通过控制继电器的吸合来切换分压电阻，具体分压电阻大小根据实际情况而定。总体而言，噪音越小则和扬声器串联的分压电阻越大，扬声器播音越小；反之，扬声器串联的分压电阻越小，扬声器播音越大。分压电阻的电位输出分别接在ISD1760语音芯片的13号和15号引脚上。在音量控制电路中采用S8050型NPN三极管驱动继电器，在其基极串联发光二极管和电阻分别起到指示档位和限流作用。当端口电平为高电平时继电器驱动，相对应的指示灯点亮，指示灯点亮的个数对应着相应的音量档位。在使用继电器时需要在线圈两端反接二极管放电，避免线圈突然断电产生的反向感应电压损坏三极管等器件。

本实用新型的语音播放电路如图5所示。为了模拟大厅的广播播音，系统采用华邦公司的ISD1760语音芯片模拟播音，该芯片可以进行录音并且能长时间掉电储存，且芯片内部包含有自动增益控制、扬声器驱动线路等功能。在ISD1760芯片20号引脚Rosc串联震荡电阻来自定芯片的采样频率，其采样频率可在4KHz - 12KHz中选取，不同的采样频率储存的时间长度不同，系统根据实际播音的平均时长采用8KHz的采样频率。ISD1760芯片的工作电压为2.4V - 5.5V，最高不能超过6V。芯片有多个电源端， 1号引脚Vccd（数字电源）、14号引脚Vccp（扬声器驱动电源）和21号引脚Vcca（模拟电源）均接+5V电源端供电，同时在芯片输入端并联电容进行滤波，以免带来不必要的信号干扰，在使用内部自动增益控制电路时需要在芯片的18号引脚AGC端串接4.7uF有极电容，以达到自动增益的目的。为了便于观察芯片的工作状态，设计了播放状态LED指示灯D2（当芯片处在播放音频状态时LED闪烁，否则熄灭）和电源LED指示灯D3。ISD1760同样可直接进行按键操作，19号引脚VOL控制音量大小，23号引脚PLAY控制声音的播放与停止，本系统只需要用到VOL引脚和PLAY引脚连接到键盘，其余引脚悬空不接。图5中芯片的13号和15号引脚为语音播放的输出端口。

本实用新型的显示电路如图6所示。为了便于观测系统工作过程，系统采用LCD1602液晶器显示平均采样电压（由噪音检测电路输出经过单片机滤波计算后的电压）、系统工作状态（检测、播放和停止）、噪音大小及当前音量调节方式（自动和手动）。1602的1号和2号引脚分别是电源的对地端和+5V电压端，3号引脚是模块显示的对比度，接地时对比度最高，在此接入100K可调电阻，方便随时调节对比度。作为控制端口的4-6号引脚分别由单片机的P4.5-P4.7端口控制。7-14号引脚为8位双向数据端，与单片机的P5口相连。15和16号引脚为背光灯电源正负极。

本实用新型的按键电路如图7所示。S3按键接在ISD1760的23号引脚上进行播放/停止控制，按下给予端口低电平信号，语音芯片播放广播语音。播放端口同时受控制器的控制，因为考虑到可能随时有按下按键的可能，需要串联一个100Ω电阻，否则易造成控制器I/O口短路。S4和S5分别是中断检测端和单次/循环模式端，分别和控制器的P2.0和P2.1端口相连接，须接上拉电阻，否则按键无法正常工作。S4中断检测是指在系统播放广播时人为进行强制停止进行检测噪音，S5单次/循环播放模式是根据实际情况设置，单次模式指广播进行一次环境噪音检测播放一段广播录音即停止播放，循环模式则是指系统在检测状态和播放状态来回循环进行。考虑系统的安全性和稳定性，一旦音量自适应控制出现故障，为了保证音量可调，系统设计手动调节音量功能。S2音量增减键与语音芯片第19号引脚VOL相连。S2控制音量的加减操作，每按一下，音量便会减小一档，达到最小档位后再次按下S2键，音量跳到最大档位，如此循环以控制音量大小。音量手动调节功能共有8个音量档位供选择，每次按下音量增减S2键音量大小会改变4dB，初始上电时音量默认设置为最大档位。

本实用新型一种广播音量自适应控制系统可以根据检测到的实际噪音大小控制广播音量的输出，保证复杂环境噪音下乘客既能够听清广播内容，又避免持续的大音量播出对舒适度的影响和电力资源消耗；本实用新型一种广播音量自适应控制系统系统硬件结构简单，软件设计灵活，性价比高，具有良好的应用价值和推广意义。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。