多功能录扩音系统的设计

    引 言

    电力企业安全第一。电力工作中包括调度预令、操作指令、操作步骤、操作汇报、情况汇报等都需要进行电话录音，录音记录能更好地督促相关人员严格遵守安全步骤和劳动纪律，极大地促进了电力安全生产。目前，福建、浙江地区相继开展了电力系统准军事化工作，对电力生产的正规性和安全起到了很好的促进作用。与此同时，检修工作中操作步骤、工作内容、安全措施、分工等都提出了录音要求，但是，传统的录音机、录音笔等因为功能、容量、便利性等不便于工作中的使用。

    1 录扩音系统结构

    多功能录扩音系统，它主要包括ARM数据处理模块、录音系统、扩音系统。该系统功能适用、便携、操作简单。其中，录音系统用于记录电力检修工作中工作前的工作内容、危险点、安全措施及分工安排等;扩音系统辅助工作负责人对上述工作交底的扩音，特别是在大型检修或人员众多的场合等，促进了电力安全生产，并且具有音频播放功能，可以播放MP3音乐和录好的语言。同时支持声控录音功能：当外界声音太小时自动暂停录音，有声音时自动继续录音，系统结构框图如图1所示。

     

     

    2 新型录放音系统硬件平台设计

    多功能录扩音系统CPU采用32位ARM处理器-AT91SAM9263,录音模块采用性能十分优越的语音芯片，美国ISD公司生产的ISD4004语音芯片，扩音模块则是基于得到广泛应用的TEA2025功放芯片。

    2.1 ARM模块

    美国ATMEL公司生产的AT91SAM9263型微控制器。该控制器基于ARM9263EJ-S的工业级系统级(System on Chip,SoC)芯片;具有丰富的片上资源和标准接口，以及低功耗、低成本、高性能、支持多种主要的嵌入式操作系统等特点，具有极强的音频处理能力。AT91SAM9263芯片的最小系统的具体接线图如图2所示。

     

     

    本系统使用有源晶体振荡器X1(18.432MHz)和无源晶振X2(32.768kHz)作为系统的主振荡器和慢时钟振荡器，振荡器产生的系统主时钟和慢时钟基准经过微处理器内部两个PLL(Phase LOCked Loop,锁相回路)后，产生系统所需的各种CPU时钟、外设时钟以及USB器件工作时钟。

    2.2 录音模块

    录音模块是基于ISD4004的录音系统，ISD4004芯片无须A/D转换和压缩就可以直接储存，没有A/D转换误差，具有可多次重复录放、存储时间长、使用时不需扩充存储器、所需外围电路简单，引脚包括电源、时钟、语音信号模拟输入/输出端、与MCU接口(SPI接口)几部分。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音。录音模块电路具体接线如图3所示。

     

     

    该模块受声控和面板控键控制包括开始、暂停及停止录音，同时，在录音过程中，若声音小于设定值，则自动暂停录音，而当声音重新升高后，则自动继续录音。

    2.3 扩音系统

    扩音模块采用TEA2025功放芯片和音响，输出功率可达4.7W,声音输出清晰洪亮。TEA2025是欧洲生产的双声道功率放大集成电路，该电路具有声道分离度高、电源接通时冲击噪声小、外接元件少，最大电压增益可由外接电阻调节等特点，应用于袖珍式或便携式立体声音响系统中作功率放大。扩音模块电路具体的接线如图4所示 .

     

     

    MIC信号一路到录音模块进行录音，一路首先进过三极管Q1共射放大。三极管Q1的静态电流在1mA左右，集电极静态电压在3V左右，语音信号经过Q1放大后经C8隔直送入功放TEA2025进行功率放大。扩音模块既接入麦克的信号，同时又受录音系统的控制，可用于记录的录音文件的播放、试听等。

    2.4 SD存储模块

    利用了微处理器内部集成的SD/MMC卡控制器，在系统中设计了SD/MMC卡接口，使系统可以使用SD/MMC卡对测量数据进程存储，有效地增强了系统的数据存储功能，本卡由6线SD卡接口控制，SD/MMC卡的接口电路如图5所示。

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    3 软件设计

    目前，可供选择的操作系统很多，在这里我们采用&mICro;C/OS-II.µC/OS-II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2KB.

    3.1 µC/OS-II初始化启动设计

    在使用µC/OS-I的所有服务之前，必须使用函数OSInit()实现初始化，对所有全局变量和数据结构进行初始化。同时OSInit()函数会创建一个空闲任务OSTaskIdle,为该任务分配最低优先级并使之处于就绪状态。如果用户应用程序还要使用统计任务，则建立统计任务OSTaskstat()并让它进入就绪态，此任务的优先级设为OS_LOWESTPRIG_1,系统的初始化过程如图6所示。

     

     

    3.2 μC/OS-II的移植设计

    mC/OS-II的文件系统结构包括核心代码部分、设置代码部分、与处理器相关的移植代码部分。其中最上边的软件应用层是mC/OS-II上的代码。核心代码部分包括7个源代码文件和1个头文件。功能分别是内核管理、事件管理、消息队列管理、存储管理、消息管理、信号量处理、任务调度和定时管理。设置代码部分包括2个头文件，用来配置事件控制块的数目以及是否包含消息管理相关代码。而与处理器相关的移植代码部分则是进行移植过程中需要更改的部分，包括1个头文件OS_CPU.H,1个汇编文件OS_CPU_A.S和1个C代码文件。

    实际上将mC/OS-II移植到AT91RM9263处理器上，需要完成的工作主要是以下三个与体系结构相关的文件：OS_CPU.H,OS_CPU.C以及OS_CPU_A.S.

    3.3 主程序流程

    控制程序主程序流程图如图7所示，其中包括时间校正、录音、放音、播放时间设置、播放选择等六个子程序。

     

     

    4 结束语

    本文提出的一种多功能录扩音系统的设计方案，该方案充分发挥了ARM接口丰富的特点，移植了高效、稳定的µC/OS-II操作系统后，具有扩音、录音、放音等多种功能，适应了电力系统安全生产的需要。经实验证明，本方案具有较强的实用性。

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