一. 概述
    福建省電臺(tái)在廣播播控系統(tǒng)中采用了集中式的多路音頻監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)自辦六套節(jié)目、中央一套廣播和一套電視伴音信號(hào)（東南網(wǎng)絡(luò)主用信號(hào)和數(shù)字衛(wèi)星備用信號(hào)）在總控室集中監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)目電平彩條監(jiān)視與報(bào)警功能。當(dāng)檢測(cè)到播出異常時(shí)能發(fā)出語(yǔ)音提示，通知總控值班人員及時(shí)處理。
    作為一線值班人員，感到欣慰的是挽救了停播事故，但有時(shí)由于客觀原因造成挽救不及時(shí)（超過(guò)50秒）而感到遺憾。主要有兩個(gè)原因：一是直播室主持人由于沒(méi)有得到任何預(yù)警，對(duì)節(jié)目播出異常并不知曉而延誤處理時(shí)機(jī)；二是總控值班人員從聽(tīng)到電腦報(bào)警到在直播室采取有效辦法挽救播出異常（停播或劣播）需要一些時(shí)間，而且處理時(shí)間長(zhǎng)短因人而異。我們也嘗試減小多路音頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的停播延時(shí)時(shí)間，但效果不盡人意。為了幫助直播室主持人能在第一時(shí)間得到播出異常預(yù)警，使他們及時(shí)補(bǔ)救，避免播出事故的發(fā)生，同時(shí)有效地提高了播出安全。因此，我們覺(jué)得有必要設(shè)計(jì)一套能分布監(jiān)測(cè)和有效預(yù)警的設(shè)備，并安裝在直播室的播出通路上。

    二. 設(shè)計(jì)要求
    預(yù)警器可以安裝在直播室的PGM播出通路上，能夠每天24小時(shí)通電、不間斷運(yùn)行；具有對(duì)左、右聲道信號(hào)分別采樣檢測(cè)、分別預(yù)警的功能；被檢測(cè)信號(hào)線路可以直接通過(guò)預(yù)警器，而且不影響信號(hào)質(zhì)量；采用燈光預(yù)警提示和小音量的蜂鳴器。
    當(dāng)通過(guò)預(yù)警器的任一路信號(hào)電平低于的-20.7dBu時(shí)，持續(xù)時(shí)間超出設(shè)定的預(yù)警時(shí)間15秒（軟件設(shè)置）時(shí)，預(yù)警器立即發(fā)出燈光警示和蜂鳴聲，提醒直播室主持人注意這時(shí)節(jié)目信號(hào)電平太小或節(jié)目停播的時(shí)間太長(zhǎng)，通知他們?nèi)绻获R上采取必要的補(bǔ)救措施，可能會(huì)發(fā)生劣播或停播事故。目的是在總控技術(shù)人員到達(dá)發(fā)生故障的直播室之前，直播室主持人已經(jīng)警覺(jué)、正在處理或已經(jīng)補(bǔ)救了差錯(cuò)，可以有效減少播出異常的時(shí)間和杜絕停播事故的發(fā)生。

    三. 硬件部分
    設(shè)計(jì)電路時(shí)，主要考慮音頻接口和單片機(jī)的選型，音頻接口要求高阻平衡輸入輸出，不影響所通過(guò)的信號(hào)質(zhì)量；單片機(jī)的選型要考慮電路簡(jiǎn)單和程序功能的實(shí)現(xiàn)，也要考慮今后容易升級(jí)和通過(guò)串口構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分布式多路音頻監(jiān)測(cè)。
    預(yù)警器由音頻信號(hào)隔離耦合器、高阻運(yùn)放電路、單片機(jī)、燈光警示、蜂鳴器和直流穩(wěn)壓電源等組成。
    1.隔離耦合器和高阻運(yùn)放電路
    采用2個(gè)高質(zhì)量的音頻信號(hào)耦合器分別耦合被檢測(cè)的音頻信號(hào)，并且預(yù)警器電路與被測(cè)線路的信號(hào)線和地線完全隔離，在每個(gè)耦合器的2個(gè)輸入端各安裝一個(gè)高值電阻，確保預(yù)警器在任何情況下不會(huì)影響被測(cè)信號(hào)的質(zhì)量和安全，信號(hào)通路性能測(cè)試指標(biāo)參見(jiàn)表1。高阻運(yùn)放電路對(duì)耦合信號(hào)進(jìn)行放大和處理，完成平衡信號(hào)向非平衡轉(zhuǎn)換，主要對(duì)報(bào)警電平-20.7dBu的信號(hào)進(jìn)行調(diào)試，在此基礎(chǔ)上留有-10dBu的余量，經(jīng)過(guò)線性處理后，送給單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端口進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。

    2.單片機(jī)
    我們選購(gòu)的單片機(jī)型號(hào)是PIC16F819，應(yīng)用于單機(jī)預(yù)警器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，性價(jià)比較好。主要特點(diǎn)有：
    （1）內(nèi)部配置了2K×14位的Flash程序存儲(chǔ)器，可以很方便地進(jìn)行在線擦除和燒寫(xiě)，壽命可達(dá)10萬(wàn)次，減少了開(kāi)發(fā)成本。
    （2）嵌入一個(gè)10位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，最多帶有5個(gè)模擬量輸入通道，用來(lái)把模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)程序可以運(yùn)算的數(shù)字比特，使電路設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單。
    （3）配置了3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊，分別為8位TMR0、16位TMR1和8位TMR2，利用定時(shí)器TMR1和TMR2的計(jì)時(shí)工作模式，能夠滿足程序設(shè)計(jì)“延時(shí)”的要求。
    （4）內(nèi)部集成了看門(mén)狗（WDT）電路，通過(guò)對(duì)相關(guān)寄存器的設(shè)置，可實(shí)時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控和電壓監(jiān)控。由于電磁干擾或電壓出現(xiàn)過(guò)大、過(guò)小，引起系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛的情況，可以通過(guò)看門(mén)狗電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，重新運(yùn)行程序。
    （5）可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程，簡(jiǎn)便了開(kāi)發(fā)過(guò)程。
    3.預(yù)警提示
    采用燈光警示或小音量的蜂鳴器。當(dāng)單片機(jī)的左聲道報(bào)警輸出端口RB2或右聲道報(bào)警輸出端口RB4或同時(shí)輸出為高電平時(shí)，74HC00門(mén)電路的第1腳為高電平，使得第6腳輸出第2腳輸入的單片機(jī)端口RB1輸出的周期為0.5秒脈沖信號(hào)，通過(guò)“跳線”選擇驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出間斷蜂鳴聲。同時(shí)開(kāi)關(guān)三級(jí)管導(dǎo)通，繼電器吸合，警燈發(fā)出燈光警示，提醒直播室主持人及時(shí)補(bǔ)救播出異常。
    4.直流穩(wěn)壓電源
    采用金屬屏蔽隔離的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，輸出干凈的直流電壓+5V、-5V和+12V。考慮到預(yù)警器需要24小時(shí)通電運(yùn)行，盡量減少電路的發(fā)熱量及提高電路運(yùn)行的可靠性和安全性，均采用直流低電壓+5V和-5V供電。
    5.電路板設(shè)計(jì)
    設(shè)計(jì)的好壞直接影響到單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，因此必須重視。在制作電路板過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
    （1）模擬電路與單片機(jī)（數(shù)字電路）的電源和接地應(yīng)該分別連接到穩(wěn)壓電源，應(yīng)以模擬、數(shù)字等區(qū)域劃分，以減少彼此之間的電磁干擾。
    （2）單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)退耦電路是一只典型值為100pF的電容，再并上一只0.1uF的高頻電容，這2只電容盡量放在靠近Vss/VDD的地方。（3）單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)耦合于外部XT晶振的振蕩器電路，在PCB板上，外接電容和晶振的引腳越短越好，最好它們的周圍用地線圈起來(lái)，避免或減少電磁干擾。
　　
    四. 軟件部分
    1.開(kāi)發(fā)軟件和開(kāi)發(fā)工具
    美國(guó)Microchip微芯公司為其PIC單片機(jī)配備了功能強(qiáng)大、基于Windows、易學(xué)易用的軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境MPLAB-IDE。我們采用了V7.10版本，為PIC16F819單片機(jī)進(jìn)行程序的創(chuàng)建、編輯、匯編和調(diào)試，還能方便而靈活地實(shí)現(xiàn)程序的模擬運(yùn)行，可以了解程序設(shè)計(jì)的合理性以及分析部分參數(shù)的運(yùn)行結(jié)果。
    為了節(jié)省費(fèi)用，又能滿足設(shè)計(jì)需要，購(gòu)買(mǎi)了MPLAB ICD2在線調(diào)試器，既可以作為調(diào)試工具，又可以作為編程器。運(yùn)行MPLAB-IDE V7.10軟件的計(jì)算機(jī)采用USB串口連接ICD2調(diào)試器，通過(guò)目標(biāo)板上單片機(jī)的5個(gè)引腳，分別是PGMC、PGMD、MCLR、Vdd和Vss，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行在線程序調(diào)試和燒寫(xiě)。
    2.程序設(shè)計(jì) 
    程序可以用面向機(jī)器的匯編語(yǔ)言和面向用戶的C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，由于程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和算法不復(fù)雜，我們采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，程序采用模塊化設(shè)計(jì)，主程序力求簡(jiǎn)單明了、條理清晰，以提高程序的可讀性和程序運(yùn)行的可靠性。
    程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能：
    （1）循環(huán)采樣模擬信號(hào)：先對(duì)端口A的有關(guān)寄存器PORTA和TRISA進(jìn)行初始化，使RA0、RA1分別設(shè)定為左聲道和右聲道模擬信號(hào)的輸入口，同時(shí)也把芯片內(nèi)的電源電壓作為A/D轉(zhuǎn)換器的采樣量化的基準(zhǔn)電壓。利用A/D轉(zhuǎn)換器分別對(duì)RA0、RA1輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，再通過(guò)算法運(yùn)算、比較來(lái)決定是否啟動(dòng)定時(shí)器TMR1和TMR2進(jìn)行計(jì)時(shí)，不停循環(huán)下去。
    （2）分開(kāi)延時(shí)和預(yù)警：把定時(shí)器TMR1作為左聲道無(wú)信號(hào)時(shí)的計(jì)時(shí)器，把定時(shí)器TMR2作為右聲道無(wú)信號(hào)時(shí)的計(jì)時(shí)器，通過(guò)對(duì)端口B的有關(guān)寄存器PORTB和TRISB進(jìn)行初始化，使RB3、RB4分別設(shè)定為左聲道和右聲道預(yù)警信號(hào)的輸出口，驅(qū)動(dòng)警示燈和蜂鳴器，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)預(yù)警器前面板的預(yù)警狀態(tài)燈。
　　
  &nbs