基于Cortex-M3的智能校园广播系统设计

何伟峰，晋博，杨伟强，吴凯仪，蔡念，邓婵珍

（雅虎体育中国官网：飞达音响股份有限公司；广东工业大学信息工程学院）

1.设计背景

1.1 设计目的和必要性

智能校园广播作为学校特有的广播工具，以面向教育系统作为特定服务市场，与校报、校园网络共同构成校园的宣传和信息传播体系。长期以来，智能校园广播在打造校园媒介品牌，更好地为师生服务，为学校教学和科研服务发挥着重要的作用。校园广播自诞生以来，一直在高校中担当着主流媒体的角色。作为方便快捷及成本不高的传播手段，校园广播节目内容丰富具有时效性、灵活性、信息量大，传播范围广等特点，因而智能校园广播在学校传递信息的时效性上扮演着重要的一环，其广泛的影响是其他任何宣传形式所不可代替的。然而，随着以电视为代表的信息产业的快速兴起，校园广播在度过七八十年代的辉煌期之后，开始走人低谷，在校园内部受到的校报和近几年普及的校园网络的强烈冲击，其信息量大，传递快捷的特点也已经为被互联网所取代，作用强度和范围迅速减小减弱。此外，多元文化造成的强烈冲击以及校园广播节目自身创新乏力，使其生存空间正在逐步缩小，主要表现在受众的流失，影响力和号召力都有很大程度下降，宣传教育作用无法充分体现。并且由教育资源紧张，高校在广播上往往投入严重不足，存在广播设备老化，机器超期“服役”的现象，这在很大程度上影响了节目的播出和收听质量，无法与其他以先进技术作为依托的现代信息手段进行竞争。所以，在当前构建和谐校园的时代背景下，加强智能校园广播建设是未来高校广播系统发展的一种趋势。

1.2设计意义

目前各类学校普遍采用的原始广播系统已远远不能满足现代教育的需要，并严重制约着校园广播和智能化校园的建设与发展。在这种情况下，运用数字音频处理技术、智能传感器技术、无线通信技术等先进技术建立一套先进的、安全的、稳定的、经济的、可扩展的智能校园广播系统，成为国内学校校园广播系统建设的必然趋势。智能校园广播系统对各种新兴技术的攻关促使传统音响产业尽快融入战略新兴产业关键技术，并且加快传统音响产业升级的步伐，解决了传统音响产业在转型升级过程中所面临的技术难题，推进了信息技术在传统音响产业的融合渗透。智能校园广播系统重新担当起高校宣传教育的重要角色，必须进一步加强建设与管理，完成广播系统的现代化改造，只有建立一套先进的、安全的、稳定的、经济的校园广播系统，才能为校园广播与其他媒体竞争创造条件,所以，加强智能校园广播建设具有时代赋予的特殊意义。

2.智能校园广播系统设计

2.1 系统框架设计

整套系统由五部分组成，分别为：系统主机、消防预警网络、移动远程控制终端、室外音频网络、室内音频网络。整个系统以图中央的广播中控主机为核心，中控主机负责整个系统的任务调度与管理等工作。系统框架结构如图1所示。 

图1 校园广播系统整体架构图

2.2 中控系统主机设计

系统主机是整套校园广播系统最为核心的部分，承担了整个系统的任务调度与管理等工作。主机采用了当下工业界广泛采用的新一代嵌入式处理器-----基于ARM Cortex M3架构主控芯片。出色的性能以及优良的表现为设备的运行提供了强有力的支撑，同时为产品后续升级扩展提供的空间。主机有定时播报、全彩触摸屏控制、智能网络终端、程紧急广播、消防预警功能等功能特点。系统主机的架构图如图2所示。

图2 系统主机架构图

2.3.远程管理控制设计

本项目依托3G移动通信网络，将消防预警网络（包括众多传感器）、移动终端、中控机、室内外音频网络、各子系统整合到移动物联网中，设计一套具有智能控制、远程直播、预警可视化、移动物联等新功能的智能化校园广播系统。移动远程控制采用安卓软件开发技术，并与无线通信技术充分融合一起，为提升学校管理水平提供了有力的工具，远程控制架构图如图3所示。

图3 移动远程控制架构图

2.4.消防网络架构设计

消防预警网络承担了校园火灾等事故的及时响应任务，消防预警网络的架构图如图4所示。

图4 消防网络架构图

在校园内的每栋（包括教学楼、实验楼、办公楼等）的每个楼层每个房间安装相应的烟雾传感器，每栋楼的全部传感器都统一并实时的由每栋楼的消防处理终端管理。终端机将楼宇的消防情况及时提交到楼宇值班电脑中的管理软件中进行记录并做相应处理，若有异常情况，除了在事发地及时拉响警报之外，还可以通过移动3G网络将事故信息及时准确的通知相应的负责人。

系统主机通过学校的射频发射台将音频信号传送到室外的各个音柱中，定时播报诸如上下课、眼保健操、课间操等音乐。充分利用学院原有资源，无需增加投入。室外音频网络结构如图5所示。

图5 室外音频网络

3.中控主机的功能

3.1  定时播报和多音源选择功能

(1) 系统主机是整套校园广播系统最为核心的部分，承担了整个系统的任务调度与管理等工作。设备主机能依据客户制定好的时间表按时执行播报任务，按时按量自动完成。设备主机具有多路输出选择与控制，集成5路时序电源功能，有普通时序电源的功能，但又不同于时序电源器，它具备定时功能，可以指定任意插座，任意时段进行通断功能，具备多点定时功能，并能对定时点进行任意编辑，具备重复与不重复的选择。具备五路分区功能，五路分区具备定时，多任务开关功能，可作意时间设定开关功能，按天，按周重复等功能。五路独立音频输出，并具有五路静音按键，能独立调节音量；具备一组话输入，并带有优先功能。

(2)设备主机具有多种音源选择，系统主机除了完成相应的管理任务之外，同时还是一台多功能音乐播放器，用户可以将常用的音频设备接入主机进行输出，还可以将带有音乐的U盘或者手机蓝牙接入主机进行音乐播放，为校园娱乐广播节目提供了便捷。设备主机通过蓝牙、射频等无线通信技术，将传统的消防报警器整合到移动手机中实现远程实时预警并通过安卓开发技术实现可视化，同时结合移动安卓开发技术与远程交互技术等实现智能终端远程直播的功能。

(3)设备主机还具备省电管理功能，设备在空闲状态下可自主切断电源输入，进入休眠状态，并能在任务来临前的一定时间内及时唤醒。短时休闲只切断设备电源，长时间休眠需连同功放机电源一起切断。

3.2紧急广播和消防预警功能

通过对嵌入式技术、音频编解码与处理、无线传输技术等关键技术的攻关，本项目研发了一套具有智能控制、远程直播、预警可视化、移动物联等新功能的智能化校园广播系统。并且该产品可依据客户制定好的时间表按时执行播报任务，按时按量自动完成。

(1)设备主机具有远程紧急广播功能，系统与移动无线3G网络无缝对接，用户可以根据需求对不同的手机号码设定相应等级的权限，实现远程实时语音广播。使在一些紧急事件与突发事件的提前预警与广播提供了便利，通过手机就可以轻松在任何地方选择相应的分区进行实时广播，并且设备主机具有良好的人机交互性能，配备大尺寸电容触摸显示屏，可在线完成部分设置操作，全部操作信息实时限制。界面优美，显示清楚直观。

(2)设备主机具有消防预警功能，系统充分利用了当下先进的物联网技术，将传统的各种消防预警的报警器以及各类预警传感器进行整合成一个网络，一改以往预警功能只能在局部区域起作用的局面，借助无线通信技术、智能传感器技术等实现灾难实时预警并及时将信息反馈给相应的负责人的移动终端，负责人再结合远程紧急广播功能做相应的处理。设备主机采用多存储单元结构设计，内置固化内存单元存放系统文件以及常用的数据文件，防止误操作而导致系统出错，降低设备维护以及维修成本。同时设备主机可通过外接存储设备如U盘或者手机蓝牙的在线数据传输，实现用户自主选择播放音乐选择。

3.3 智能人际交互功能

结合面向对象软件设计技术、数据库技术、UI设计技术等综合开发符合人们审美观、形象直观的软件平台。使全部操作都能直观并且简约简洁的呈现在用户面前。优化设计，使得即便没有经过培训的人员都能轻松上手软件的使用。整个系统中涉及到人机交互的有上位机操作软件、中控机全彩触摸屏、安卓手机客户端。三者间各自分工，各司其职，并为整个系统与用户的良好交互提供便捷的接口。

要实现自动定时广播功能，用户首先需要通过上位机软件进行时间和任务的编辑，将一个固定周期的定时任务表设定好，并下载到机器。中控机会严格按照命令表执行定时播报任务。上位机操作软件应简洁易用，美观大方。另外为了保证版权以及信息安全等，上位机软件以及下位机都必须经过注册才能使用。本项目利用较为先进的数据安全技术将上位机软件与中控机实现绑定，最大限度的保证了公司以及用户的权益。上位机软件提供了四套定时方案的编辑，两套主要方案和两套临时方案。用户可以通过下位机的触摸屏操作对定时方案进行选择，灵活适应了冬令时、夏令时以及调休等情况。上位机软件效果图如图6所示。

图6 上位机软件效果图

传统的广播系统中控机采用的成本较低的单色液晶屏，负责显示时间与任务信息。随着社会的发展，人们对彩色液晶屏的需求越来越大，同时人们也更希望同一件产品能实现更多的功能。显然单色屏已经无法满足客户的需求也已然被淘汰。智能化的设备是很难不跟全彩液晶屏相关联的，本项目采用了大尺寸的全彩电容屏作为中控机的显示器。显示效果更出色，触摸更灵敏。用户可通过触摸屏对中控机进行相应的操作，比如机器注册、管理员设置与修改、定时任务的调整，天气、日期等生活信息的查看等等。接着当下流行的UI设计技术，通过合理的布局与规划，使得操作界面符合人们的思维习惯，简单易用又强大好用。下位机触摸屏效果图如图7所示.

图7 下位机效果图

4．结论

校园广播市场非常大，几乎所有的校园都需要用到校园广播系统。中国城市如此密集，学校众多，校园广播应用范围非常广泛，可见校园广播的市场非常庞大。新农村建设的步伐已经加快，农村小广播系统的需要逐渐显露；中国农村幅员辽阔，农村广播系统的更新无疑是一项巨大的系统工程。

雅虎体育中国官网：飞达音响股份有限公司联合广东工业大学信息工程学院研发的智能广播系统（雅虎体育中国官网：市花都区科技计划项目（项目编号：HD15GY044））已经进入产业化，首次亮相福州市召开的第69届中国教育装备展示会便获得众多客户认可，同时获得了批量订单。该产品的自主创新与性价比具有广阔的市场发展前景。