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作為人類生活和娛樂必不可少的媒體產品，其智能化發展大勢所趨。在演出場所以及一些中小型表演劇場中，若仍使用到的舊式媒體設備，存在時效性差、可靠性低等問題，這樣會導致工作人員效率低，進而影響觀眾、聽眾的心情。隨著新型技術不斷涌現加入，利用云服務平臺實現對硬件設備的實時高效控制，由此實現了物質世界、網絡世界和人類認識世界的聯通。為此本文也設計了一款適用于中小型環境的基于機智云服務平臺的媒體設備控制系統。
1?系統總體設計
基于機智云服務平臺進行媒體設備方面的智能硬件開發需要以下幾部分：媒體設備、機智云服務平臺和手機APP。媒體設備控制系統如圖所示。
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圖1：媒體設備控制系統 利用可靠的硬件設備模擬媒體產品可以準確地反映本設計要實現的燈光控制以及音樂播放控制等功能。云端服務器選用機智云服務平臺，用于轉發手機軟件下發的控制指令，然后將控制指令下發至硬件設備。
2?系統硬件設計燈光設備模塊
一場完美的演出需要一整套智能高效的燈光控制系統，針對劇院舞臺燈光控制系統，本設計采用?STM32F103ZET6?試驗板上的LED燈來模擬燈光設備，模擬燈光設備的原理圖如圖所示。
圖2：燈光設備的原理圖 其中?PWR?是設備電源指示燈，為藍色顯示燈，LED0(DS0)?和?LED1(DS1)分別為 紅色和綠色，LED0與STM32的PB5相連。
音響設備模塊
針對劇院舞臺音響控制系統，用STM32F103ZET6試驗板上的SD卡模塊、音頻處理模塊、音頻功率放大模塊以及小喇叭來模擬音響設備。本設計需要提前將要播放的歌曲存放在一張SD卡中，通過試驗板上的卡槽將 SD 卡與主控芯片相連接，SD卡接口與STM32F103ZET6連接的原理圖如圖所示。
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圖3：SD卡接口與STM32F103ZET6連接的原理圖 SD卡中的音樂文件需要經過音頻處理以及功率放大才可以通過擴音器進行播放，則音頻處理模塊電路原理圖如下所示。
圖4：音頻處理模塊電路原理圖 上圖中，MP3_LEFT/MP3_RIGHT兩個引腳用作VS1053B的音頻輸出接口。SPK_CTRL 連接在 VS1053B的GPIO4上，用于控制HT6872工作狀態，從而控制小喇叭出聲，要讓小喇叭發聲，必須通過APP控制VS1053B的GPIO4輸出高電平，否則小喇叭關閉。VS_ RST是 VS1053B的復位信號線,低電平有效。VS_DREQ 是一個數據請求信號，用來通知主機VS1053B能否接收數據。
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圖5：音頻功率放大模塊電路原理圖 音頻功率放大模塊電路原理圖如圖5所示。圖中，SPK_IN就是 HT6872的音頻輸入，然后SP+和SP-分別連接喇叭的正負極。重點看 SPK_CTRL，這個信號控制著 HT6872的工作模式，該信號由VS1053B 的36 引腳 (GPIO4)控制。 當 SPK_CTRL 引腳為低電平時，HT687進入關斷模式，也就是功放不工作了。當 SPK_ CTRL引腳為高電平時，HT6872進入正常工作模式，此時喇叭可以播放 SPK_IN 輸入的音頻信號。這樣通過 SPK_ CTRL就可以控制喇叭的開關了。播放音樂以后采用TFTLCD模塊顯示模擬音響設備在運行過程中的播放信息。
3?系統軟件設計
系統能夠正常運行必須有軟件程序的設計開發，本文的控制系統軟件設計主要分為兩部分：一是模擬媒體設備STM32F103ZET6MCU端程序的編寫，包括 LED 燈初始化及控制程序設計、音樂播放部分的初始化及控制程序設計、WiFi初始化等程序；二是智能手機的應用程序，主要是在機智云平臺進行產品創建、虛擬設備功能實現、程序移植以及智能手機APP的下載安裝。系統軟件設計整體框圖如圖6所示。
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圖6：系統軟件設計整體框圖
整個系統的軟件設計包括 LED 燈、LCD 顯示屏以及VS1053B等芯片外設的初始化程序設計，WiFi模塊的固件安裝、WiFi初始化，硬件配網及控制主界面程序設計，云平臺 APP控制功能程序設計以及程序移植。模擬媒體設備程序設計主要使用 Keil5 MDK 開發環境，采用 C 語言開發。
機智云物聯網云平臺
本設計選用的是目前為止在物聯網開發領域具有相當大優勢的機智云（Gizwits)物聯網云平臺，它為個人開發者提供了極大的便利條件，有助于加快開發速度，縮短開發周期。
GAgent嵌入式固件
GAgent是一種用于數據轉發的嵌入式固件系統，硬件設備需要依靠GAgent才 能接入機智云服務平臺, 通過GAgent接入機智云，需要經過以下幾個步驟：
? ? ? ?①GAgent獲取設備信息，首先 GAgent通過串口向 MCU 發出請求設備信息指令，MCU 在接收到請求指令后將設備信息以同種方式發送給 GAgent，如果此時設備正常工作，則 MCU 需要回復 GAgent發出的心跳包。
②設備配置入網有airlink、softAP兩種方式可供選擇：airlink方式主要通過手機端發送包含路由器賬號和密碼的特定 UDP廣播，設備的 WiFi模塊接收到后根據廣播包含的信息連接到路由器上；softAP 方式則是將設備作為一個AP，將手機 APP連接到 WiFi模塊的熱點上。前者可以實現遠距離的控制指令下發接收，而后者只能用于近距離的相關配置，無法實現遠距離通信。本文根據設計的要求，選擇 airlink方式進行配網。airlink配網流程如圖7所示。
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圖7：airlink配網流程圖
③智能手機AP控制設備之前必須先綁定設備，本設計采用 WiFi方式對設備 進行綁定，WiFi技術安全健康，在實際工作中，它的發射功率大約在60~70 mW 之間，所以說該技術相對來說是比較安全的，搜索并綁定設備流程如圖8所示。
圖8：APP通過 WiFi綁定設備
設備數據的上報與下發
上報設備數據一般是指設備主動上報當前運行狀態，MCU 通過串口上報設備數據給 GAgent，GAgent將數據 上報給云端，云端將數據下發至 APP；而下發數據一般是指智能手機 APP或者云端控制硬件設備，APP端上報數據到云端，云端將其下發至 GAgent，進而通過串口下發至 MCU。設備數據的上報及下發流程如圖9所示。
圖9：設備數據的上報及下發流程
4?系統功能測試
在系統的整體設計完成以后，對其功能進行了實際測試，即通過手機 APP發送控制指令，經過云端服務平臺接收并下發至模擬媒體設備的WiFi模塊，設備做出實時響應。
設備配置入網
基于機智云的媒體設備控制系統設計的設備配置入網測試步驟如下： ①給設備上電，打開 K2開關，指示燈 PWR 亮起，對WiFi模塊進行配置，完成硬件外設的初始化工作。 ②打開智能手機 APP，注冊個人信息并進行登錄，為后續的設備配網工作做準備，用戶界面“我的設備”用于虛擬設備的測試工作，右上角“+”用于對實際設備的配置工作。 ③將智能手機連接無線路由器，可以通過無線路由器上網，保持網絡暢通。 ④設備配網，通過手機 APP 進行配置，輸入智能手機所連接的路由器賬號和密碼、選擇 WiFi模組類型并將設備設置為待連接狀態，通過串口助手調試軟件可以觀察到設備當前的網絡狀態。 ⑤設備配網完成之后，智能手機 APP界面將會顯示出設備名稱，設備配網成功實物如圖所示。
圖10：設備配網成功實物
控制功能測試
完成設備配置入網后，將手機的網絡由連接路由器切換為4G網絡，手機便可以隨時隨地訪問機智云云端服務器并發送指令至模擬媒體設備，使之實現燈光開關以及音頻播放等功能。當手機 LED 開關打開時，設備下端的紅色 LED燈DS0亮起，開關關閉時，LED燈滅。 接下來測試模擬音響設備功能，當手機player開關打開時，設備播放音樂并在 LCD 屏上顯示當前播放歌曲的名稱、時長、音量以及存儲的音頻文件總數等詳細信息。
以上便是基于機智云平臺控制系統的功能測試內容，經過測試，登錄機智云服務平臺查看設備運行日志，可以了解具體指令下發過程。
5?系統總結
本文設計了基于機智云服務平臺的媒體設備控制系統，已完成的主要工作以及系統的優勢總結如下：模擬媒體設備在一定范圍內基本能夠實現對燈光、音響設備的遠程控制功能，極大提高了系統的有效性和可靠性，同時為了使觀眾、聽眾能夠獲得更好的視聽體驗，設計了功能實現顯示界面，主要在音響設備控制模塊增加了LCD，用以顯示當前播放歌曲的具體信息。
審核編輯：劉清
工商網監
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