CN102202252A - 有源扬声器智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源扬声器智能管理系统，它包括将平衡传输的模拟音频信号转换成非平衡模拟音频信号的模拟信号输入接口单元；对模拟信号输入接口单元输入的模拟音频信号进行EQ调整、延时、限幅和分频操作，以及实现模拟音频信号与数字音频信号之间的自动切换的数字信号处理器DSP；驱动数个有源扬声器发声的功放单元；检测功放单元的电源输入端的供电电压的电压检测单元；检测有源音箱内的温度，并根据所检测的温度值自动调整音箱风扇转速的温度检测及风扇控制单元；把标准的AES/EBU数字音频信号转换成I2S格式的数字信号输入接口单元；检测功放单元输出端的RMS值和有源扬声器的阻抗值的RMS及扬声器阻抗检测单元；与互联网之间收发TCP/IP数据的网络接口单元。

Description

有源扬声器智能管理系统

技术领域

本发明涉及一种有源扬声器管理系统，具体来说，涉及一种实现模拟/数字输入信号的自动切换、过压自动保护、自动根据温度值调整散热风扇速度，从而提高有源扬声器的工作稳定性的有源扬声器智能管理系统。

背景色技术

有源扬声器需要使用市电供电，在实际使用过程中，市电可能会因为电网不稳定而出现较大的电压波动，这样很容易造成有源扬声器工作不稳定，甚至过压损坏；另外，有源扬声器中功放的热损耗会造成箱体内温度升高，这反过来又会影响扬声器工作的稳定性；还有，在现场大型演出中出于对演出安全的考虑，通常会采用模拟与数字音频系统备份的方案，而目前有源扬声器一般只提供模拟输入接口，而没有数字接口，因此目前有源扬声器无法满足音频备份的要求；再有，扬声器维护人员需要定期对场内所有扬声器进行检测与维护，以确保演出时能正常进行，如果发现有源扬声器不工作，则需要对扬声器的供电状态、信号链路和信号电平进行逐一排查，才能判断有源扬声器不发声的原因，因此在布有多个有源扬声器的大型场所中完成排查工作需要花费大量的时间。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种可以实现模拟/数字输入信号的自动切换、过压自动保护、自动根据温度值调整散热风扇速度，以及智能检测有源扬声器工作状态的有源扬声器智能管理系统。它包括将平衡传输的模拟音频信号转换成非平衡模拟音频信号的模拟信号输入接口单元；对所述模拟信号输入接口单元输入的模拟音频信号进行EQ调整、延时、限幅和分频操作的数字信号处理器DSP；与所述数字信号处理器连接，用于驱动数个有源扬声器SPEAKER1~ SPEAKERn发声的功放单元；用于检测所述功放单元的电源输入端的供电电压的电压检测单元；根据电压检测单元检测的供电电压控制功放单元工作状态的主控单元。

它还包括检测有源音箱内的温度，并根据所检测的温度值自动调整音箱风扇转速的温度检测及风扇控制单元，所述温度检测及风扇控制单元连接主控单元。

它还包括用于把标准的AES/EBU数字音频信号转换成I2S格式，并送入所述数字信号处理器的数字信号输入接口单元，所述数字信号处理器实现模拟音频信号与数字音频信号之间的自动切换。

它还包括用于检测功放单元输出端的RMS值和有源扬声器SPEAKER1~ SPEAKERn的阻抗值，并将所检测到的RMS值和阻抗值发送给主控单元的RMS及扬声器阻抗检测单元，所述RMS及扬声器阻抗检测单元连接主控单元。

它还包括用于与互联网之间收发TCP/IP数据的网络接口单元，所述网络接口单元连接主控单元。

所述主控单元为符合工业标准的单元机。

所述单元机采用32位的控制芯片。

本发明的有益效果：本发明的有源扬声器智能管理系统通过电压检测单元检测功放单元电源输入端的供电电压，当供电电压超过额定值工作范围值时，自动断开功放单元的工作电压，以实现过压自动保护功能。另外，通过温度检测及风扇控制单元监测有源音箱内的温度，并根据所检测的温度值自动调整音箱风扇转速，不但可以节省电能，同时可以提高扬声器工作的稳定性。再有，通过数字信号输入接口单元将标准的AES/EBU数字音频信号转换成I2S格式，并送入所述数字信号处理器DSP中，通过DSP实现模拟音频信号与数字音频信号备份之间的自动切换。最后，通过RMS及扬声器阻抗检测单元监测功放单元输出端的RMS值和有源扬声器SPEAKER1~ SPEAKERn的阻抗值，并将所检测到的RMS值和阻抗值发送给主控单元，通过主控单元智能监控每个有源扬声器的工作状态，以及通过网络接口单元实现主控单元与互联网之间TCP/IP数据的传输。

附图说明

图1为本发明的有源扬声器智能管理系统的功能框架图；

图2为本发明的数字信号输入接口单元的电路原理图；

图3为本发明的模拟信号输入接口单元的电路原理图；

图4为本发明的数字信号处理器的电路原理图；

图5为本发明的功放单元的电路原理图；

图6为本发明的电压检测单元的电路原理图；

图7为本发明的RMS及扬声器阻抗检测单元的电路原理图；

图8为本发明的网络接口单元的电路原理图；

图9为本发明的主控单元的电路原理图；

图10为本发明的温度检测及风扇控制单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步阐述。

如图1所示，本发明的有源扬声器智能管理系统本系统由数字信号输入接口单元1、模拟信号输入接口单元2、数字信号处理器3、功放单元4、电压检测单元5、RMS及扬声器阻抗检测单元6、网络接口单元7、主控单元8和温度检测及风扇控制单元9组成，其中，数字信号输入接口单元1与数字信号处理器3的数字接口相连，把标准的AES/EBU数字音频信号转换成I2S格式并送入数字信号处理器3；模拟信号输入接口单元2与数字信号处理器3的模拟接口相连，把平衡传输的模拟音频信号转换成非平衡模拟音频信号并送入数字信号处理器3；数字信号处理器3通过程序控制实现模拟音频信号与数字音频信号备份之间的自动切换，同时可以对音频信号进行EQ调整、延时、限幅和分频操作，使扬声器达到最佳的工作状态；数字信号处理器3的模拟输出接口与功放单元4的模拟输入接口相连，把处理过的信号送入功放单元4；数字信号处理器3的控制接口与主控单元8相连，接收来自主控单元8的控制数据，并把数字音频信号与模拟音频信号的状态信息发送给主控单元8；功放单元4输出端与SPEAKER1~SPEAKERn相连，驱动SPEAKER1~ SPEAKERn发声；功放单元4输出端与RMS及扬声器阻抗检测单元6相连；电压检测单元5与功放单元4的电源输入端相连，把检测到的供电电压值发送到主控单元8，当检测到供电电压超出工作范围时自动切断功放电源以保护功放，主控单元8对供电电压进行统计，通过程序算法得出电网的波动情况；RMS及扬声器阻抗检测单元6与功放单元4的输出端以及SPEAKER1、SPEAKER2相连，对功放输出端的RMS值进行检测，并在功放工作前对SPEAKER1~SPEAKERn的阻抗进行检测，把RMS值和SPEAKER1~SPEAKERn的阻抗值发送到主控单元8；网络接口单元7与主控单元8相连，使主控单元8能在网络上收发TCP/IP数据；网络接口单元7具有10M/100M自适应功能，具有交换机功能，可以实现快速灵活的组网；温度检测及风扇控制单元9对有源音箱内的温度进行检测，并根据温度值自动调整风扇转速，同时把温度数据与转速数据发送到主控单元8。主控单元8采用采用符合工业标准的单片机，采用32位高性价比单片机作为系统的核心控制芯片，集中处理来自数字信号处理器3、电压检测单元5、RMS及扬声器阻抗检测单元6、网络接口单元7和温度检测及风扇控制单元9的状态及控制数据，通过程序算法控制数字信号处理器3实现AES/EBU数字音频信号与模拟音频信号输入的自动切换，调整数字信号处理器3参数，控制功放供电电路4的动作，并通过网络接口单元7把AES/EBU信号状态、模拟音频信号状态、供电电压值、功放输出RMS值、扬声器阻抗值、温度值、风扇转速值、电网电压波动统计数据及工作温度统计数据传送到网络上的计算机终端并显示在屏幕上，实现统一管理。

下面对各单元的具体实现方式进行描述：

图2为数字信号输入接口单元的电路原理图，三芯佧侬接口J1接收来自调音台或其他音频设备的标准AES/EBU音频信号，经过变压器T1传送到AES转换芯片U1，U1把标准的AES/EBU音频格式转换成I2S格式，并通过接口J2传送到数字信号处理器3的接口J5；有源晶振OSC_AES1产生12.288MHz的时钟信号提供给U1的OMCK引脚，U1把OMCK上的时钟信号路由到RMCK引脚上并输出到J2接口提供给数字信号处理器3使用。

图3为模拟信号输入接口单元的电路原理图，三芯佧侬接口J16、J18接收来自调音台或其他音频设备的模拟音频信号并送到平衡非平衡转换芯片U15、U16把平衡音频信号转换成非平衡音频信号并经过J17传送到数字信号处理器3的J3接口。

图4为数字信号处理器的电路原理图，接口J3与模拟信号输入接口单元2的接口J17连接，把接收到的模拟音频信号送到数字信号处理器芯片U3的ADC接口ADC0、ADC1并转换成为适合数字信号处理器运算的数字格式数据；接口J5与数字信号输入接口单元1的接口J2连接，把接收到的I2S格式的音频信号送到U3的数字输入接口MP0、MP4、MP5；接口J6与主控单元8的接口J11连接，接收来自主控单元8的控制信号并把音频信号的状态通过MP10、MP11发送给主控单元8；U3通过程序对输入的模拟音频信号与数字音频信号进行判断，若其中一路没有信号则自动切换到另一路，同时把信号状态发送给主控单元8；U3把处理后的数字格式音频信号送到DAC转换成模拟音频信号，并送到由U2组成的输出缓冲电路；由U2组成的输出缓冲电路把音频信号输出到接口J4并连接到功放单元4的接口J24。

图5为功放单元的电路原理图，AMP1为独立的功放单元，具有2路输入输出通道；接口J21与电压检测单元5的接口J14连接，把AC220V的电源送到AMP1的电源接口ACIN1、ACIN2、EARTH；接口J24与数字信号处理器3的接口J4连接，把接收到的模拟音频信号送到AMP1的输入接口INL与INR；AMP1把输入信号进行功率放大后，经过输出接口OUTL与OUTR输出到与SPEAKER1、SPEAKER2连接的J23、J25同时输出到与RMS及扬声器阻抗检测单元6的接口J12连接的接口J22。

图6为电压检测单元的电路原理图，三芯电源接头P1与市电连接，并经过常开型大功率继电器K3与K4把市电送到与功夫模块4的接口J21连接的接口J14；变压器T2把市电电压AC220V降压为AC6V，经过U10整流并经过R35、R36分压后成为取样电压Vs_out，Vs_out输出到与主控单元8的接口J10连接的接口J15，同时送到由电压比较器U11、参考电源芯片U12、U14及RS触发器U13组成的过压自动保护电路的输入端；当U11、U12、U14及U13组成的过压自动保护电路检测到取样电压Vs_out超出预设值时驱动U13B的引脚Q输出低电平，通过二极管D3将三极管Q4、Q5的基极电位拉低，使Q4、Q5截至，从而使继电器开关断开切断电源；接口J15与主控单元8的接口J10连接，当主控单元8检测到取样电压Vs_out处于正常范围时，驱动相应引脚输出高电平，并通过R33为Q4、Q5提供偏置电压，此时若自动保护电路输出引脚为高电平，则Q4、Q5导通，从而使继电器K3、K4吸合，接通电源向功放单元供电；主控单元8通过程序算法对取样电压Vs_out进行统计，可以得出电网电压波动情况的统计数据，最终把统计报告输出到计算机监控终端，若电网波动太大，会提示维护人员对电网进行维护。

图7为RMS及扬声器阻抗检测单元的电路原理图，接口J12与功放单元4的接口J22连接，功放输出的音频信号经过双掷继电器K1送到由运放U8构成的比例运算电路，信号按比例缩小后进入真有效值转换芯片U9的输入端，U9对信号进行运算后，把信号的RMS值转换成对应的直流电压值并经过BUFOUT引脚输出到接口J13；接口J13与主控单元8的接口J9连接，主控单元通过驱动相应引脚控制Q2、Q3的导通与截至，从而控制继电器K1、K2的开关状态；当要测量功放左输出通道OUTL的RMS值时，使K1连接到J12的引脚1，主控单元8通过J13的引脚6读回U9转换后的电压值，经过运算后到得实际的RMS值；当要测量SPEAKER1的阻抗时，先控制K3、K4断开，切断功放单元的电源，再控制K1与J12引脚1相连，控制K2闭合，控制与J13的引脚2相连的引脚输出一个特定电压值，此电压经过参考电阻R30与待测扬声器单元串联，主控单元从J13的引脚3读回一个电压值，经过运算便可得到待测单元的直流阻抗。

图8为网络接口单元的电路原理图，U17为具有MII接口的网络路由芯片，具有10M/100M自适应交换机功能，它通过接口J19与主控单元8的接口J8连接，实现与主控单元8的数据交换；RJ1与RJ2为带网络变压器的网络接口座。

图9为主控单元的电路原理图，U4为带有MII接口的32位高性价比微控制器，它通过接口J8与网络接口单元7实现数据交换；通过接口J7和温度检测及风扇控制单元9进行通信，获取温度及风扇转速数据，当温度超过预设值时控制数字信号处理器的输出，降低功放单元的输出功率，以保护扬声器，并通过网络向监控终端发出高温警报，同时以一定时间节点记录扬声器温度及风扇转速情况，最终把统计结果输出到监控终端，供维护人员参考；通过接口J9与RMS及扬声器阻抗检测单元6连接，获取功放输出的RMS值和扬声器单元的阻抗值，在系统初始化时，先检测扬声器阻抗值，然后与系统预设的阻抗值进行对比，当发现阻抗不匹配时向监控终端发出阻抗不匹配警报，以防止出现接入过小阻抗的单元导致烧坏单元甚至烧坏功放的问题，当检测功放输出的RMS值大于预设值时控制数字信号处理器的输出，使功放输出RMS值恢复到正常范围，以保护功放单元及扬声器单元；通过接口J10与电压检测单元5的接口J15连接，获取供电电压的数据并控制继电器K3、K4的通断，从而控制功放电源的通断，当检测到供电电压超出正常值时，控制继电器K3、K4断开，切断功放电源，并向监控终端发出超压警报，同时按照时间节点记录电网的电压数据，通过统计数据得出电网电压的波动情况，并把波动情况发送到监控终端，提醒维护人员对电网进行维护；通过接口J11与数字信号处理器3的接口J6连接，获取模拟音频信号与数字音频信号的信号状态，并控制数字信号处理器实现音频备份信号的自动切换，同时可以根据用户的需求修改数字信号处理器的参数，实现静音、延时、EQ、音量等调整；U7为电可擦除式可存储器件，用于存储系统预设的参数及记录系统的修改参数，可供用户调用。

图10为温度检测及风扇控制单元的电路原理图，U18为8位微控制器，通过程序控制与接口J_fan1连接的PWM风扇的转动速度，同时引脚PB0检测PWM风扇的转速；通过程序控制引脚PD6、PD7   读取与J_temp1、J_temp2连接的单线温度集成芯片DS18B20的温度数据，并通过接口J20把温度与风扇转速数据发送到主控单元8；U18对读取回来的温度值进行判断，当温度升高时，使引脚PB1的PWM信号脉宽增大，以增大风扇转速；当温度下降时，使PWM信号脉宽减小，以降低风扇转速。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (9)

1.一种有源扬声器智能管理系统，它包括

将平衡传输的模拟音频信号转换成非平衡模拟音频信号的模拟信号输入接口单元（2）；

对所述模拟信号输入接口单元（2）输入的模拟音频信号进行EQ调整、延时、限幅和分频操作的数字信号处理器（3）；

与所述数字信号处理器（3）连接，用于驱动数个有源扬声器SPEAKER1~ SPEAKERn发声的功放单元（4），

其特征在于，它还包括用于检测所述功放单元（4）的电源输入端的供电电压的电压检测单元（5），以及根据电压检测单元（5）检测的供电电压控制功放单元（4）工作状态的主控单元（8）。

2.根据权利要求1所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，它还包括检测有源音箱内的温度，并根据所检测的温度值自动调整音箱风扇转速的温度检测及风扇控制单元（9），所述温度检测及风扇控制单元（9）连接主控单元（8）。

3.根据权利要求1或2所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，它还包括用于把标准的AES/EBU数字音频信号转换成I2S格式，并送入所述数字信号处理器（3）的数字信号输入接口单元（1），所述数字信号处理器（3）实现模拟音频信号与数字音频信号之间的自动切换。

4.根据权利要求1或2所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，它还包括用于检测功放单元（4）输出端的RMS值和有源扬声器SPEAKER1~ SPEAKERn的阻抗值，并将所检测到的RMS值和阻抗值发送给主控单元（8）的RMS及扬声器阻抗检测单元（6），所述RMS及扬声器阻抗检测单元（6）连接主控单元（8）。

5.根据权利要求3所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，它还包括用于检测功放单元（4）输出端的RMS值和有源扬声器SPEAKER1~ SPEAKERn的阻抗值，并将所检测到的RMS值和阻抗值发送给主控单元（8）的RMS及扬声器阻抗检测单元（6），所述RMS及扬声器阻抗检测单元（6）连接主控单元（8）。

6.根据权利要求4所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，它还包括用于与互联网之间收发TCP/IP数据的网络接口单元（7），所述网络接口单元（7）连接主控单元（8）。

7.根据权利要求5所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，它还包括用于与互联网之间收发TCP/IP数据的网络接口单元（7），所述网络接口单元（7）连接主控单元（8）。

8.根据权利要求6或7所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，所述主控单元（8）为符合工业标准的单元机。

9.根据权利要求8所述的有源扬声器智能管理系统，其特征在于，所述单元机采用32位的控制芯片。

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