基于機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)的媒體設(shè)備控制系統(tǒng)

作為人類生活和娛樂必不可少的媒體產(chǎn)品，其智能化發(fā)展大勢(shì)所趨。在演出場(chǎng)所以及一些中小型表演劇場(chǎng)中，若仍使用到的舊式媒體設(shè)備，存在時(shí)效性差、可靠性低等問題，這樣會(huì)導(dǎo)致工作人員效率低，進(jìn)而影響觀眾、聽眾的心情。隨著新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)加入，利用云服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的實(shí)時(shí)高效控制，由此實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)世界、網(wǎng)絡(luò)世界和人類認(rèn)識(shí)世界的聯(lián)通。為此本文也設(shè)計(jì)了一款適用于中小型環(huán)境的基于機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)的媒體設(shè)備控制系統(tǒng)。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基于機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行媒體設(shè)備方面的智能硬件開發(fā)需要以下幾部分：媒體設(shè)備、機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)和手機(jī)APP。媒體設(shè)備控制系統(tǒng)如圖所示。圖1：媒體設(shè)備控制系統(tǒng)利用可靠的硬件設(shè)備模擬媒體產(chǎn)品可以準(zhǔn)確地反映本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的燈光控制以及音樂播放控制等功能。云端服務(wù)器選用機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)，用于轉(zhuǎn)發(fā)手機(jī)軟件下發(fā)的控制指令，然后將控制指令下發(fā)至硬件設(shè)備。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)燈光設(shè)備模塊一場(chǎng)完美的演出需要一整套智能高效的燈光控制系統(tǒng)，針對(duì)劇院舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用STM32F103ZET6試驗(yàn)板上的LED燈來模擬燈光設(shè)備，模擬燈光設(shè)備的原理圖如圖所示。圖2：燈光設(shè)備的原理圖其中PWR是設(shè)備電源指示燈，為藍(lán)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(shè)備模塊針對(duì)劇院舞臺(tái)音響控制系統(tǒng)，用STM32F103ZET6試驗(yàn)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(shè)備。本設(shè)計(jì)需要提前將要播放的歌曲存放在一張SD卡中，通過試驗(yàn)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。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(jīng)過音頻處理以及功率放大才可以通過擴(kuò)音器進(jìn)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(gè)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(tài)，從而控制小喇叭出聲，要讓小喇叭發(fā)聲，必須通過APP控制VS1053B的GPIO4輸出高電平，否則小喇叭關(guān)閉。VS_ RST是 VS1053B的復(fù)位信號(hào)線,低電平有效。VS_DREQ 是一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求信號(hào)，用來通知主機(jī)VS1053B能否接收數(shù)據(jù)。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(fù)極。重點(diǎn)看 SPK_CTRL，這個(gè)信號(hào)控制著 HT6872的工作模式，該信號(hào)由VS1053B 的36 引腳 (GPIO4)控制。當(dāng) SPK_CTRL 引腳為低電平時(shí)，HT687進(jìn)入關(guān)斷模式，也就是功放不工作了。當(dāng) SPK_ CTRL引腳為高電平時(shí)，HT6872進(jìn)入正常工作模式，此時(shí)喇叭可以播放 SPK_IN 輸入的音頻信號(hào)。這樣通過 SPK_ CTRL就可以控制喇叭的開關(guān)了。播放音樂以后采用TFTLCD模塊顯示模擬音響設(shè)備在運(yùn)行過程中的播放信息。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行必須有軟件程序的設(shè)計(jì)開發(fā)，本文的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為兩部分：一是模擬媒體設(shè)備STM32F103ZET6MCU端程序的編寫，包括 LED 燈初始化及控制程序設(shè)計(jì)、音樂播放部分的初始化及控制程序設(shè)計(jì)、WiFi初始化等程序；二是智能手機(jī)的應(yīng)用程序，主要是在機(jī)智云平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)建、虛擬設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)、程序移植以及智能手機(jī)APP的下載安裝。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體框圖如圖6所示。

圖6：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體框圖

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括 LED 燈、LCD 顯示屏以及VS1053B等芯片外設(shè)的初始化程序設(shè)計(jì)，WiFi模塊的固件安裝、WiFi初始化，硬件配網(wǎng)及控制主界面程序設(shè)計(jì)，云平臺(tái) APP控制功能程序設(shè)計(jì)以及程序移植。模擬媒體設(shè)備程序設(shè)計(jì)主要使用 Keil5 MDK 開發(fā)環(huán)境，采用 C 語言開發(fā)。機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)本設(shè)計(jì)選用的是目前為止在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)領(lǐng)域具有相當(dāng)大優(yōu)勢(shì)的機(jī)智云（Gizwits)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，它為個(gè)人開發(fā)者提供了極大的便利條件，有助于加快開發(fā)速度，縮短開發(fā)周期。
GAgent嵌入式固件GAgent是一種用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的嵌入式固件系統(tǒng)，硬件設(shè)備需要依靠GAgent才 能接入機(jī)智云服務(wù)平臺(tái), 通過GAgent接入機(jī)智云，需要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：①GAgent獲取設(shè)備信息，首先 GAgent通過串口向 MCU 發(fā)出請(qǐng)求設(shè)備信息指令，MCU 在接收到請(qǐng)求指令后將設(shè)備信息以同種方式發(fā)送給 GAgent，如果此時(shí)設(shè)備正常工作，則 MCU 需要回復(fù) GAgent發(fā)出的心跳包。

②設(shè)備配置入網(wǎng)有airlink、softAP兩種方式可供選擇：airlink方式主要通過手機(jī)端發(fā)送包含路由器賬號(hào)和密碼的特定 UDP廣播，設(shè)備的 WiFi模塊接收到后根據(jù)廣播包含的信息連接到路由器上；softAP 方式則是將設(shè)備作為一個(gè)AP，將手機(jī) APP連接到 WiFi模塊的熱點(diǎn)上。前者可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的控制指令下發(fā)接收，而后者只能用于近距離的相關(guān)配置，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。本文根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選擇 airlink方式進(jìn)行配網(wǎng)。airlink配網(wǎng)流程如圖7所示。

圖7：airlink配網(wǎng)流程圖

③智能手機(jī)AP控制設(shè)備之前必須先綁定設(shè)備，本設(shè)計(jì)采用 WiFi方式對(duì)設(shè)備 進(jìn)行綁定，WiFi技術(shù)安全健康，在實(shí)際工作中，它的發(fā)射功率大約在60~70 mW 之間，所以說該技術(shù)相對(duì)來說是比較安全的，搜索并綁定設(shè)備流程如圖8所示。

圖8：APP通過 WiFi綁定設(shè)備設(shè)備數(shù)據(jù)的上報(bào)與下發(fā)

上報(bào)設(shè)備數(shù)據(jù)一般是指設(shè)備主動(dòng)上報(bào)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，MCU 通過串口上報(bào)設(shè)備數(shù)據(jù)給 GAgent，GAgent將數(shù)據(jù) 上報(bào)給云端，云端將數(shù)據(jù)下發(fā)至 APP；而下發(fā)數(shù)據(jù)一般是指智能手機(jī) APP或者云端控制硬件設(shè)備，APP端上報(bào)數(shù)據(jù)到云端，云端將其下發(fā)至 GAgent，進(jìn)而通過串口下發(fā)至 MCU。設(shè)備數(shù)據(jù)的上報(bào)及下發(fā)流程如圖9所示。

圖9：設(shè)備數(shù)據(jù)的上報(bào)及下發(fā)流程4系統(tǒng)功能測(cè)試在系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)完成以后，對(duì)其功能進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，即通過手機(jī) APP發(fā)送控制指令，經(jīng)過云端服務(wù)平臺(tái)接收并下發(fā)至模擬媒體設(shè)備的WiFi模塊，設(shè)備做出實(shí)時(shí)響應(yīng)。
設(shè)備配置入網(wǎng)基于機(jī)智云的媒體設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)備配置入網(wǎng)測(cè)試步驟如下：①給設(shè)備上電，打開 K2開關(guān)，指示燈 PWR 亮起，對(duì)WiFi模塊進(jìn)行配置，完成硬件外設(shè)的初始化工作。②打開智能手機(jī) APP，注冊(cè)個(gè)人信息并進(jìn)行登錄，為后續(xù)的設(shè)備配網(wǎng)工作做準(zhǔn)備，用戶界面“我的設(shè)備”用于虛擬設(shè)備的測(cè)試工作，右上角“+”用于對(duì)實(shí)際設(shè)備的配置工作。③將智能手機(jī)連接無線路由器，可以通過無線路由器上網(wǎng)，保持網(wǎng)絡(luò)暢通。④設(shè)備配網(wǎng)，通過手機(jī) APP 進(jìn)行配置，輸入智能手機(jī)所連接的路由器賬號(hào)和密碼、選擇 WiFi模組類型并將設(shè)備設(shè)置為待連接狀態(tài)，通過串口助手調(diào)試軟件可以觀察到設(shè)備當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。⑤設(shè)備配網(wǎng)完成之后，智能手機(jī) APP界面將會(huì)顯示出設(shè)備名稱，設(shè)備配網(wǎng)成功實(shí)物如圖所示。圖10：設(shè)備配網(wǎng)成功實(shí)物控制功能測(cè)試完成設(shè)備配置入網(wǎng)后，將手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)由連接路由器切換為4G網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)便可以隨時(shí)隨地訪問機(jī)智云云端服務(wù)器并發(fā)送指令至模擬媒體設(shè)備，使之實(shí)現(xiàn)燈光開關(guān)以及音頻播放等功能。當(dāng)手機(jī) LED 開關(guān)打開時(shí)，設(shè)備下端的紅色 LED燈DS0亮起，開關(guān)關(guān)閉時(shí)，LED燈滅。接下來測(cè)試模擬音響設(shè)備功能，當(dāng)手機(jī)player開關(guān)打開時(shí)，設(shè)備播放音樂并在 LCD 屏上顯示當(dāng)前播放歌曲的名稱、時(shí)長(zhǎng)、音量以及存儲(chǔ)的音頻文件總數(shù)等詳細(xì)信息。以上便是基于機(jī)智云平臺(tái)控制系統(tǒng)的功能測(cè)試內(nèi)容，經(jīng)過測(cè)試，登錄機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)查看設(shè)備運(yùn)行日志，可以了解具體指令下發(fā)過程。5系統(tǒng)總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了基于機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)的媒體設(shè)備控制系統(tǒng)，已完成的主要工作以及系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：模擬媒體設(shè)備在一定范圍內(nèi)基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燈光、音響設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能，極大提高了系統(tǒng)的有效性和可靠性，同時(shí)為了使觀眾、聽眾能夠獲得更好的視聽體驗(yàn)，設(shè)計(jì)了功能實(shí)現(xiàn)顯示界面，主要在音響設(shè)備控制模塊增加了LCD，用以顯示當(dāng)前播放歌曲的具體信息。