一. 概述
福建省电台在广播播控系统中采用了集中式的多路音频监测与报警系统，对自办六套节目、中央一套广播和一套电视伴音信号（东南网络主用信号和数字卫星备用信号）在总控室集中监测，实现了节目电平彩条监视与报警功能。当检测到播出异常时能发出语音提示，通知总控值班人员及时处理。
作为一线值班人员，感到欣慰的是挽救了停播事故，但有时由于客观原因造成挽救不及时（超过50秒）而感到遗憾。主要有两个原因：一是直播室主持人由于没有得到任何预警，对节目播出异常并不知晓而延误处理时机；二是总控值班人员从听到电脑报警到在直播室采取有效办法挽救播出异常（停播或劣播）需要一些时间，而且处理时间长短因人而异。我们也尝试减小多路音频监测系统的停播延时时间，但效果不尽人意。为了帮助直播室主持人能在第一时间得到播出异常预警，使他们及时补救，避免播出事故的发生，同时有效地提高了播出安全。因此，我们觉得有必要设计一套能分布监测和有效预警的设备，并安装在直播室的播出通路上。
二. 设计要求
预警器可以安装在直播室的PGM播出通路上，能够每天24小时通电、不间断运行；具有对左、右声道信号分别采样检测、分别预警的功能；被检测信号线路可以直接通过预警器，而且不影响信号质量；采用灯光预警提示和小音量的蜂鸣器。
当通过预警器的任一路信号电平低于的-20.7dBu时，持续时间超出设定的预警时间15秒（软件设置）时，预警器立即发出灯光警示和蜂鸣声，提醒直播室主持人注意这时节目信号电平太小或节目停播的时间太长，通知他们如果不马上采取必要的补救措施，可能会发生劣播或停播事故。目的是在总控技术人员到达发生故障的直播室之前，直播室主持人已经警觉、正在处理或已经补救了差错，可以有效减少播出异常的时间和杜绝停播事故的发生。
三. 硬件部分
设计电路时，主要考虑音频接口和单片机的选型，音频接口要求高阻平衡输入输出，不影响所通过的信号质量；单片机的选型要考虑电路简单和程序功能的实现，也要考虑今后容易升级和通过串口构建系统网络，实现分布式多路音频监测。
预警器由音频信号隔离耦合器、高阻运放电路、单片机、灯光警示、蜂鸣器和直流稳压电源等组成。
1.隔离耦合器和高阻运放电路
采用2个高质量的音频信号耦合器分别耦合被检测的音频信号，并且预警器电路与被测线路的信号线和地线完全隔离，在每个耦合器的2个输入端各安装一个高值电阻，确保预警器在任何情况下不会影响被测信号的质量和安全，信号通路性能测试指标参见表1。高阻运放电路对耦合信号进行放大和处理，完成平衡信号向非平衡转换，主要对报警电平-20.7dBu的信号进行调试，在此基础上留有-10dBu的余量，经过线性处理后，送给单片机A/D转换器的模拟输入端口进行实时采样。
2.单片机
我们选购的单片机型号是PIC16F819，应用于单机预警器的设计开发，性价比较好。主要特点有：
（1）内部配置了2K×14位的Flash程序存储器，可以很方便地进行在线擦除和烧写，寿命可达10万次，减少了开发成本。
（2）嵌入一个10位分辨率的A/D转换器，最多带有5个模拟量输入通道，用来把模拟的信号转换成单片机程序可以运算的数字比特，使电路设计很简单。
（3）配置了3个定时器/计数器模块，分别为8位TMR0、16位TMR1和8位TMR2，利用定时器TMR1和TMR2的计时工作模式，能够满足程序设计“延时”的要求。
（4）内部集成了看门狗（WDT）电路，通过对相关寄存器的设置，可实时对单片机进行运行监控和电压监控。由于电磁干扰或电压出现过大、过小，引起系统死机或程序跑飞的情况，可以通过看门狗电路对系统进行复位，重新运行程序。
（5）可以实现在线调试和在线编程，简便了开发过程。
3.预警提示
采用灯光警示或小音量的蜂鸣器。当单片机的左声道报警输出端口RB2或右声道报警输出端口RB4或同时输出为高电平时，74HC00门电路的第1脚为高电平，使得第6脚输出第2脚输入的单片机端口RB1输出的周期为0.5秒脉冲信号，通过“跳线”选择驱动蜂鸣器发出间断蜂鸣声。同时开关三级管导通，继电器吸合，警灯发出灯光警示，提醒直播室主持人及时补救播出异常。
4.直流稳压电源
采用金属屏蔽隔离的开关稳压电源，输出干净的直流电压+5V、-5V和+12V。考虑到预警器需要24小时通电运行，尽量减少电路的发热量及提高电路运行的可靠性和安全性，均采用直流低电压+5V和-5V供电。
5.电路板设计
设计的好坏直接影响到单片机系统运行的可靠性和安全性，因此必须重视。在制作电路板过程中，应注意以下几个方面：
（1）模拟电路与单片机（数字电路）的电源和接地应该分别连接到稳压电源，应以模拟、数字等区域划分，以减少彼此之间的电磁干扰。
（2）单片机的标准退耦电路是一只典型值为100pF的电容，再并上一只0.1uF的高频电容，这2只电容尽量放在靠近Vss/VDD的地方。（3）单片机内部有一个耦合于外部XT晶振的振荡器电路，在PCB板上，外接电容和晶振的引脚越短越好，最好它们的周围用地线圈起来，避免或减少电磁干扰。
四. 软件部分
1.开发软件和开发工具
美国Microchip微芯公司为其PIC单片机配备了功能强大、基于Windows、易学易用的软件集成开发环境MPLAB-IDE。我们采用了V7.10版本，为PIC16F819单片机进行程序的创建、编辑、汇编和调试，还能方便而灵活地实现程序的模拟运行，可以了解程序设计的合理性以及分析部分参数的运行结果。
为了节省费用，又能满足设计需要，购买了MPLAB ICD2在线调试器，既可以作为调试工具，又可以作为编程器。运行MPLAB-IDE V7.10软件的计算机采用USB串口连接ICD2调试器，通过目标板上单片机的5个引脚，分别是PGMC、PGMD、MCLR、Vdd和Vss，对单片机进行在线程序调试和烧写。
2.程序设计
程序可以用面向机器的汇编语言和面向用户的C语言来编写，由于程序结构简单和算法不复杂，我们采用汇编语言来编写，程序采用模块化设计，主程序力求简单明了、条理清晰，以提高程序的可读性和程序运行的可靠性。
程序实现的主要功能：
（1）循环采样模拟信号：先对端口A的有关寄存器PORTA和TRISA进行初始化，使RA0、RA1分别设定为左声道和右声道模拟信号的输入口，同时也把芯片内的电源电压作为A/D转换器的采样量化的基准电压。利用A/D转换器分别对RA0、RA1输入的模拟信号进行采样量化转换成二进制数据，再通过算法运算、比较来决定是否启动定时器TMR1和TMR2进行计时，不停循环下去。
（2）分开延时和预警：把定时器TMR1作为左声道无信号时的计时器，把定时器TMR2作为右声道无信号时的计时器，通过对端口B的有关寄存器PORTB和TRISB进行初始化，使RB3、RB4分别设定为左声道和右声道预警信号的输出口，驱动警示灯和蜂鸣器，同时也驱动预警器前面板的预警状态灯。
&nbs