应急对讲（共5篇）
应急对讲 篇1
随着社会经济飞速发展,城市建设中的大型超高层建筑越来越多,高度在300m、400m、500m、600m以上的建筑不断涌现。超高层建筑使用大量钢结构和混凝土,结构复杂,对室外无线对讲机信号造成严重屏蔽,特别是建筑的“核心筒”区域的电梯、消防楼梯、避难层,室外信号无法传递到这些重要区域,造成很多应急救援通信盲区。因此解决无线对讲信号覆盖与应急指挥系统进行通信,已经成为无线对讲系统通信应用的一个焦点问题。
1 综合无线对讲覆盖与应急指挥通信应用的意义
综合利用室内无线覆盖网络,为救援和应急指挥提供可靠通信保障,在紧急情况下,面对突发事件,能够为指挥人员和参与指挥的接警员、专家、单兵等专业人员以及应急指挥中心提供各种
通信和信息服务,提供决策依据和分析手段,以及指挥命令实施部署和监督方法,能及时、有效地调集各种资源,实施事态控制和应急处置工作,以最有效的控制手段和较小的资源投入,将损失控制在最小范围内。
2 应急指挥与无线覆盖的通信方式
2.1 固定式通信
固定应急指挥依托固定建筑物,利用通信网络技术、计算机技术和多媒体技术,以室内无线对讲覆盖系统支撑为基础,以应急通信系统、决策支持系统、综合应用系统为手段,实现“平时”对突发事件的值班接报、预案管理、应急资源物资管理、灾害监测预警、培训演练等功能,以及“战时”对突发事件的决策支持、指挥调度、资源调配、应急联动、信息发布等功能。
2.2 移动式通信
因物理条件恶劣导致原有应急系统瘫痪或机动应急平台无法进入突发事件现场,移动式应急装备可由人携带,进入现场,将现场语音、视频等信息上传至现场的机动应急指挥平台和后方的固定应急指挥中心。
3 应急指挥与无线覆盖的组网方式
应急通信指挥系统一般由多个异构网络组成,例如集群通信网、卫星通信网、短波通信网、公众移动通信网、互联网等,数据业务也需要实现在异构应急通信网之间的互联互通。应急通信指挥系统中的互联互通网关连接如图1所示。
3.1 通过互联网进行组网
应急指挥中心配置ICC综合调度管理软件及统一通信平台实现多系统音视频融合通信。通过将有线、无线、多媒体的语音、数据等融合通信交换,实现多路有线、多路无线的语音会议及视频会议;通过对突发事件的信息采集、传输、分析、处理,形成指挥决策,启动相应应急预案,实现应急指挥协同;通过下达指挥指令,实现资源调配、协调、信息发布等指挥应用。
3.2 通过集群通信进行组网
为满足多应急处置部门的高效联动、重要用户优先呼叫等应急通信指挥需求,集群通信是在现场进行无线指挥调度和应急联动的有效手段。集群通信的快速呼叫、群组呼叫、强插强拆、优先呼叫、脱网直通等特点,特别适用于城市应急联动以及现场应急通信指挥。多个固定集群基站采用多区组网方式实现城市中心及周边地区的无线覆盖,能够将公安、城管、消防、急救等重要部门纳入统一的城市固定应急联动平台。另外,集群车载台、便携台、手持机等用户终端通常能够第一时间进入现场,快速开通,进行移动通信指挥调度。
集群通信系统是一种比较高效、灵活、经济的无线调度通信系统,采用资源共享、费用分担、信道设备及服务公用的方式。集群移动通信的发展经历了模拟信号和数字信号两个阶段,数字集群具有频谱效率高、信号抗信道衰落能力强、业务种类丰富等特点。
3.3 通过短波通信进行组网
短波通信是利用频率在3～30MHz的电磁波进行的无线电通信,短波通信主要依靠天波和地波两种方式进行通信,用于提供固定和移动通信服务。
短波通信是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段,只需要通信双方分别架设短波电台及附属设备,就容易构建短波通信网络。这种系统抗损毁能力强、设备体积小、相对独立、机动性强、设备耗电量小,特别是在公用电网损毁的情况下,可使用发电机或蓄电池为之供电,易于保障。因此,在防空防灾应急救援行动中,当其他通信手段失效时,人防部门可利用移动指挥车建立临时指挥中心,迅速架设短波电台,快速与上下级建立通信联络,上传下达,实施应急通信保障。
3.4 通过公众移动通信进行组网
公众移动通信网是无线移动通信的重要组成部分,公众移动通信网络俗称移动电话,是为公众提供移动通信业务而建立和经营的网络。公众移动通信产生于上世纪80年代,迄今为止历经第一代移动通信网络、第二代移动通信网络(2G)、第三代移动通信网络(3G)、第四代移动通信网络(4G)四个阶段,以及未来的第五代移动通信网络,公众移动通信技术日新月异,从模拟移动通信系统到数字移动通信系统,从传统的单基站大功率系统到蜂窝移动系统、卫星移动系统,从本地覆盖到区域、全国覆盖,并实现国内、国际漫游等。
4 应急通信平台体系研究
4.1 背景一
针对不同的事件类型、影响程度等因素的突发事件,不同层级、不同部门的应急处置人员往往需要采用不同功能的通信网络和应急通信指挥工具,以满足应急处置过程中不同类型的业务需求。可见,异构性是应急通信指挥系统的重要特征,主要体现在终端、系统、业务及运营商四个方面。同时,其面临五个方面的问题:终端异构性、系统异构性、业务异构性、运营商网络的异构性和指挥系统异构性。
可见,在应急处置过程中,需要在不同网络、不同业务、不同终端、不同指挥系统等方面实现互联互通,便于提升应急指挥的时效性和协同性。
解决方案如图2所示。
应急通信指挥系统一般由多个异构网络组成,例如,集群通信网、卫星通信网、短波通信网、公众移动通信网、互联网等,数据业务也需要实现在异构应急通信网之间的互联互通。
4.2 背景二
因物理条件恶劣导致原有应急系统瘫痪或机动应急平台无法进入突发事件现场,移动式应急装备可由人携带,进入现场,将现场语音、视频等信息上传至现场的机动应急指挥平台和后方的固定应急指挥中心。
移动应急装备具有以下主要特点:
(1)系统设备体积小,便于携带,可以第一时间进入机动应急指挥平台无法进入的时间现场。
(2)系统设备需要具有“三防”能力,即防震、防尘、防水。
(3)通信手段多样,适用于室内外的多种应急指挥场景。
(4)既可以作为现场独立的通信组网节点,又可作为固定应急指挥平台和移动应急指挥平台的一个前端通信节点。
便携应急装备通用的组成模块主要包括现场视频采集模块、通信模块、定位导航模块、供电模块和显示模块等。
解决方案如图3所示。
4.3 背景三
为满足多应急处置部门的高效联动、重要用户优先呼叫等应急通信指挥需求,集群通信是在现场进行无线指挥调度和应急联动的有效手段。集群通信的快速呼叫、群组呼叫、强插强拆、优先呼叫、脱网直通等特点,特别适用于城市应急联动以及现场应急通信指挥。多个固定集群基站采用多区组网方式实现城市中心及周边地区的无线覆盖,能够将公安、城管、消防、急救等重要部门纳入统一的城市固定应急联动平台。另外,集群车载台、便携台、手持机等用户终端通常能够第一时间进入现场,快速开通,进行移动通信指挥调度。如图4所示。
解决方案如下:
以PDT/TETRA集群通信系统为核心构建应急通信网(政务共网),应急通信网(政务共网)建设坚持“平战结合、平灾兼顾”的原则。应急状态下,其是一个覆盖市、区、街镇各级、各类应急管理工作机构的应急指挥通信网络,为政府各职能部门、应急管理工作机构和基层单元应对各种突发公共事件提供便捷通畅的指挥通信。而在常态下,其是一个面向各级政府职能部门、应急管理工作机构和基层单元的日常无线通信网络,为政府各职能部门、应急管理工作机构和基层单元的日常行政管理和生产作业调度提供服务。如图5所示。
5 结束语
本文的研究是针对于超高层建筑的无线覆盖及应急指挥通信应用方式的研究。主要是对超高层建筑所具有的特点与超高层存在的公共生命安全应急疏散指挥通信的应用分析。同时具体分析超高层建筑无线覆盖及其应急指挥通信的重要意义以及对社会的公共安全、超高层人员紧急疏散、挽救财产和生命起到的作用。最后以群集寻呼、消防广播联动、避难层视频单兵通信保障几种应用方式进行研究。
应急对讲 篇2
我的工作单位地处西北偏远山区,自然环境恶劣,两个工作区相距较远。长期以来,各种突发性公共事件、极端性自然灾害以及技术安全事故给电台管理带来了诸多不便。我台现有应急通信手段覆盖面小、系统性较差、普及率低,整体相对落后。为了彻底解决这一局面,加强电台应急体系建设,采用数字IP网络应急广播对讲系统。
2系统设计
广播发射台应急广播对讲系统的设计应密切结合我台现有资源、所处环境、管理特点进行设计,遵循高标准、节约成本、便于维护、 易于扩展的原则。
2.1基本结构
本系统是基于IP网络的应急广播对讲系统。利用我台现有局域网,通信终端通过台内网与系统服务器连接,采用基于网络传输的数字TCP/IP协议以及数字音频技术,将音频信号进行数字编码,以IP数据包形式在我台内网进行传送,再由音频解码终端进行实时解码和播放。系统主要包括主控服务器、IP网络适配器、IP网络音频编、 解码终端、有线广播避雷器、网络功放、对讲设备、扩音设备等组成。 主控服务器是整个系统的控制核心,主要完成网内设备的配置管理、节目任务的编排等。IP网络适配器安装在各区域前端,负责将前端设备接入内网。IP网络音频编、解码终端主要对来自服务器的控制信号和音频信号进行实时编、解码和播放,把数字音频信号转换成模拟音频信号传输给功率放大器,最后传输到前端音箱,由音箱播放。有线广播避雷器安装在室外音柱所在区域,针对户外扬声器和传输线路易于受到雷击,把雷击时的瞬间高电流切断并传导入大地,对机房广播设备起到保护的作用,雷击时自动切断输出;过压保护及漏电保护。网络功放接入内网,主要任务是驱动扩音设备。基本架构如图1所示。
2.2需求分析
我台包含技术区、办公区、生活区三个部分,区域分散、周边环境复杂。为了便于管理,技术区与办公区需部署应急广播对讲系统, 生活区需部署应急广播系统,具体需求包含以下几点:
(1)与我台现有专网充分融合,确保系统工作的可靠性和安全性。利用办公网络,系统采用多级管理,减少网络带宽影响,满足工程中多点控制、多级控制等使用需求,最大限度的利用现有资源,减少布线数量、降低施工难度、节约成本。
(2)系统采用分区设计,使用者可根据需求选择对不同分区进行广播。我台部门众多,对不同区域进行特定广播时,需要系统提供地址选择和权限管理功能。根据权限不同,可任意对其中一个或多个区域进行语音广播。
(3)可提供不同部门之间点对点、点对多点的全双工稳定语音通信。我台地处山区,通信信号极不稳定。通过语音对讲功能可实现不同部门之间的沟通,紧急情况下可以一键接通控制中心。
(4)提供稳定可靠的应急广播服务。根据智能化电台建设需要, 结合我台实际管理需求,利用应急广播系统在特定时段进行自动播报。紧急情况下,能及时通过广播播放告警信息。
(5)提供语音对讲查询功能。根据电台工作实际需求,需要对录音文件经常调用。
(6)主控服务器可实现单点选择监听功能。通过监听,可实现对播出质量和播出内容的有效监控。
3系统实现
3.1总体布局
应急广播对讲系统主控服务器设于我台监控中心,主要完成所有音频流点播服务、计划任务处理、终端管理和权限管理等功能;管理节目库资源,为所有IP终端提供定时播放和实时点播媒体服务,响应各IP终端的播放请求,为各音频工作站提供数据接口服务;音频服务器软件可将传统音频资源转换成数字节目存储到节目库,方便重复使用。
对讲系统分别部署在技术区和办公区各职能部门,应急广播系统分别部署在生活区宿舍楼、生活广场、活动中心以及办公区和技术区各职能部门。系统示意图如图2所示。
3.2分区设计
在系统设计时,应根据我台区域划分、建筑布局特点以及管理特点进行分区设计。通过分区控制,设计多种广播实现方式,满足不同区域用户在播放过程中的需求,达到操作灵活简便的目的。在实施分区控制的同时,为了保证系统管控可靠、安全,采用分级管理模式。不同角色的用户给予相应操作权限。监控中心给予最高权限,方便对所有IP终端进行实时监控,其余各部门仅具有操作权限,不具有配置管理权限。
我台具体包括广播分区、对讲分区和组合分区三大类。各分区可合并或独立工作,相互之间没有影响。广播分区包括乙机房、丙机房、办公楼、监控中心等11个分区,在每个分区的网络接入点安装IP网络功放,本区域所有音响就近接入相应功放。功放和音响的功率根据区域空间大小进行选择。音响类型根据安装地点进行选择,具体包括广播音柱、吸顶音响和草坪音响三类。对讲分区包括技术区各部门,以及办公区台办室、技办室等9个分区,每个分区配置IP对讲设备。组合分区是将有相似功能的区域进行合并,具体包括技术部门、草坪音响、宿舍楼、全台所有IP终端等四个分区。
3.3 IP地址规划
为应急广播对讲系统划分专用网段,并与其它网段进行隔离, 保证系统安全。充分考虑未来系统扩容,保留一定量的地址资源。广播分区和对讲分区所有终端分别配置IP地址和ID号。组合分区中, 对合并后的分区配置相应ID号码,方便紧急情况下的一键操作。
4系统测试
系统测试主要包括以下四个方面的测试。
4.1监控中心对任意IP终端进行调度测试
监控中心管理员可通过设置于此的对讲设备和主控服务器对所有区域IP终端进行单个或合并调度。
4.1.1对讲系统测试方法
(1)单向寻呼:按下事先配置好的目标终端通话编号+“CALL” 键,实现单一广播功能,按CANCEL键挂断。既可以呼叫对讲终端, 也可以呼叫一个或多个广播分区。
(2)多终端呼叫(会议模式):按下“对讲终端通话编号”+‘#’+ 对讲终端通话编号+‘#’+....+“CALL”。会议模式由发起人主持, 参会者发言按“CALL”。
(3)双向对讲:按下“对讲终端通话编号”+“TALK BACK(”双向对讲),在对方按下OK键可通话对讲。
4.1.2广播系统测试方法
在主控服务器内编排制作相应内容,通过服务器文件播放功能对任意区域进行广播。
4.2相应区域定时播放相应内容测试
通过主控服务器软件的定时采播功能实现定时、定内容播放。
测试方法;设定一个或多个语音对讲点定时播放音频节目,或对任意指定的语音对讲点区域进行广播讲话。
4.3语音对讲录音功能测试
系统能自动对语音对讲通话内容进行数字录音, 录音文件保存在主控服务器硬盘中,以便日后进行查询和调度。
测试方法;通过对讲系统进行通话后,主控服务器中查找相应通话音频。
4.4网络监听各终端播放内容和音量大小测试
系统可任意设置IP终端作为系统监听使用,实现单点选择监听功能,即管理中心能够对各个点进行广播监听,监听其播放内容和音量大小,以便实现调整远端各个IP终端音量大小和播放内容。
5结语
本系统将网络、语音对讲以及广播技术进行有效结合,实现了应急广播系统的可靠运行。与传统广播方式相比较,本系统解决了传输距离有限、抗干扰能力差、扩展性弱的缺点,操作更加灵活,管理更加智能。该系统是我台应急体系建设中的重要组成部分,为紧急情况下的调度控制提供了可靠的通信方式。
摘要：本文结合广播发射台工作实际,介绍了一种基于IP的应急广播对讲系统的设计与实现。详细阐述了其系统设计、系统实现和系统测试,以及在广播发射台的典型应用,分析了系统的设计思路以及实现过程中遇到的问题。对其它中、短波发射台应急广播体系的建设具有一定的参考价值。该系统已投入运行,软、硬件均经过严格的功能测试,稳定可靠。
关键词：IP广播,应急对讲,广播发射台
参考文献
CDMR数字对讲机设计 篇3
工信部2009年666号文件《工业和信息化部关于150MHz 400MHz频段专用对讲机频率规划和使用管理有关事宜的通知》的颁发吹响了数字对讲机发展的冲锋号,DMR数字技术即成为中国对讲机"模转数"进程中企业选择的标准之一,DMR制式的数字对讲机已亮相市场,并得到较好的评价。自2011年1月1日起,停止对该频段内模拟对讲机设备型号的核准,到2016年该频段全面停止模拟对讲机使用。目前数字对讲机的标准不统一、成本高、互通性差成制约数字对讲机发展的瓶颈。目前数字对讲机市场上存在多种数字技术标准,其中最受关注的是DMR、DPMR和PDT,而制造商对DMR的兴趣尤为突出。清华大学无线与移动通信技术研究中心、北京交通大学、摩托罗拉系统(中国)有限公司等13家单位联手发起了专业数字无线通信技术CDMR论坛,并于2011年9月1日在杭州举办了第一届CDMR研讨会,至今已吸收成员40家。CDMR联盟的样机于2012年12月通过国家无线电管理局的型号核准,并于2012年12月18日6家联盟成员完成了互通测试。本文介绍的对讲机设计就是基于CDMR联盟的数字对讲机设计与实现方法,该设计成本低、互通性强、易于生产,受到了厂商的好评。
1 数字对讲机的原理
CDMR数字对讲机主要由电源与控制单元、基带处理单元、音频单元、射频单元组成。其原理框图如图1所示。
1.1 电源与控制单元
电源单元把7.2V电池电压转换成CDMR数字对讲机收发所需的5V电压,选用了带使能端的LDO,便于MCU对电源的控制。MCU以及基带处理需要3.3V、1.8V、1.2V电压,为了提高电源的效率,利用开关电源IC首先转换成3.7V电压,再利用LDO转换成3.3V、1.8V、1.2V电压。为了避免开关电源的开关频率对RF的影响,在电路设计以及PCB设计上进行了特殊处理,做到了提高了电源效率,射频频谱的纯净。
控制单元主要由MCU STM32F100完成,该MCU的性价比高、功耗低、功能强大。MCU完成对收发信机的收发切换控制、TDMA时序控制、信道切换控制以及对基带处理单元的初始化。
1.2 基带处理单元
基带处理单元主要完成数字话音的编解码、语音压缩、信道编解码等。基带处理采用SCT3918,该芯片支持DMR Tier 1,支持收发时隙模式和连续模式,支持DMR协议的物理层、数据链路层以及呼叫控制层协议,支持自动同步检测和调制指数可编程,支持两点调制和IQ调制,在12.5kHz的信道带宽内速率高达9600bps。该芯片还植入了清华大学的ASELP的语音处理算法并且能加密、也植入了AMBE+2和AMBE+2C的语音算法。该芯片还支持模拟话音模式,内部自带加重和去加重、语音滤波等处理,支持CTCSS和DCS。
1.3 音频单元
音频单元主要完成语音的模数和数模转换以及音频放大、MIC的放大与预处理。MIC信号首先经过由运放组成的有源滤波器滤波,然后分成两路,一路用于VOX信号检测,另一路经过模数转换后送给基带处理单元进一步处理后发射。CDMR接收的信号经过基带处理单元解码并数模转换后,经过音频放大器推动SPK播放语音。音频放大器采用差分放大器,有效地降低了干扰,提高了音质。
1.4 射频单元
射频单元主要完成频谱搬移。VCTCXO作RDA1847 PLL的参考信号,基带处理单元送来的4FSK信号经过RC滤波后去调制26MHz VCTCXO把频谱搬移到400MHz,然后经过2SC5006、PBR951、2SK3475、2SK3476放大到4W,经过天线开关以及LPF送给天线发射出去。该放大电路增加了APC辅助电路使功率稳定,功率受电压以及温度的影响比较小。为了保护功率放大管增加了限流保护电路。天线接收到的射频信号经过LPF、天线开关送给BPF和LNA,经过LNA放大后送给RDA1847进行IQ下变频,变频后的IQ信号经过RDA1847内部的VGA后送适当大小的信号给AD进行AD转换,再送给基带处理单元进行处理。
2 数字对讲机电磁兼容关键技术
数字对讲机最大区别于模拟对讲机的就是语音信号进行了数字化并通过DSP进行高速处理,高速DSP的时钟高达100MHz以上,100MHz以上的时钟以及其他高速时钟和数据的谐波相当丰富,有的还接近射频载波从而干扰射频载波。为了提高电源效率采用了开关电源,开关电源的开关频率会调制到载波上,导致了载波不纯净,容易造成干扰并且降低有效发射功率。电磁兼容比模拟对讲机复杂的多。
2.1 数字信号于模拟信号的电磁兼容
在电路板的设计上,射频单元单独劈开一个区域布局布线,单独使用屏蔽槽,电源的去耦精心选择。控制线、数字信号线都经过屏蔽处理,在程序的编写上也注意了数字信号对模拟信号的影响,写频软件以及控制模拟部分的软件进行了时间优化。
2.2 开关电源开关频率于模拟信号的电磁兼容
开关电源的开关频率通过传导耦合以及辐射耦合到射频单元进行了调制,严重影响了发射机的调制谱。通过调整开关频率、滤波电感的值要适当、选择屏蔽性能好的滤波电感、PCB优化设计,解决了开关频率影响载波,实现了数字对讲机通过开关电源提高电源效率。
3 数字对讲机的测试
根据工信部[2009]666号文件以及《移动通信调频无线电话机通用技术条件》(GB/T15844.1-1995)、《移动通信调频无线电话发射机测量方法》(GB12192-90)、《移动通信调频无线电话接收机测量方法》(GB12193-90)4个现行文件与标准进行了测试。此只列出部分指标的测试以及整体指标的测试。
3.1 发射相关指标的测试(参见下页)
3.2 接收相关指标的测试(参见下页)
3.3 通信距离测试
天线采用1d Bi增益的四分之一波长全向天线,甲乙两对讲机直线距离6km,甲乙对讲机天线高度1.6m。双向通话语音清晰,无断续,偶尔有误码声。
4 结论
从测试结果看,CDMR数字对讲机技术指标符合国家标准以及工信部[2009]666号文件要求,可靠性实验验证了其稳定性、可靠性、高低温性能良好。在实际应用中,证明了电路方案的合理性和元器件选型的正确性,软件稳定可靠。此设计尚有不足,没有液晶显示人机界面以及全键盘,今后将增加液晶显示以及键盘,实现短信、彩信、图片、录音、视频等文件的存储与收发,功能更加丰富,充分发挥数字技术的优越性。
参考文献
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可视对讲门禁管理系统 篇4
随着我国经济的快速发展,人民生活水平的提高,个人购买住房已经成为社会消费热点。人们对居住周边环境的安全性,舒适性,便捷性也提出了愈来愈高的要求[1]。门禁系统作为目前普遍采用的安防设备其性能也在不断提高,同时也还有许多问题需要解决。
楼宇可视对讲门禁系统使居民足不出户便对来访者一目了然,可以有效防止非法人员进入住宅楼内。在方便了用户的同时,由于管理不善,也存在着一些安全隐患。楼宇可视对讲属于公用设施,使用频率非常高,接触的人群也比较复杂。难免有用户因操作不当引起故障,甚至有居心不良者蓄意破坏,导致门禁系统失灵,给居民的生命财产安全造成威胁。解决这一问题唯一有效的方法就是加强管理,做到防患于未然。
采用将可视对讲系统进行联网管理的方法可以有效地解决上述问题,提高系统的可靠性。通过联网,管理人员可以方便地察看各单元门禁设备的工作情况,做到及时发现故障排除故障。通过联网记录门禁设备每次使用的信息,可以做到有据可查,对分析故障原因甚至协助公安机关破案都具有重要意义。
本文采用一根网线连接各单元门口机的技术,以最简单的方式组成了一个小区监控中心与各单元各户连接的网络,实现了上述功能。此外,在此网络的基础上还可以集成更多实用功能如:非法进入室内报警;煤气泄漏和火灾报警;水、电、煤气的自动计量收费管理系统等。
2 系统结构
2.1 系统整体结构
可视对讲门禁管理系统是一个基于多单片机通信的网络。该系统的总体结构示意图如图2-1所示。各单元的门口机和室内机之间仅由一根网线连接,构成功能独立的门禁系统。在此基础之上,将各单元门口机通过一根网线连接至监控器,由监控器来监测和控制各门口机的工作状态和工作方式。计算机与监控器通过串行口连接,用以实现数据的存储和管理并为用户提供良好的人机界面。网线内含四对双绞线,用于传送视频,音频,数字信号和为设备供电。
2.2 室内机结构
系统的室内机结构如图2-2所示,它的主要组成部分有:数字转换传输电路、视频电路、音频电路、单片机电路、键盘电路以及可视话机。
2.3 门口机结构
系统的门口机结构如图2-3所示,它的主要组成部分除了独立的门禁系统所具有的摄像装置、通话装置、视频驱动电路、数字转换传输电路、单片机电路、键盘、显示器、读卡器、电控锁和网线接口以外,另外增加了用于联网通信的单片机及其数字转换传输电路和网线接口。
2.4 监控器结构
系统的监控器结构如图2-4所示,它的主要组成部分有:视频电路、音频电路、数字转换传输电路、单片机电路以及用于和计算机通信的单片机和串口协议转换电路。
3 硬件实现
系统主要使用以下几种硬件:
3.1 单片机
本系统使用A T 8 9 S 5 2单片机。AT89S52是ATMEL公司生产的一种低功耗,高性能的8位C M O S微处理器。内含8KB可编程Flash存储器,片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器(watchdog timer,又称看门狗)、并具有低功耗休闲状态及关电方式。
3.2 视频传输电路
本系统为了更有效地传输视频,使用MAX4447和MAX4444两种芯片。其中MAX4447是单路视频输入,双路差分输出的线性驱动器;MAX4444是差分信号输入,单端信号输出的线性接收器。MAX4447和MAX4444采用电流反馈技术增加带宽。MAX4447可传输的最大信号带宽可达4 3 0 M H z,信号传输速率可达1.544Mbit/s,输出驱动电流130mA。低功耗模式下的电流损耗小于5.5mA,输出为高阻抗状态[2]。
3.3 数字信号传输电路
从单片机串行口传出的数字信号传输距离只有几米远,如果想远距离传输就需要使用长线驱动器。本系统使用MAX483作为数字信号的长线驱动器。
MAX483是适用于RS-485和RS-4 2 2通信协议的功率收发器。每个MAX483包括一个驱动器和一个接收器用于半双工通信;具有下降的变换速率驱动器,其电磁干扰(E M I)很小,并降低了由于终端电缆不匹配引起的反射,因而允许在数据高达250kb/s时,进行无差错数据传输;驱动器转换速率没有限制,可以允许它们以2.5Mbps速率进行传输;有标准输入阻抗,允许在总线上添加32个收发器(若需要添加更多收发器可使用MAX487,其可以携带128个收发器);传输距离可达1000米,驱动和接收转换时间小于3μs[3]。
4 工作流程及软件实现
通过本系统的门口机和室内机能实现一般独立门禁系统的功能,其工作流程简述如下:通过门口机键盘输入房间号,控制器将其转变成ID码发送给室内机。室内机接收到与自己相同的I D码后进入工作状态,产生振铃信号,触发门铃。同时接通视频线路,使户主可以通过室内显示器看到门口的情况。
如果户主不在或不想接见访客,30秒后系统自动切断视频并停止振铃,复位到初始状态;若户主摘机,室内机将接通音频线路,实现户主与访客的相互通话。通话过程中户主可以观察室外的情况,执行开锁或报警操作。挂机后系统复位到初始状态。
除以上基本功能外,本系统还具备实时的联网管理功能。如图3-1和图3-2所示其工作流程简述如下:
上电后监控器检测与计算机是否正确连接。若连接正常则进入工作状态。首先扫描并记录已连接在系统中的门口机数量及其ID号,并将这些信息发送给计算机。计算机处理这些信息并将其显示出来。监视器每隔一段时间将重新扫描这些门口机以确定它们是否正常工作,并将失灵的门口机信息发送给计算机产生故障报警。
门口机执行开锁操作前向监控器提出申请,待线路空闲时监控器将允许门口机将其视频信号传送到计算机的视频采集卡,由计算机完成拍照功能。同时在数据库中记录开锁时间,方式,开锁人的身份等信息,供事后查询使用。
当用户按下报警键后,室内机将报警信号发送给所在单元门口机,门口机即将此报警信息打包发送给监控器,监控器则通知计算机显示并记录这一信息,使管理员能够及时对用户报警做出反应。
5 结束语
经测试该系统实现了实时监测、开锁记录、图像采集、用户报警等功能,数据传输稳定可靠。通过使用模拟信号和数字信号在同一条网线中传输技术,代替了以往的信号线与视频线并存的情况,降低了系统成本,适合在住宅小区安装使用。本技术已经申请国家发明和实用新型两项专利。
6 本论文的创新点
本论文创新点在于使用视频信号,数字控制信号和音频信号在一条网线中同时长距离传输的技术,连接各单元门口机。以最简单的布线实现了小区可视对讲门禁系统的联网管理。
摘要：文章介绍了一种可视对讲门禁管理系统,说明了其结构、功能、硬件、软件及其实现。与同类产品相比,传输介质只有一条网线,摆脱了视频线与信号线必须同时使用的现象,降低了成本。系统实现了实时监测、信息记录、图像采集、用户报警等功能,具有实用价值。
关键词：双绞线传输,可视对讲,单片机
参考文献
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[3]谭玉柱,邓红,MAX1487E在楼宇可视对讲通信系统中的应用[J].低压电器.2002;04;24-25
[4]龚建伟,熊光明,VisualC++/TurboC串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社.2004;46-63
采用基站技术的对讲通讯系统 篇5
在这里, 我们主要研究设计一种多对多的新型对讲系统。
在开始之前, 要介绍一下移动通信技术的重要元素———基站, 它是连接全世界亿万台手机的枢纽。基站的工作过程是这样的, 我们用手机说话的时候, 语音信号首先要被转换成数字信号, 通过手机以无线方式上传到附近的基站, 然后基站通过有线网络传到上一级的交换机, 再通过有线网络传到对方所在位置附近的基站, 最后才用无线方式传到对方的手机, 完成整个语音传送的过程。现在, 我们的多对多对讲系统, 也要引用基站的概念进行研发。
图1是无线移动网络的结构示意图。
现在的对讲机一般都是没有基站的, 从这点就可以看出, 本文介绍的对讲系统和传统的对讲机有明显的区别。图二是采用基站技术的对讲通讯系统示意图。
图二中, 一个中心基站台, 五个子机组成了一个多人对讲通讯系统, 各个子机先把数字语音信号统一发到中心基站台, 由中心基站台对语音信号进行PCM混音, 混音完成后, 中心基站台再把数字语音信号发到各个子机, 从而实现同时的多人说话、多人收听的功能。
下面先研究中心基站台的设计。中心基站台采用意法半导体的STM32F103RCT6作为中央处理器, 用美国德州仪器公司的tlv320aic1106作为PCM编解码芯片;射频方面, 采用的是2.4G技术的多信道无线模块。整个系统的设计框图如下:
由图3可以看到, 这个基站的设计分为五个部分:
一是液晶屏。用于显示基站的运行情况, 显示各个子机的通讯情况, 以及显示控制信息等。现在我们选用了128*64的点阵式液晶屏, 根据实际的调试, 我们发现要清晰显示汉字, 至少需要16*16大小的字库, 这样满屏可以显示4*8共32个汉字, 足够显示各种信息了。
二是键盘, 给用户输入控制使用。用户可以设定通讯的子机数量和编号。因为有时需要私下沟通, 那就不需要多人对讲了, 用户可以通过按键设置私聊的子机编号来实现这个功能。另外, 还可以翻查和播放以前的通话录音。
三是SRAM和FLASH。SRAM是用于语音信息的缓存, 因为SRAM的数据操作速度比较快, 所以在做语音数据混音的时候, 以及语音播放的时候都适合用来做缓存。至于FLASH, 是用作通话语音的永久存储, 以便用户日后翻查通话录音;在这里, 建议语音数据的名称包含日期、时间和项目名称, 这样就可以很方便地查找到所需要的通话录音了。
四是PCM语音数模转换部分。语音的数模转换、语音的数字处理是这个系统的核心。我们必须要有一个良好的语音质量解决方案。如果用模拟的方法来传输语音信号, 容易受环境干扰, 包括电磁干扰、大气离子干扰、电路板级干扰等。因此, 我们用PCM数字编码的方式来采集语音信号。PCM是Pulse Code Modulation的缩写 (又叫脉冲编码调制) , 是将语音信号每隔一定时间进行取样, 使其离散化, 然后将抽样值取整量化, 最后把抽样的幅值用二进制码来表示。
一般来说, 话音PCM的抽样频率为8k Hz, 采样位数为一个8位二进制码, 所以话音数字编码信号的速率为8bits×8k Hz=64kb/s。但是我们在实际研究中发现, 对比8K采样率的音质和4K采样率的音质, 基本没有差别, 使用者不容易分辨出来, 另外为了减少无线传输的带宽压力, 我们最后按实验结果用4Khz的采样率。即话音数字编码信号的速率为8bits×4k Hz=32kb/s。根据需要, 我们选择美国德州仪器公司的tlv320aic1106作为PCM编解码芯片。这个IC有13位线性编码和8位u-law两种编码方式, 我们采用的是8位u-law编码。下面是这个IC的应用电路图:
如图四, MIC2是麦克风, 经过C101、C102隔直滤波后, 通过U102的第10、11脚输入到PCM编解码芯片。中间的R103, R104、R105、R106可以调节麦克风信号的放大倍数, 计算公式为:
放大倍数=20*log (R105/R103)
由设计图纸的参数可知, 现在的放大倍数约为14.15倍。这个参数已经验证可行。
至于音频的播放, 音频信号从U102的第5、7脚输出, 经过C111、C112的隔直滤波, 直接驱动32欧姆的耳机 (元件号为SPK) 。
五是多个射频模块, 用于连接各个子机。至于射频模块的数量, 取决于射频模块的通讯速率、语音数据的大小和子机的数量。现在先做一个8子机的多人对讲系统, 那就需要4个射频模块, 下面我们来分析具体的设计思路。我们选用了LRF010作为我们系统的射频模块, 这个模块标称的通讯速率是250kb/s, 但这个是理想情况, 在实际使用中, 因为往往有障碍物, 无线通讯的效果是要打折扣的, 我们通过多次实验, 得出这个射频模块的平均通讯速率为80kb/s左右。采用的语音编码速率是32kb/s, 那么无线模块的传输带宽是语音数据大小的两倍还多16kb/s, 那么这个无线系统可以这样建立:基站的一个无线模块可以同时接收2个子机的语音数据, 此时, 因为还剩余16kb/s的带宽, 这个16kb/s的带宽刚好可以用于基站对这2个子机的控制。也就是说, 这个基站系统需要4个射频模块来接收和控制8个子机。图5是一个LRF010射频模块的连接设计图。
最后, 在这个基站系统里要说的就是CPU了。本系统采用的是意法半导体的STM32F103RCT6, 它拥有Cortex-M3的内核, 处理速度可达1.25DMIPS/MHZ, 最高运行频率为72MHZ, 足以满足我们语音处理的需要。另外在接口方面, 它有2个I2C接口, 3个SPI接口, 5个串口, 1个工业CAN接口, 1个USB接口和1个SDIO接口;辅助功能方面, 有3个12位的ADC, 2个12位的DAC, 以及16位的PWM、计数器等。
图6是STM32F103RCT6的设计原理图。
在图6里, 各个部分的接口都用网络名称做了明确的标记。具体如下:PCM芯片控制接口就是控制tlv320aic1106语音芯片;RF控制接口就是控制LRF010A模块;232串口用于外部通讯;KEY1—KEY4是4个键盘输入;存储器接口采用的是SPI方式, 而且用的是同一个SPI口, 只用不同的片选来区分开;最后是液晶屏接口, 用的是I2C接口方式。
基站系统工作的时候, 具体流程如下:CPU首先通过LRF010A模块发送指令给8个子机, 子机接收到指令后, 就同时把前1秒的语音数据传回基站 (因为是同时传输, 所以8个子机要设置成不一样的信道频率, 这样才不会互相干扰) ;基站接收到语音数据后, 要把这8个语音数据先存在SRAM, 然后进行逐个混音, PCM数字混音的公式为
DATA1代表了第1路二进制数据, DATA2代表了第2路二进制数据, DATA3代表结果。在得到DATA3这个结果后, 再和第3路语音数据进行运算, 得到第2个结果, 然后再和第4路语音数据进行运算……以此类推, 就可以得到8路语音数据的混音值。最后把这个语音数据通过LRF010A模块发给8个子机, 各个子机就可以听到所有人一起说话的声音。当然, CPU还要把8个子机的语音数据都存到FLASH中, 以便日后有需要时查询。
从这个工作流程可以看出, 数据运算虽然不复杂, 但是要求速度快, 不然声音播放出来就是断断续续的。而且, 现在的系统是有1秒通话延时的, 如果要减少延时, 例如减少到0.5秒, 那就更要注意软件的处理方式, 不然很可能造成系统速度跟不上, 出现语音断续的情况。
最后要设计的就是子机 (手持设备) 了。由于子机只是采集和发送语音数据, 并且把接收到的语音数据播放出来, 所以要简单一些。我们选用高速51单片机 (STC) 来做这个子机控制器, 尽量把成本降下来。由于这个图纸比较简单, 只要参考基站的原理图就可以设计出来, 在这里我们就不画它的原理图了, 但是把这个子机的软件工作流程阐述一下:
单片机始终周期性地采集语音数据和播放语音数据, 并且把采集到的语音数据存储到SARM中———等待无线模块的中断信号———如果有无线模块的中断信号, 就把接收到的语音数据存到SRAM中, 准备播放。如果没有无线模块的中断信号, 就返回到周期性地采集语音数据和播放语音数据的主体程序中。在这里要注意, 接收到的语音数据播放一次就要清除掉, 防止重复播放。
这样, 整个基站式的多人对讲系统就设计完成了, 其中的技术难点有基站对子机的控制、PCM语音质量和混音功能。在设计这个系统的过程中, 需要花时间去解决这些困难, 但是最终完成了设计。经过实际的通话测试, 可以实现多人同时说话, 同时听到多人声音的功能, 系统设计基本达到了目标。
参考文献