無主機擴音呼叫系統(tǒng)的研究

肖振寧+張晨光+張瀟文

摘要：為滿足工業(yè)現(xiàn)場分散站點間的通信需求，該文設(shè)計一種總線式拓撲結(jié)構(gòu)的無主機擴音呼叫系統(tǒng)。以MSP430f149單片機為控制核心研制了該系統(tǒng)的話站；利用DTMF信號傳輸控制信令，可實現(xiàn)單呼、群呼、全呼、強插、強拆和監(jiān)聽6種工作模式。此外，該文還采用了移頻移相法消除話站擴音功放過程中產(chǎn)生的嘯叫。經(jīng)實際運行表明，該系統(tǒng)不僅可以滿足使用需求，還具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： 多信道共用技術(shù)； 總線式拓撲； 無主機； 工廠通信

中圖分類號：TN915.05 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0061-03

Abstract：In order to meet communication needs in the industrial field scattered site， we designed a bus topologynon-central-switching communication telephone system.MSP430f149 as the core of the system was developed using DTMF signal control signaling， can achieve a single call， group call， all calls， strong plug， demolitions and monitor 6 operating mode. In addition， it is also standing by with frequency phase-shifting method amplifier the howling in the process. As practice shows， it can not only meet the requirements of the system， also has a higher reliability and stability.

Key words：multi-channel techniques common； bus topology； no host； factory communications

1 概述

當前，大多數(shù)工廠裝配的電話通信系統(tǒng)大多數(shù)是有主機的，由于其采用星型拓撲結(jié)構(gòu)各用戶端單獨占據(jù)一條話路，導致線路利用率低，并且一旦主機出現(xiàn)故障整個系統(tǒng)可能癱瘓而無法工作，可靠性差；呼叫過程較慢慢；難以適應(yīng)嘈雜的工作環(huán)境；而使用無線電對講機，通常需要申請頻點，通話質(zhì)量較差且只有持有對講機的人之間才能通信。

為提供一種能滿足分散站點的通信需求的方案，本文設(shè)計了無主機擴音呼叫系統(tǒng)以實現(xiàn)較大噪聲環(huán)境下的通信功能。本文提出了一種無主機擴音呼叫系統(tǒng)的研究方案，研制了無主機擴音呼叫系統(tǒng)，其基于總線拓撲結(jié)構(gòu)和多通道共享技術(shù)，實現(xiàn)了多用戶對講共用繩路，提升了電話繩路的利用率，節(jié)省了鋪設(shè)電話繩路的成本費用，采用雙音多頻信號組成系統(tǒng)的信令來控制話站間的電路接續(xù)，不再需要架設(shè)主機，降低設(shè)備購買安裝和維護成本。將設(shè)備的話筒和揚聲器集成在設(shè)備上，節(jié)約了接聽時間，較大的揚聲器功率滿足大范圍強噪聲環(huán)境下的人員物資調(diào)度、電話會議、廣播找人、設(shè)備工作狀態(tài)匯報等通信需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計研究方案及工作過程

無主機擴音呼叫系統(tǒng)由話站及話路組成。設(shè)置一條信令通路和3條通話話路，每臺話站均有4條線路通過開關(guān)矩陣電路連接在4條話路上，如圖1所示。

無主機擴音呼叫系統(tǒng)的工作過程如下：主叫用戶接通電路，相當于摘機，本話站進入工作狀態(tài)后會查詢當前是否有空閑話路，如果當前所有話路被占用，將會聽到忙音提示；如果當前有話路空閑，主叫話站會占用信令通路和其中一條話路并通過雙音多頻編碼電路發(fā)送對應(yīng)的占用碼到信令話路上通知其它話站與占用碼相同的話路已經(jīng)被占用并且是主叫用戶占用此話路。然后主叫用戶撥打被叫號碼，該號碼也通過雙音多頻編碼電路轉(zhuǎn)換成DTMF信號并發(fā)送到信令話路上，其它話站接收信令話路上的DTMF信令，通過雙音多頻解碼電路轉(zhuǎn)化并分析判定是否呼叫本話站號碼，如果是則被叫話站通過開關(guān)矩陣電路和主叫話站相連，即通過擴音器與話筒進行語音通信。結(jié)束通話后兩方任一一方掛機就釋放拆線碼，解除當前此條話路的占用并通知其它話站該話路已被釋放。此為無主機擴音呼叫系統(tǒng)的工作過程。

為了實現(xiàn)無主機設(shè)備自動接續(xù)，本文通過傳播在信令通路上的雙音多頻信令信號，制定了通信協(xié)議，用來控制和管理呼叫，以保證通信的順利進行。

本系統(tǒng)的信令按照功能可劃分為：呼叫碼、拆線碼、強插碼、強拆碼和監(jiān)聽碼。具體的定義和格式見下表1所示。

3 硬件設(shè)計

無主機擴音呼叫系統(tǒng)由MSP430f149單片機系統(tǒng)作為控制模塊，相應(yīng)的接口電路分別連接DTMF編碼和解碼模塊、提示音存儲模塊、靜音檢測模塊、信號音產(chǎn)生模塊、錄音播放模塊、矩陣開關(guān)、鍵盤模塊和液晶顯示模塊還有電源電路。控制模塊保證各部分電路正常工作，并分析處理相關(guān)數(shù)據(jù)，同時控制對應(yīng)電路完成相應(yīng)操作；DTMF編碼電路把鍵盤輸入的電話號碼以及產(chǎn)生的通信協(xié)議換成雙音多頻信號傳輸?shù)叫帕钔飞?；DTMF解碼電路將信令通路上的雙音多頻信號轉(zhuǎn)換成單片機能夠?qū)崉e的數(shù)字信號來進行進一步的操作；信號音電路產(chǎn)生450HZ的回鈴音和振鈴音；音頻輸出電路對通話話路上的語音信號進行放大，經(jīng)過揚聲器電路傳遞給用戶；播放錄音電路提示用戶進行相關(guān)操作；時鐘電路用于顯示當前日期和時間。硬件組成如圖2所示。

4 軟件設(shè)計

無主機擴音呼叫系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

主程序先對系統(tǒng)各模塊進行初始化，初始化系統(tǒng)時鐘、硬件芯片引腳、液晶顯示屏、定時器中斷還有各個狀態(tài)表，包括：本機呼叫狀態(tài)表、初始話路狀態(tài)表和初始DTMF發(fā)送緩沖區(qū)。然后啟動定時器中斷，進入主循環(huán)區(qū)。

主循環(huán)區(qū)是一個不斷循環(huán)的查詢程序，查詢鍵盤是否有按鍵按下，為每一個按鍵定義相應(yīng)功能并根據(jù)反饋的鍵值使主控微控制器做出相應(yīng)操作。

5 嘯叫抑制

在無主機擴音呼叫系統(tǒng)中擴音設(shè)備作為重要組成部分，聲音信號被轉(zhuǎn)換成電信號再經(jīng)放大器最后由揚聲器輸出的這一過程中，正反饋導致放大器的輸出信號幅度加大而產(chǎn)生一段頻率的震蕩叫做嘯叫現(xiàn)象。當該現(xiàn)象產(chǎn)生時嚴重影響通話質(zhì)量。

嘯叫的產(chǎn)生需要同時具備三個條件，即：話筒和揚聲器必須在同一聲場中；揚聲器的信號幅度要足夠大，話筒拾音靈敏度足夠高；揚聲器發(fā)送的聲音可以通過空間達到傳聲器。因此，通常只在擴音系統(tǒng)中存在嘯叫現(xiàn)象。具體原理如圖4所示：

6 結(jié)束語

無主機擴音呼叫系統(tǒng)結(jié)合了電子通信技術(shù)，通過大規(guī)模集成電路的實現(xiàn)，性能穩(wěn)定，可靠性高，使用維護簡便，采用總線式結(jié)構(gòu)和多信道共用技術(shù)簡化了布線流程提高了話路利用率也降低了維護成本。利用此系統(tǒng)可以在較大范圍內(nèi)的強噪聲環(huán)境下實現(xiàn)調(diào)度，召開電話會議，廣播找人和通信聯(lián)絡(luò)等功能，提高了生產(chǎn)企業(yè)的工作聯(lián)系速度、生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效率，增強企業(yè)處理突發(fā)事件的能力。

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