基于STM32的無線對講機系統(tǒng)設計

吳元慶

(湖南科技學院 智能制造學院,湖南 永州 425199)

0 引言

時代在進步,雖然5G技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟,但是手機仍然無法替代無線對講機。因為從無線電通信技術(shù)的角度來看,對講機是永遠不會被取代的[1]。傳統(tǒng)對講機是通過無線電信號通話的,自帶發(fā)射和接收功能,不需要任何基站,不依賴公眾網(wǎng)絡,調(diào)到相同頻率即可通話,走到哪里都能用,距離可控制在2~15 km。后來出現(xiàn)了公網(wǎng)對講機,插卡給運營商交年費,不過有的組群不方便,屬于集中式管理[2]。模擬對講機優(yōu)點是信號穩(wěn)定,一般帶GPS定位功能,機器無信號也能通訊,缺點是距離限制在2~15 km,不過機器在飛機上或其他制高點,通信距離會更遠。因此微信無法取代對講機,微信需要互聯(lián)網(wǎng)的,沒信號就無法運行[3-4]。

1 需求分析

根據(jù)前期對無線對講機的應用場景調(diào)研和分析,進行了如下的需求分析。無線對講機不用插卡,不用跟手機一樣給運營商每月交話費,節(jié)省了經(jīng)濟上的開銷。除了公網(wǎng)每年要交費,遠遠比話費便宜。無線對講機不用借助互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送或者接受消息。自身具備這些功能,系統(tǒng)越簡單,可靠性則越高。實時傳達,音質(zhì)清晰速度快,比如救援隊、警用、軍用、山區(qū)及惡劣環(huán)境的工作人員。無線對講機的技術(shù)盡量做到無信號通信2 km之內(nèi)。最新專利技術(shù)對講機自帶中繼功能,彌補了所有缺點,不再需要高價的中繼臺。最重要的是無線對講機的待機續(xù)航時間長,最長待機可長達15天,并可以通話3天。

該系統(tǒng)的設計使信號能有效覆蓋建筑物公共部位和人員活動頻繁的區(qū)域,使整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一覆蓋,信號清晰、穩(wěn)定、可靠。該設計需要能夠確保上述要求滿足建筑內(nèi)部管理、物業(yè)使用和維護以及安全、消防、應急通信等方面的要求,以便內(nèi)部管理、維護、安全,而且消防員可以方便快捷地保持聯(lián)系和溝通。

2 設計與實現(xiàn)

2.1 設計原則

設計上,在保證系統(tǒng)質(zhì)量的前提下,盡量采用低成本的方法設計方案。合理設置天線的位置、數(shù)量和輸出功率,確保使用較少的天線和較低的輸出功率,以實現(xiàn)良好的覆蓋。由于高層切換頻繁,設計應盡量做到盡量不要使用后備廂放大器,以減少噪音的引入;建立完善的無線覆蓋網(wǎng)絡?？紤]到施工相對容易實現(xiàn)和施工效率,特別是合理布置布線。該鏈路在覆蓋區(qū)域內(nèi)滿足大于15 dB的載波噪聲比。

2.2 總體設計

該系統(tǒng)采用IP組網(wǎng),將多個數(shù)字中繼站組成一個單基站集群通信系統(tǒng),最多支持8個語音中繼通道和16個數(shù)據(jù)通道,最大用戶容量可達800。不需要傳統(tǒng)集群系統(tǒng)的控制通道,8個時隙都可以使用,不浪費系統(tǒng)時隙,不需要應用和許可機制。當新的呼叫開始時,空閑時隙將被轉(zhuǎn)移到新的空閑時隙,系統(tǒng)通知所有空閑的對講機轉(zhuǎn)移到空閑時隙,將原來的空閑時隙轉(zhuǎn)換為通話時隙,并在該時隙上中繼語音通信。當呼叫終止時,通話時隙將通知收音機新的空閑時隙或相關時隙。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通信效果覆蓋整個底層、地下層、垂直電梯轎廂及附近室外區(qū)域的通信需求,實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡的全覆蓋。在上述區(qū)域,可以使用對講機相互通話。根據(jù)實際情況和目前無線頻率的使用情況,可以選擇400 MHz頻段作為建筑物的無線通信頻率。由于本對講機通信系統(tǒng)采用無線集群方式解決對講機通信信道的劃分問題,因此需要申請兩組射頻,采用組合分支方式,系統(tǒng)的布線結(jié)構(gòu)保持不變。

根據(jù)該建筑物的結(jié)構(gòu),考慮了周圍電磁環(huán)境的實際情況。由于該通信網(wǎng)絡覆蓋范圍廣,包括南塔和北塔,有兩個地下層和夾層,因此采用了加固技術(shù)?；炷两Y(jié)構(gòu),對射頻信號有明顯的屏蔽(衰減)作用。無線對講通信覆蓋率低,確保沒有通信盲點(點),無線對講系統(tǒng)通信正常。系統(tǒng)設計使信號在相應的空間區(qū)域內(nèi),即對講信號的有效覆蓋區(qū)域為地上建筑物,對講信號有效覆蓋建筑物設備間、消防電梯、安全通道和整個室外建筑物,確保無線對講系統(tǒng)通信清晰、流暢,使整個系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一覆蓋,信號清晰、穩(wěn)定可靠。建議在地下一層弱電機房安裝集群通信基站(全自動、無人值守),并將通信天線分布在以下位置:設計一套信道系統(tǒng)、多個吸盤天線和無吸盤天線,室外天線覆蓋整個辦公樓,完全可以保證對講系統(tǒng)的可靠性,保證物業(yè)管理人員和保安人員的無線對講通信。

2.4 室內(nèi)信號分布

為滿足設計要求,并考慮到具體施工的難度,選擇最合理的線路進行中繼器的布線和布置,實現(xiàn)室內(nèi)配電均勻。本設計中的覆蓋信號由室內(nèi)有源配電裝置通過饋線傳送到各樓層。嚴格按設備及饋線技術(shù)指標計算,室內(nèi)覆蓋天線功率控制在15 dBm以下,符合國家電磁環(huán)境衛(wèi)生標準。發(fā)送和接收信號的全向吸盤天線置于天花板頂部,通過饋線與機房一層的中繼站相連。無線信號分配系統(tǒng)接收和發(fā)送來自天線的信號,天線與屏蔽電纜連接,無線對講信號室內(nèi)分配系統(tǒng)解決了整個建筑內(nèi)公共網(wǎng)絡和建筑內(nèi)專用信號的信號覆蓋。

2.5 聯(lián)合調(diào)試

將調(diào)試好的整機裝入機殼,接好電池,連好天線,LED和話筒。這里需聲明,天線對通話距離有著舉足輕重的作用,業(yè)余自制的天線,在沒有調(diào)好發(fā)射接收機時,很難保證其性能,最好先選用成品的天線,并且一定是30 MHz頻段的,否則通話距離難以達到設計要求。用一臺作發(fā)射機(發(fā)射機應將未級功率級去掉,以減小射頻功率),而另一臺作接收機,拉開兩臺機的距離至剛好收到信號為宜,微調(diào)接收機的T2,T1,L4,L3,L2,L1,使收到的信號最強,音質(zhì)最好,再拉開兩機的距離,再調(diào)整,直到兩機的通話距離最遠。這里需注意,一般只能微調(diào),因為經(jīng)上述調(diào)整后,一般都將頻率調(diào)得較準確,如果再大幅度調(diào)整,會導致調(diào)試不準。接上發(fā)射機的未級功率管,接上本機天線,一般只需微調(diào)L1,L2,使發(fā)射機旁的場強計指示最大即可。因為匹配網(wǎng)絡沒能調(diào)好,將嚴重影響發(fā)射功率,也就是發(fā)射的電功率是足夠大,但從天線輻射出去的電磁波能量卻小得多,因為載頻電流沒有完全輸送到天線上,而是有一部分的載頻電流以駐波的形式返回了功放級。顯然,這樣的電路效率就會大打折扣,也將大大縮短通話距離。

3 結(jié)語

本文設計實現(xiàn)的無線對講機主要是針對商業(yè)廣場內(nèi)的對講機。商業(yè)廣場包括商場、寫字樓、酒店、公寓和豪宅以及停車場等配套功能設施。無線集群通信系統(tǒng)分為大型物業(yè)、商場、酒店3種管理模式(群組)。每種格式的通信都要求相對獨立。每種格式有2~5個部門,它們的通信不會相互干擾。本文設計的對講機在這種情況下,大型物業(yè)可以調(diào)度所有的對講機功能,包括酒店和商場。