无主机扩音呼叫系统的研究

肖振宁+张晨光+张潇文

摘要：为满足工业现场分散站点间的通信需求，该文设计一种总线式拓扑结构的无主机扩音呼叫系统。以MSP430f149单片机为控制核心研制了该系统的话站；利用DTMF信号传输控制信令，可实现单呼、群呼、全呼、强插、强拆和监听6种工作模式。此外，该文还采用了移频移相法消除话站扩音功放过程中产生的啸叫。经实际运行表明，该系统不仅可以满足使用需求，还具有较高的可靠性和稳定性。

关键词： 多信道共用技术； 总线式拓扑； 无主机； 工厂通信

中图分类号：TN915.05 文献标识码：A 文章编号：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，大多数工厂装配的电话通信系统大多数是有主机的，由于其采用星型拓扑结构各用户端单独占据一条话路，导致线路利用率低，并且一旦主机出现故障整个系统可能瘫痪而无法工作，可靠性差；呼叫过程较慢慢；难以适应嘈杂的工作环境；而使用无线电对讲机，通常需要申请频点，通话质量较差且只有持有对讲机的人之间才能通信。

为提供一种能满足分散站点的通信需求的方案，本文设计了无主机扩音呼叫系统以实现较大噪声环境下的通信功能。本文提出了一种无主机扩音呼叫系统的研究方案，研制了无主机扩音呼叫系统，其基于总线拓扑结构和多通道共享技术，实现了多用户对讲共用绳路，提升了电话绳路的利用率，节省了铺设电话绳路的成本费用，采用双音多频信号组成系统的信令来控制话站间的电路接续，不再需要架设主机，降低设备购买安装和维护成本。将设备的话筒和扬声器集成在设备上，节约了接听时间，较大的扬声器功率满足大范围强噪声环境下的人员物资调度、电话会议、广播找人、设备工作状态汇报等通信需求。

2 系统设计研究方案及工作过程

无主机扩音呼叫系统由话站及话路组成。设置一条信令通路和3条通话话路，每台话站均有4条线路通过开关矩阵电路连接在4条话路上，如图1所示。

无主机扩音呼叫系统的工作过程如下：主叫用户接通电路，相当于摘机，本话站进入工作状态后会查询当前是否有空闲话路，如果当前所有话路被占用，将会听到忙音提示；如果当前有话路空闲，主叫话站会占用信令通路和其中一条话路并通过双音多频编码电路发送对应的占用码到信令话路上通知其它话站与占用码相同的话路已经被占用并且是主叫用户占用此话路。然后主叫用户拨打被叫号码，该号码也通过双音多频编码电路转换成DTMF信号并发送到信令话路上，其它话站接收信令话路上的DTMF信令，通过双音多频解码电路转化并分析判定是否呼叫本话站号码，如果是则被叫话站通过开关矩阵电路和主叫话站相连，即通过扩音器与话筒进行语音通信。结束通话后两方任一一方挂机就释放拆线码，解除当前此条话路的占用并通知其它话站该话路已被释放。此为无主机扩音呼叫系统的工作过程。

为了实现无主机设备自动接续，本文通过传播在信令通路上的双音多频信令信号，制定了通信协议，用来控制和管理呼叫，以保证通信的顺利进行。

本系统的信令按照功能可划分为：呼叫码、拆线码、强插码、强拆码和监听码。具体的定义和格式见下表1所示。

3 硬件设计

无主机扩音呼叫系统由MSP430f149单片机系统作为控制模块，相应的接口电路分别连接DTMF编码和解码模块、提示音存储模块、静音检测模块、信号音产生模块、录音播放模块、矩阵开关、键盘模块和液晶显示模块还有电源电路。控制模块保证各部分电路正常工作，并分析处理相关数据，同时控制对应电路完成相应操作；DTMF编码电路把键盘输入的电话号码以及产生的通信协议换成双音多频信号传输到信令通路上；DTMF解码电路将信令通路上的双音多频信号转换成单片机能够实别的数字信号来进行进一步的操作；信号音电路产生450HZ的回铃音和振铃音；音频输出电路对通话话路上的语音信号进行放大，经过扬声器电路传递给用户；播放录音电路提示用户进行相关操作；时钟电路用于显示当前日期和时间。硬件组成如图2所示。

4 软件设计

无主机扩音呼叫系统主程序流程图如图3所示。

主程序先对系统各模块进行初始化，初始化系统时钟、硬件芯片引脚、液晶显示屏、定时器中断还有各个状态表，包括：本机呼叫状态表、初始话路状态表和初始DTMF发送缓冲区。然后启动定时器中断，进入主循环区。

主循環区是一个不断循环的查询程序，查询键盘是否有按键按下，为每一个按键定义相应功能并根据反馈的键值使主控微控制器做出相应操作。

5 啸叫抑制

在无主机扩音呼叫系统中扩音设备作为重要组成部分，声音信号被转换成电信号再经放大器最后由扬声器输出的这一过程中，正反馈导致放大器的输出信号幅度加大而产生一段频率的震荡叫做啸叫现象。当该现象产生时严重影响通话质量。

啸叫的产生需要同时具备三个条件，即：话筒和扬声器必须在同一声场中；扬声器的信号幅度要足够大，话筒拾音灵敏度足够高；扬声器发送的声音可以通过空间达到传声器。因此，通常只在扩音系统中存在啸叫现象。具体原理如图4所示：

6 结束语

无主机扩音呼叫系统结合了电子通信技术，通过大规模集成电路的实现，性能稳定，可靠性高，使用维护简便，采用总线式结构和多信道共用技术简化了布线流程提高了话路利用率也降低了维护成本。利用此系统可以在较大范围内的强噪声环境下实现调度，召开电话会议，广播找人和通信联络等功能，提高了生产企业的工作联系速度、生产管理水平和生产效率，增强企业处理突发事件的能力。

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