基于STM32的无线对讲机系统设计

吴元庆

(湖南科技学院 智能制造学院,湖南 永州 425199)

0 引言

时代在进步,虽然5G技术已经逐渐成熟,但是手机仍然无法替代无线对讲机。因为从无线电通信技术的角度来看,对讲机是永远不会被取代的[1]。传统对讲机是通过无线电信号通话的,自带发射和接收功能,不需要任何基站,不依赖公众网络,调到相同频率即可通话,走到哪里都能用,距离可控制在2~15 km。后来出现了公网对讲机,插卡给运营商交年费,不过有的组群不方便,属于集中式管理[2]。模拟对讲机优点是信号稳定,一般带GPS定位功能,机器无信号也能通讯,缺点是距离限制在2~15 km,不过机器在飞机上或其他制高点,通信距离会更远。因此微信无法取代对讲机,微信需要互联网的,没信号就无法运行[3-4]。

1 需求分析

根据前期对无线对讲机的应用场景调研和分析,进行了如下的需求分析。无线对讲机不用插卡,不用跟手机一样给运营商每月交话费,节省了经济上的开销。除了公网每年要交费,远远比话费便宜。无线对讲机不用借助互联网发送或者接受消息。自身具备这些功能,系统越简单,可靠性则越高。实时传达,音质清晰速度快,比如救援队、警用、军用、山区及恶劣环境的工作人员。无线对讲机的技术尽量做到无信号通信2 km之内。最新专利技术对讲机自带中继功能,弥补了所有缺点,不再需要高价的中继台。最重要的是无线对讲机的待机续航时间长,最长待机可长达15天,并可以通话3天。

该系统的设计使信号能有效覆盖建筑物公共部位和人员活动频繁的区域,使整个系统能够实现统一覆盖,信号清晰、稳定、可靠。该设计需要能够确保上述要求满足建筑内部管理、物业使用和维护以及安全、消防、应急通信等方面的要求,以便内部管理、维护、安全,而且消防员可以方便快捷地保持联系和沟通。

2 设计与实现

2.1 设计原则

设计上,在保证系统质量的前提下,尽量采用低成本的方法设计方案。合理设置天线的位置、数量和输出功率,确保使用较少的天线和较低的输出功率,以实现良好的覆盖。由于高层切换频繁,设计应尽量做到尽量不要使用后备厢放大器,以减少噪音的引入;建立完善的无线覆盖网络。考虑到施工相对容易实现和施工效率,特别是合理布置布线。该链路在覆盖区域内满足大于15 dB的载波噪声比。

2.2 总体设计

该系统采用IP组网,将多个数字中继站组成一个单基站集群通信系统,最多支持8个语音中继通道和16个数据通道,最大用户容量可达800。不需要传统集群系统的控制通道,8个时隙都可以使用,不浪费系统时隙,不需要应用和许可机制。当新的呼叫开始时,空闲时隙将被转移到新的空闲时隙,系统通知所有空闲的对讲机转移到空闲时隙,将原来的空闲时隙转换为通话时隙,并在该时隙上中继语音通信。当呼叫终止时,通话时隙将通知收音机新的空闲时隙或相关时隙。

2.3 系统结构

通信效果覆盖整个底层、地下层、垂直电梯轿厢及附近室外区域的通信需求,实现无线通信网络的全覆盖。在上述区域,可以使用对讲机相互通话。根据实际情况和目前无线频率的使用情况,可以选择400 MHz频段作为建筑物的无线通信频率。由于本对讲机通信系统采用无线集群方式解决对讲机通信信道的划分问题,因此需要申请两组射频,采用组合分支方式,系统的布线结构保持不变。

根据该建筑物的结构,考虑了周围电磁环境的实际情况。由于该通信网络覆盖范围广,包括南塔和北塔,有两个地下层和夹层,因此采用了加固技术。混凝土结构,对射频信号有明显的屏蔽(衰减)作用。无线对讲通信覆盖率低,确保没有通信盲点(点),无线对讲系统通信正常。系统设计使信号在相应的空间区域内,即对讲信号的有效覆盖区域为地上建筑物,对讲信号有效覆盖建筑物设备间、消防电梯、安全通道和整个室外建筑物,确保无线对讲系统通信清晰、流畅,使整个系统实现统一覆盖,信号清晰、稳定可靠。建议在地下一层弱电机房安装集群通信基站(全自动、无人值守),并将通信天线分布在以下位置:设计一套信道系统、多个吸盘天线和无吸盘天线,室外天线覆盖整个办公楼,完全可以保证对讲系统的可靠性,保证物业管理人员和保安人员的无线对讲通信。

2.4 室内信号分布

为满足设计要求,并考虑到具体施工的难度,选择最合理的线路进行中继器的布线和布置,实现室内配电均匀。本设计中的覆盖信号由室内有源配电装置通过馈线传送到各楼层。严格按设备及馈线技术指标计算,室内覆盖天线功率控制在15 dBm以下,符合国家电磁环境卫生标准。发送和接收信号的全向吸盘天线置于天花板顶部,通过馈线与机房一层的中继站相连。无线信号分配系统接收和发送来自天线的信号,天线与屏蔽电缆连接,无线对讲信号室内分配系统解决了整个建筑内公共网络和建筑内专用信号的信号覆盖。

2.5 联合调试

将调试好的整机装入机壳,接好电池,连好天线,LED和话筒。这里需声明,天线对通话距离有着举足轻重的作用,业余自制的天线,在没有调好发射接收机时,很难保证其性能,最好先选用成品的天线,并且一定是30 MHz频段的,否则通话距离难以达到设计要求。用一台作发射机(发射机应将未级功率级去掉,以减小射频功率),而另一台作接收机,拉开两台机的距离至刚好收到信号为宜,微调接收机的T2,T1,L4,L3,L2,L1,使收到的信号最强,音质最好,再拉开两机的距离,再调整,直到两机的通话距离最远。这里需注意,一般只能微调,因为经上述调整后,一般都将频率调得较准确,如果再大幅度调整,会导致调试不准。接上发射机的未级功率管,接上本机天线,一般只需微调L1,L2,使发射机旁的场强计指示最大即可。因为匹配网络没能调好,将严重影响发射功率,也就是发射的电功率是足够大,但从天线辐射出去的电磁波能量却小得多,因为载频电流没有完全输送到天线上,而是有一部分的载频电流以驻波的形式返回了功放级。显然,这样的电路效率就会大打折扣,也将大大缩短通话距离。

3 结语

本文设计实现的无线对讲机主要是针对商业广场内的对讲机。商业广场包括商场、写字楼、酒店、公寓和豪宅以及停车场等配套功能设施。无线集群通信系统分为大型物业、商场、酒店3种管理模式(群组)。每种格式的通信都要求相对独立。每种格式有2~5个部门,它们的通信不会相互干扰。本文设计的对讲机在这种情况下,大型物业可以调度所有的对讲机功能,包括酒店和商场。