專利名稱：一種總線制指令電話的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工業(yè)用通訊設備，特別是一種用于工業(yè)現場多組不同 用戶同時分別進行通訊聯絡的全數字總線制指令電話。
背景技術：
指令電話被廣泛應用于工業(yè)現場生產流水線上下工序之間的通訊聯絡，是 工業(yè)現場聯系的主要通訊手段，指令電話主要有布控方式指令電話、自動型指 令電話、數字化指令電話和總線制指令電話等幾種類型。
布控方式指令電話和自動型指令電話是基于專用的主機與專用的終端組 成。布控方式指令電話主要是采用多線制相互連接的交叉星形連接方式，在一 個用戶集合中，為了能夠與相關的用戶進行直接的連接，必須在每個相關的用 戶之間配置一根直接連接線，以保障相關用戶之間的呼叫有效性。該類指令電
話的連接極為復雜，優(yōu)點是采用直接連接呼叫線，呼叫可靠性較高。德國的E65 系統即為布控式指令電話系統。
自動型指令電話用戶的通訊由一臺主機完成，通過撥號實現用戶之間呼 叫，其主機通常是一臺交換機。自動型指令電話有集中放大和分散放大兩種擴 音方式。集中放大方式采用集中放大器對各個路由的通訊信號進行功率放大； 采用如縱橫制交換設備的繼電器接續(xù)的空間交換模式，實現高壓信號的傳輸； 在終端采用揚聲器擴音。該類指令電話的終端設備簡單，由于采用高壓傳送， 需要專門的傳送線路，對線路要求非常高，并且同時處理呼叫的能力很低，集 中放大設備的故障率也非常高。分散放大方式的指令電話終端，通常采用程控 交換機或調度機作為交換設備，在指令電話終端上實現調度機或者交換機功 能，采取"星型"連接方式，每個指令電話終端都獨立與主機連接，指令電話 功能向終端轉移。本發(fā)明申請人在中國專利03129481. 2"自適應抗噪全數字指 令擴音電話機"中公開的主要由接口電路、編解碼器、運算控制器及噪聲抑制 器組成的指令電話，就是此種類型的指令電話系統，該專利公開了一種數字化 的抗噪技術，使指令電話與調度機配合。自動型指令電話需要為每個終端敷設與主機之間的獨立線路，布線復雜，維護量高；由于其必須依靠主機才能夠工 作，其系統組成是主機加終端設備，運行安全存在瓶頸，制造成本較高；且大 部分采用模擬方式進行傳輸，語音質量較低；由于未配置視頻裝置，在主機與 終端通訊過程中不可視。
現有技術數字化指令電話是將交換機ISDN用戶作為指令電話用戶，因 ISDN用戶采用2B+D方式，故稱"數字化指令電話"。就其實質而言，仍然是交 換機型指令電話，僅傳輸基于數字方式，其指標、實用性、可靠性等均未獲得 有效提升，武鋼通訊電訊公司制造的DX—DN128型指令電話即此類指令電話系 統。
總線制指令電話系統主要由主機、多芯專用總線和用戶指令電話終端組 成。采用總線形式連接現場指令電話終端，將所有用戶都掛接在總線上，就像 是一串葫蘆，目前較多的是多總線模式，使用不少于7根線的現場專用總線來 實現指令電話之間的連接，最大獨立通話通常被限制在總線數量之內，例如7 線制總線，最大可實現5路獨立通話?，F有技術的總線制指令電話大多是模擬 方式的總線制指令電話系統，是基于主機的一個指令電話系統，只是在功能和 配置上更趨向于向終端傾斜。當指令電話的主叫用戶呼叫被叫時，首先使用一 個公用的呼叫信道實現"一呼百應"，當主叫與被叫需要實現單獨通訊時，雙 方同時手動選擇空閑的信道，實現獨立雙向對講。美國的GTC系列產品屬于此 類總線制指令電話系統。數字化總線制指令電話采用多組模擬的通話總線，一 組數據傳輸總線傳送主叫用戶信息，在呼叫總線實現了數字方式，能顯示主叫 用戶信息，告訴被叫主叫的呼叫目標和使用的路由號碼，被叫根據提示切換到 指定的總線內。該系統的傳輸模式及通話方式仍然是模擬方式，它比全模擬總 線制指令電話先進的地方是它可向被叫傳送主叫的信息，但是仍然必須使用專 門的多線電纜來完成用戶間的連接。武鋼通訊電訊公司制造的SSZ系列全數字 指令電話系統和常州科先達電訊有限公司制造的SD8000型指令電話屬于數字 化總線制指令電話?？偩€制指令電話的布線簡單，用戶之間的通話靠選擇不同 的線路采用空間分割來完成，不具備自動交換能力；操作不方便，需要主被叫 同時調整到空閑信道才能夠單獨通話；通訊電纜使用專門的多芯電纜，現場基本上沒有擴展的余地，應用領域受到限制；實時信息量很少，無視頻配置；信 道數量固定，大容量時呼叫重疊、信道占用現象嚴重；與外部系統擴展連接困 難，無法映射內部用戶，基本上不具備跨網延伸能力和網間組融合能力，涉及 到用戶間信息交換、系統數據顯示、資源顯示等功能必須基于上位設備才能夠 實現。
發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的缺陷，提供一種 全數字化、無主機，二總線制帶視頻采集、語音通訊、能夠跨網連接的總線制 指令電話。
本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是該總線制指令電話，主要 由傳輸總線和指令電話終端組成，傳輸總線連接指令電話終端，其結構特點是
a、 所述的傳輸總線采用2-4根物理連接線構成的現場總線，所述的現場 總線包括總線控制器、光隔離器和總線接口 ，總線控制器和光隔離器雙向連接， 光隔離器和總線接口雙向連接；
b、 所述的指令電話終端包括音頻輸入及處理模塊、主控制處理模塊、音 頻功放輸出模塊和人機界面電路，所述的音頻輸入及處理模塊包含音頻信號采 集電路和數字化處理電路，音頻信號采集電路的輸出和數字化處理電路的輸入 相連，所述的數字化處理電路主要由語音編解碼器、語音抗噪處理電路和壓縮 電路組成，語音編解碼器與語音抗噪處理電路和壓縮電路雙向連接；
所述的主控制處理模塊和語音抗噪處理電路和壓縮電路雙向連接，總線控 制器和主控制處理模塊雙向連接，人機界面電路和主控制處理模塊連接，語音 編解碼器的輸出和音頻功放輸出模塊的輸入相連。
本實用新型總線制指令電話所述的現場總線為RS—485總線或CAN總線。
本實用新型總線制指令電話所述的音頻信號采集電路含有語音采集話筒 和噪聲拾取話筒。采取二級衰減合成的噪聲過濾方法消除語音信號中的噪聲， 第一級衰減進行相位調整，采用共模方式對消噪聲中的高幅值噪聲，第二級衰 減采用取信號最大值方式，過濾噪聲中的低幅值噪聲。
本實用新型總線制指令電話所述的指令電話終端還包括視頻輸入/輸出及控制模塊，所述的視頻輸入/輸出及控制模塊包含視頻采集電路、視頻接口電 路和壓縮處理器，視頻采集電路的輸出和視頻接口電路的相連，視頻接口電路 和壓縮處理器連接，壓縮處理器與主控制處理模塊雙向連接。
本實用新型總線制指令電話所述的人機界面電路中輸入采用呼叫鍵盤，顯
示采用LCD液晶顯示，呼叫鍵盤輸出接主控制處理模塊，主控制處理模塊的輸 出接LCD液晶顯示的輸入，所述的呼叫鍵盤帶有映射表。呼叫鍵盤的每個鍵映 射一個指令電話終端或一項功能。
本實用新型總線制指令電話所述的指令電話終端還包括視頻顯示模塊，所 述的視頻顯示模塊包含視頻編解碼電路、視頻終端顯示器，視頻編解碼電路的 輸入接主控制處理模塊的輸出，視頻編解碼電路的輸出接視頻終端顯示器的輸 入，所述的人機界面電路的呼叫鍵盤配有擴展鍵盤，擴展鍵盤通過串行接口接 入指令電話終端及與下位擴展鍵盤連接。
本實用新型總線制指令電話所述的現場總線采用CAN總線，所述的總線控 制器采用MCP2510模塊、光隔離器采用6N137模塊、總線接口采用PCA82C250 模塊，所述的主控制處理模塊采用CPU處理器ARM7系列S3C44B0，所述的語音 抗噪處理電路和壓縮電路采用DSP處理器TMS320C5409，所述的語音編解碼器 采用WM8731模塊，所述的視頻采集電路采用30萬 45萬象素的視頻采集器， 視頻接口電路采用視頻輸入接口和USB接口，所述的USB接口采用SL811HST ?！姥耄曨l采集器的輸出通過與指令電話匹配的視頻輸入接口和USB接口接主 控制處理模塊，USB接口和主控制處理模塊雙向連接，所述的音頻功放輸出模 塊采用模塊式功放器，LCD液晶顯示采用128X64點陣顯示液晶模塊 HG1286412-LYH，通過74LS244驅動并與主控制處理模塊連接。
本實用新型總線制指令電話所述的現場總線采用CAN總線，所述的總線控 制器采用MCP2510模塊、光隔離器采用6N137模塊、總線接口采用PCA82C250 模塊，所述的主控制處理模塊采用CPU處理器ARM7系列S3C44B0，所述的語音 抗噪處理電路和壓縮電路采用DSP處理器TMS320C5409，所述的語音編解碼器 采用WM8731模塊，所述的視頻采集電路采用30萬 45萬象素的視頻采集器， 視頻接口電路采用視頻輸入接口和USB接口，所述的USB接口采用SL811HST模塊，視頻采集器的輸出通過與指令電話匹配的視頻輸入接口和USB接口接主 控制處理模塊，USB接口和主控制處理模塊雙向連接，所述的音頻功放輸出模 塊采用模塊式功放器，LCD液晶顯示采用128X64點陣顯示液晶模塊 HG1286412-LYH，通過74LS244驅動并與主控制處理模塊連接，所述的擴展鍵 盤經RS232串口轉RS485串口與主控制處理模塊連接。
本實用新型采用抗噪算法、語音壓縮算法，在CAN總線實現語音數據與視 頻數據的傳輸與交換。在主叫與被叫的通訊過程中，通過總線傳輸的信號包含 被叫用戶地址信息、壓縮的語音信息包、主叫屬性信息、總線傳輸質量信息、 視頻狀態(tài)信息?？偩€制指令電話系統內的指令電話終端通過CAN總線實現物理 上的連接。被叫接收到主叫用戶呼叫后，根據主叫要求會自動開啟接收電路和 擴音電路，并將主叫用戶的呼叫經解碼后直接擴音播報。本實用新型指令電話 終端中嵌裝視頻采集電路，能夠采集指令電話終端安裝點的實時視頻數據。在 主叫向被叫呼叫并接通被叫后，當被叫裝有視頻顯示模塊，則被叫向主叫回送 連接構成證實信號，經視頻顯示模塊請求，主叫將發(fā)送實時采集的視頻數據， 視頻數據經被叫視頻編解碼電路解碼后會在被叫的視頻終端顯示器上顯示。發(fā) 送視頻數據的幀數由發(fā)送端根據傳輸帶寬控制，發(fā)送端發(fā)送視頻數據的同時， 發(fā)送一個測試信號，接收端收到該測試信號后，立即回復一個證實信號，根據 此信號到達發(fā)送端的時間判斷線路實時帶寬，當帶寬低于最低保障帶寬時，停 止發(fā)送視頻信號，優(yōu)先保障語音通訊。若最低保障設為五對用戶通訊時，保障 帶寬大約是100K時。
本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點本實用新型采用一對總線作為 傳輸介質、無主機、全數字化傳輸，容易實時"掛接"用戶，容易擴展網絡容 量，具有用戶信息自動交換、視頻采集與上傳功能，可通過異種網絡便捷地進 行傳輸延伸、與網外設備連接，有效提高了指令電話系統的穩(wěn)定性與可靠性。 1、本實用新型克服了現有技術主機型即星型接法自動型指令電話的缺陷，不 設置主機而具有主機型指令電話產品的信道優(yōu)勢，可在總線上實現語音通訊的 交換，采用數字化傳輸，較模擬式主機型指令電話的語音信號更清晰；沒有主 機，布線簡單，不需要再敷設終端至主機之間復雜的線路，節(jié)約主機設備費用、布線材料費與人工費，制造、使用成本約降低30% 65%。 2、本實用新型克 服了現有技術總線制指令電話及布控式指令電話的缺陷，實現全自動化的語 音、數據交換，雙線總線制布局，節(jié)約線路，簡化布線，便于"掛接"；充裕 的信道資源，能夠在任何時候實現基本無阻塞通訊，尤其是非廣播方式的通訊 可同時進行很多對，不受總線數量制約；本實用新型的指令電話終端的智能化 與靈活性更高，配置更簡單，更改系統配置、布局更便利，具有靈活的接力與 延長技術，可方便實現擴容、中繼接入、路由延長等操作；可上傳視頻數據并 在指令電話指揮系統中實現可視調度通訊。

圖1為本實用新型實施例電路原理框圖。 圖2為本實用新型實施例工作流程示意圖。
具體實施方式

下面通過實施例，結合附圖對本實用新型作進一步的闡述。 實施例結構參見圖1，該總線制指令電話主要由指令電話終端和傳輸總線 組成，各指令電話終端通過傳輸總線連接。實施例指令電話終端包括音頻輸入 及處理模塊、音頻功放輸出模塊、視頻輸入/輸出及控制模塊、視頻顯示模塊、 主控制處理模塊和人機界面電路。傳輸總線采用2-4根物理連接線構成的現場 總線，現場總線包括總線控制器、光隔離器和總線接口。主控制處理模塊和總 線控制器雙向連接，總線控制器和光隔離器雙向連接，光隔離器和總線接口雙 向連接。 .
音頻輸入及處理模塊包含音頻信號采集電路和數字化處理電路，音頻信號 采集電路的輸出和數字化處理電路的輸入相連。音頻信號采集電路含有語音采 集話筒和噪聲拾取話筒，數字化處理電路主要由語音編解碼器IC1、 IC2和語 音抗噪處理電路和壓縮電路IC3組成，語音數據傳輸與交換采用語音壓縮算法。 實施例語音采集話筒有三個，分兩個音頻輸入端口，對現場的音頻信號分二路 采集，第一路是語音信號采集，有二個話筒，擴音對講話筒Ml安裝在指令電 話終端殼體上，采用共?？乖胧浇Y構，在擴音對講時，使用該話筒采集語音信 號，手柄話筒M2安裝在通話手柄上，手柄提機后，安裝在機殼上的話筒被切換到手柄上；第二路是環(huán)境噪聲采集，噪聲拾取話筒M3安裝在指令電話終端 殼體上部的一個噪聲采集位置上，采集指令電話安裝點的使用環(huán)境噪聲。擴音 對講話筒Ml和手柄話筒M2通過音源選擇繼電器Jl選擇，擴音對講話筒Ml和 手柄話筒M2輸出接語音編解碼器IC1，噪聲拾取話筒M3輸出接語音編解碼器 IC2，語音編解碼器IC1、 IC2和語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3雙向連接， 主控制處理模塊IC5與語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3雙向連接。音頻信號 采集電路采集的語音信號經語音編解碼器IC1、 IC2進行編碼后，再經語音抗 噪處理電路和壓縮電路IC3進行壓縮，使傳輸總線傳輸的語音信號具有較小的 信息量。實施例音頻輸入及處理模塊還裝有PLD時鐘控制邏輯電路IC4， PLD 時鐘控制邏輯電路IC4受數字化處理電路的語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3 控制，PLD時鐘控制邏輯電路IC4輸出接語音編解碼器IC1和IC2。實施例語 音抗噪處理電路和壓縮電路IC3采用DSP處理器TMS320C5409模塊，語音編解 碼器IC1和IC2采用WM8731模塊。噪聲拾取話筒M3采集的環(huán)境噪聲信號有二 個用途， 一是，將環(huán)境噪聲信號經過數字化處理后與語音信號回路中的噪聲相 減，去掉部分可識別的噪聲；二是，按照加權后的環(huán)境噪聲聲壓，調整指令電 話的輸出功率，使之有效信號聲壓始終高于噪聲聲壓，以提高現場通話可懂度 即信噪比。通常將指令電話擴音輸出的有效信號設置成高于環(huán)境噪聲約5dB。
使用時，當本指令電話終端作為主叫時，用戶按下被叫按鈕，在未提起通 話手柄前，現場語音信號由安裝在機殼上的擴音對講話筒Ml和噪聲拾取話筒 M3采集。采集到的語音信號和環(huán)境噪聲信號上分別加入時標信號和同步信號， 該時標與同步信號將用于數字化噪聲消除，兩路信號均經過8K取樣，有效音 頻帶寬300 3400Hz、帶外衰減大于60dB，其作用相當于一個低通濾波。再將 兩路語音信號A/D轉換，語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3對兩路信號進行消 噪識別。消除噪聲先采用共模消除法，其原理是基于現場噪聲幅度相等、相位 相反進行對消去除噪聲。信號輸入端的兩路取自來源近似的音頻信號， 一路是 語音信號，另一路是主要含有環(huán)境噪聲，也含有少量語音信號的環(huán)境噪聲信號， 假設兩路音頻采集來源的各項參數一致，則將兩路信號相減，余數就是有效的 語音信號。實際應用中，由于器件的不一致性，采用數字化共模方式會遇到二路音頻信號產生的相位差、幅度差、波形差，從而影響減噪效果。為保證減噪 效果，除在指令電話終端制造前期元器件篩選過程中注重元器件一致性外，在 進行共模消噪前，先將二路音頻信號進行固定延時時間的相位校準。實施例在
語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3內，為擴音對講話筒M1或者手柄話筒M2輸 入的音頻信號增加一個5ms的參數化固定延時，以10us為步長、區(qū)間為l 10ms，將噪聲拾取話筒M3輸入的音頻信號增加一個動態(tài)可調的延時，區(qū)間是 1 20ms，在為音頻信號開辟的FLASH存儲器IC7中首先校對一次同步。噪音 信號延時時間采用外部單節(jié)奏音源校準，模擬一個仿真環(huán)境噪聲，使用單音節(jié) 脈沖的同步信號音來測定兩路的相位差，采用軟件識別自動鎖定方式確定噪音 信號的延時時間并鎖定。通過調整噪音信號的延時并鎖定來對準兩路的相位， 使同步信號起始點對準，且相位正好相反。 一般來說，音頻信號采集電路的元 器件在安裝好以后的一個較長的時間段內其電參數基本上固定，這些被校準的 參數能夠有效穩(wěn)定運行很長時間。由于語音信號輸入點距離噪聲采集點的位置 差，語言信號輸入端具有較強的語音信號而噪音信號輸入端則幅度較低，而兩 個話筒采集到的環(huán)境噪聲電平基本上是差不多的，這樣就可將幅度相等、波形 近似的噪聲信號對消掉。但是，由于電路元器件電特性不可能完全一致，會導 致兩路相同的音源信號波形不一致，在減去相同的部分后，實際上兩路不一致 的信號噪聲會疊加，此時噪聲峰值電平下降，但是底部密度增加，有些噪聲是 相減后剩余部分產生的新噪聲。在采用共模消除法消除幅值較高的噪聲后，在 語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3內，再對音頻信號進行"取最大值"處理， 舍去信號底部、取最大值。由于底部噪聲電平被"砍掉"，噪聲基本上被濾除， 指令電話的通話可懂度與清晰度有大幅度提高。在具體處理過程中，先將音頻 信號劃分幅度區(qū)間，例如將整個信號電平劃分為128級，根據對消均值與語音 信號差值，選取信號有效區(qū)間。在指令電話終端調試期間，由元器件差異造成 的，對消后未能夠有效抵消的殘余噪聲電平，相對于整個電平幅度區(qū)間而言， 會變成一個常數，該常數的噪聲電平雖然由于器件差異在不同的指令電話終端 之間會產生一些小的差異，但是不會有很大的變化，可以在后期的程序處理中 按照在批次中確定的數值"砍掉"底部噪聲。上部有用信號會由于被砍去底部而產生失真，可在后期處理中加入"趨勢修補算法"來彌補。"趨勢修補算法" 的基本方式是在每個被"砍掉"底部的波形其下降沿斜率由處理器給予按原來 斜率"修補"，上升沿波形也是按照其原有斜率予以補足，人為修復被"砍掉" 部分的信號。由于指令電話主要應用在工業(yè)現場，不像音樂那樣對保真度要求 很高，經過人為"修補"波形后的語音通訊基本上保持原有的可懂度。語音信 號經噪聲濾除處理后，將進行壓縮處理，可供選擇的壓縮方法很多，為便于降
低成本及提高設備兼容性，本實用新型選擇制式壓縮方式，實施例使用H.323 協議的語音壓縮算法對語音信號進行壓縮和打包。經壓縮處理的音頻信號送入 主控制處理器IC5，經主控制處理器IC5再經過總線收發(fā)器送到傳輸總線上。
音頻功放輸出模塊的輸入和語音編解碼器IC1的輸出連接，音頻功放輸出 模塊包括音頻功放器、手柄聽筒Y1和話站喇叭Y2。實施例音頻功放器采用模 塊式功率放大器P1、 P2，模塊式功率放大器Pl輸出接手柄聽筒Yl,模塊式功 率放大器P2輸出接話站喇叭Y2。模塊式功率放大器P1、 P2完成對輸出語音的 功率放大,音量調節(jié)采用數字化調節(jié)方式，在語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3 與語音編解碼器IC1 一側完成。
視頻輸入/輸出及控制模塊包含視頻采集電路、視頻接口電路和壓縮處理 器。實施例視頻采集電路綜合考慮傳輸介質、帶寬及圖象質量，采用標準化的 可與計算機USB接口直接連接的30萬 45萬象素的視頻采集器——攝像機， 也稱貓眼，視頻接口電路采用視頻輸入接口 Kl和USB接口 IC9， USB接口 IC9 采用SL811HST模塊，壓縮處理器采用DSP處理器。視頻采集器的輸出通過與 指令電話匹配的視頻輸入接口 Kl和USB接口 IC9，再經過DSP壓縮處理器ICX 后接主控制處理模塊IC5， DSP壓縮處理器ICX與主控制處理模塊IC5雙向連 接。
視頻顯示模塊包含視頻編解碼電路、視頻終端顯示器，視頻編解碼電路的 輸出接視頻終端顯示器的輸入，視頻編解碼電路的輸入接主控制處理模塊IC5 的輸出。
本實用新型在整個指令電話系統的每一個指令電話終端都配置視頻采集 電路，但一般僅在指令電話系統中處于支配地位的指令電話終端內安裝視頻終端顯示器，即視頻接收終端。視頻采集電路的視頻采集器即攝像機在未被激活 前，視頻采集電路處于休眠待命狀態(tài)，并不向傳輸總線發(fā)送視頻流數據，當與 該終端建立通訊的另一終端具備視頻接收功能時，視頻采集電路將被激活并根 據線路傳輸帶寬情況自適應地向具備視頻顯示終端的指令電話終端發(fā)送視頻 流數據，實現可視通訊。本實用新型指令電話的可視通訊克服了現有技術用于 控制中心與工業(yè)現場工作人員調度作業(yè)中無法實現可視通訊的缺陷，有效縮短 指揮人員與現場操作人員的距離感，能夠更好的實現調度意圖。為了增加總線 制指令電話中視頻部分與主流產品和技術的同步性，在本實用新型中視頻部分 的輸出技術特性與貓眼執(zhí)行標準等同。當與本終端通訊的對方終端沒有向本終 端發(fā)送視頻請求時，說明對方終端沒有視頻終端顯示器。當對方終端發(fā)送視頻 請求時，說明對方終端有視頻接收功能并且具備視頻終端顯示器。具體發(fā)送將
根據主控制處理模塊IC5測得的傳輸帶寬后再確定，其前提是保證語音數據絕 對優(yōu)先。測定帶寬使用"反彈法"，由視頻發(fā)送終端向視頻接收終端發(fā)送一個 測試包，該包到達接收終端后，會被立即反彈回去，按照該包來回所化時間判 斷帶寬，主控制處理模塊IC5根據帶寬決定發(fā)送的幀數，并在每一幀發(fā)送前發(fā) 送一個測試包來決定是否需要發(fā)送下一幀。實施例設定，當帶寬低于100K時， 停止發(fā)送視頻數據以保障語音數據的傳送，當帶寬大于100K時，在保障語音 數據優(yōu)先的前提下可在全程監(jiān)控下發(fā)送視頻數據，每一幀發(fā)送前均測定總線是 否符合發(fā)送帶寬要求。
本實用新型總線制指令電話是一種無主機指令電話系統，相對于星型接法 的有主機指令電話系統，控制處理器需要處理的工作更多，語音信息編解碼、 壓縮、解壓縮等處理，語音交換、數據信息交換、視頻數據交換等信息交換， 視頻信息編解碼、壓縮和解壓縮等處理，以及呼叫處理、狀態(tài)顯示和處理、傳 輸總線控制等等。實施例主控制處理器IC5采用CPU處理器ARM7系列S3C44B0， S3C44B0處理器的處理速度滿足總線制指令電話設置的功能管理、人機界面管 理、工作狀態(tài)管理等全部功能綜合處理要求，對于實時性要求較高的音頻信號 和視頻信號處理則由采用DSP處理器的語音抗噪處理電路和壓縮電路IC3、DSP 壓縮處理器ICX完成。主控制處理器IC5與SDRAM存儲器IC6和FLASH存儲器IC7雙向連接，實施例SDRAM存儲器IC6采用HY57V641620， FLASH存儲器IC7 采用39VF3201。
總線制指令電話的人機界面電路和主控制處理模塊IC5連接，人機界面電 路輸入采用呼叫鍵盤，顯示采用LCD液晶顯示，實施例LCD液晶顯示K2采用 128X64點陣顯示液晶模塊HG1286412-LYH，通過74LS244驅動并與主控制處 理模塊IC5連接。實施例人機界面電路的呼叫鍵盤有二種配置， 一種配置4X4 或8X8呼叫鍵盤IN1，呼叫鍵盤IN1輸出直接接主控制處理模塊IC5，每個按 鍵都可根據用戶要求按照映射表編程對按鍵功能進行編程重定義，鍵盤使用方 式有一鍵直呼和撥號方式呼叫， 一鍵直呼每個鍵對應映射表內的一個具體地 址，在安裝的鍵中間有一個作為總呼叫鍵，其余鍵可根據映射表自定義，例如 定義組呼鍵或者一鍵直呼；撥號方式呼叫其他終端或者其他系統內的用戶，將 普通終端上4X4鍵盤定義成一個撥號盤，通過號碼組合來表達最終輸出數值， 經映射表轉換成最終被叫地址。人機界面電路的呼叫鍵盤另一種配置是用在指 令電話系統中處于支配地位的指令電話終端， 一般是安裝在需要與所有用戶保 持通訊的指揮中心，配置可擴展的呼叫鍵盤，根據用戶要求可再擴展至少二個 8X8的鍵盤，在一個指令電話終端上同時使用不少于3個8X8鍵盤。擴展的 鍵盤使用專配的處理器，不占用指令電話終端的其他部件。呼叫鍵盤IN1直接 與主控制處理器IC5連接，擴展鍵盤通過接口與上位終端及下位擴展鍵盤連接， 實施例擴展鍵盤通過串行接口 RS232轉RS485串口 IC13接入，經RS232串口 IC8轉換后與主控制處理器IC5連接。每個鍵盤都有自己對應的映射表，存儲 在SDRAM存儲器IC6內，可為每個鍵映射一個在線的終端或功能。通過在傳輸 總線上發(fā)送特殊指令來實現對鍵盤對應的映射表的編程或者通過傳輸總線實 現遠程下載。本實用新型呼叫鍵盤IN1的對應鍵帶LED顯示，每個鍵均對應三 個LED，在呼入、呼出、總呼、組呼、故障、報錯等狀態(tài)時顯示對應的不同LED 花色。工作時LCD液晶顯示K2顯示本終端及主叫終端信息，同時還顯示傳輸 總線狀態(tài)。 一般在人機界面電路的后一種配置終端配置視頻接收終端，即嵌裝 有視頻顯示模塊，前一種配置中通常不配視頻接收終端，只配置視頻輸入/輸 出及控制模塊。理論上幾乎現有的現場總線都可用于本實用新型指令電話，但是在實際應 用中，現場總線必須滿足傳輸速度和傳輸介質要求這二大基本條件，在現有較
為成熟的現場總線中，RS—485傳輸總線和CAN傳輸總線即Controller Area Network相對比較適合作為指令電話的傳輸總線，而RS—485與CAN傳輸總線 相比，CAN傳輸總線更符合指令電話的傳輸要求。CAN傳輸總線能有效支持分 布式控制或實時控制的串行通信網絡，具有較高的通訊速率、良好的抗電磁干 擾能力和使用可靠等優(yōu)點，廣泛應用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等自動 化領域的分布式環(huán)境監(jiān)測系統、溫室環(huán)境監(jiān)控系統、變電站監(jiān)測系統等數據交 換，本實用新型實施例將CAN總線作為語音通訊設備的傳輸載體，依靠總線接 口及傳輸介質相互連接實現高可靠性串行通信。CAN總線包括CAN總線控制器 ICIO、 CAN光隔離器IC11和CAN總線接口 IC12。 CAN總線控制器IC10主要是 完成對數據的收發(fā)控制，光隔離器IC11主要是完成光電隔離及抗干擾工作， CAN總線接口 IC12是連接其他CAN總線設備的接口 ，它最終完成與其他設備的 物理連接。實施例CAN總線控制器IC10采用MCP2510模塊、CAN光隔離器IC11 采用6N137模塊、CAN總線接口 IC12采用PCA82C250模塊。CAN光隔離器IC11 和CAN總線控制器IC].O、 CAN總線接口 IC12均為雙向連接，CAN總線控制器 IC10和主控制處理模塊IC5雙向連接。
本實用新型電源采用本地供電模式時，通過標準的開關電源模塊完成對整 機,龜n當采用集中供電模式時，僅設置一個保護電路，供電由集中電源完 成。
本實用新型總線制指令電話是一種無主機的總線制指令電話通訊系統，為 了實現相互之間的呼叫與通訊，必須在每個指令電話的內部建立一個反映指令 電話物理地址與邏輯號碼之間的映射關系的"映射表"，通過編輯一個集合內 每個指令電話的"映射表"，.可變更該集合內用戶間的組合關系和用戶代碼。
每一個指令電話終端在呼叫其他指令電話終端時，接收端在接收到發(fā)送端 的呼叫后，能夠馬上回應發(fā)送端一個表示信息收到的證實信息，該信息在發(fā)送 端將給出一個驅動信號，驅動一個預置的語音芯片或者啟動一段預錄的語音。 如果該終端正在工作則該語音將直接送到手柄聽筒Yl或者話站喇叭Y2，按照終端實時工作情況隨終端狀態(tài)定。如果終端處于待命狀態(tài)則啟動話站喇叭Y2， 直接將預錄的語音進行擴音廣播。當發(fā)起呼叫終端呼叫的是一個實際不存在的 終端時，或在指定時間沒有收到證實數據的呼叫，發(fā)起終端則會語音報錯；當 呼叫終端按下一個沒有定義的呼叫按鈕時，也會執(zhí)行語音報錯。
本實用新型總線制指令電話設有三種常用的呼叫形式， 一是總呼叫，所有 終端接收到該類呼叫后，無論其實時工作狀態(tài)如何，都會同時接收該呼叫的語 音數據，同時點亮總呼叫指示燈，是否與總呼叫發(fā)起終端通訊則由被叫終端決 定，待總呼叫結束后指示燈消滅；二是組呼，被呼叫的用戶終端無論工作狀態(tài) 如何，都會接收該呼叫的語音數據，同時點亮組呼叫指示燈，是否與組呼叫發(fā) 起終端通訊則由被叫終端決定，待組呼叫結束后指示燈消滅，組呼數據中的被 叫用戶終端具體數據在映射表內體現；三是常規(guī)通訊呼叫，在映射表內為鍵盤 定義需要呼叫的用戶數據。每個用戶均可設置自己的級別，該級別代碼在呼叫 時同時傳送到被叫終端。
通訊中的兩個終端中任意一個中止通訊后，另一個自動退出連接，通訊結 束。結束信息有三個來源， 一是終端對語音輸入進行監(jiān)控，當雙方中斷語音輸 入達60秒以上時，自動退出通話狀態(tài)。自動退出的時間設置是參數化的，實 施例默認時間是60秒，最大時間是360秒，時間步長是10秒。二是通訊雙方 中的任意一方發(fā)出中止信號，雙方同時退出。三是通訊雙方其中一方或者雙方 收到更高級別的呼叫，并且呼叫要泉與—其f^逝訊，此時原通訊雙方連度中止, 轉入新的連接。實施例指令電話結束通訊的定義是退出與特定用戶的連接， 關閉自身的音頻功放輸出模塊，主控制處理器IC5和傳輸總線繼續(xù)工作，隨時 接收來自網絡的呼入或來自鍵盤的呼出指令。
在一個指令電話系統中，決定指令電話終端"掛接"數量的是傳輸總線的 技術指標，決定最嚴酷條件下同時通話用戶數量的是，該系統單純總線的長度 和在該長度下的傳輸帶寬，單純總線長度指物理上的總線長度，也就是未經過 信號延長處理的總線物理長度。通常在一段1200米長、采用0. 5毫米市話電 纜的傳輸介質上采用CAN傳輸總線方式可掛接不少于80個用戶，在最嚴酷通 訊環(huán)境、最遠端通訊條件下可保障5對不同用戶間同時進行不同內容的語音通條件下盡可能提高同時通訊的用戶數量，本實用新型 在視頻傳輸模塊中采用了低幀高壓縮動態(tài)傳輸方式，接收端隨時偵測傳輸帶 寬，當帶寬低于閾值時，指令發(fā)送終端暫停視頻數據傳輸，當帶寬高于閾值時， 再指令發(fā)送終端恢復視頻數據傳輸。
本實用新型總線制指令電話工作流程-
參見圖2，首先，進行主控制處理模塊IC5及相關外設的初始化，查詢傳 輸總線狀態(tài)并由LCD液晶顯示K2顯示；然后開始操作，1、若要撥號——査詢 映射表——發(fā)出語音請求/語音和視頻請求，等待應答——啟動通話/同時啟動 視頻顯示模塊，LCD液晶顯示K2顯示相關信息——通話結束，待機。2、若需 受話，判斷是否通話中——"是"，判斷本終端優(yōu)先級高低，強插或直接啟動 通話；"否"，發(fā)送是否請求發(fā)送視頻的"具有視頻顯示模塊"信息，"是"則 啟動語音和視頻，"否"則啟動語音——通訊結束，待機。
總線制指令電話的工作模式允許主叫終端自動打開被叫終端，主叫終端此 時的語音呼叫會自動在被叫終端被擴音播放，當被叫終端有摘機、按鍵等應答 動作時，雙方可進入對講通話狀態(tài)。當主叫終端在被叫終端未應答時就掛機則 被叫終端自動退回到待機狀態(tài)，當主被叫雙方在通話過程中任意一方退出通話 狀態(tài)則本次通話結束，雙方均進入待機狀態(tài)。
通常指令電話是用于工業(yè)現場生產線崗位之間的通訊工具，但是由于工藝 生產要求，也需要與系統外用戶比如調度室通訊，使用WWW本實用新型指 令電話是一種總線制的通訊終端設備，通過與調度機、交換機、公用網連接的 中繼網關實現與系統外通訊設備的連接；通過與基于TCP/IP協議的IP電話通 訊網關連接，借助因特網實現透明傳輸，延長指令電話連接距離。
網關由內側模塊和外側模塊二部分組成，與調度機、交換機、公用電話網 組網的網關入口與調度機、交換機或公用電話網連接一側，配置基于7號信令 和1號信令的數字通訊接口。外側模塊有數字接口模塊和模擬接口模塊二類， 外側數字接口模塊由基于l號信令的接口模塊、基于7號信令的接口模塊、基 于TCP/IP的以太網接口模塊組成。在數字通訊接口中，采用"映射表"模式 將外側呼叫號碼映射到內側的具體指令電話用戶終端上。內側用戶則通過局向號加被叫號碼形式呼叫系統外用戶，該呼叫在網關被轉換成7號信令或1號信 令格式并通過交換機或調度機與被叫連接。7號信令、1號信令及接口電路是 公知電路，已商業(yè)化。.
當指令電話與一些小容量調度機或者交換機連接時，可使用模擬用戶接口 簡單地實現雙向呼叫，外側的每個模擬用戶接口均可被映射到內部的某個指定 的指令電話終端上；當采用非指定方式時，可將端口設為自動模式即撥號模式， 在該模式下，外側用戶通過二次撥號方式呼叫內側用戶，網關對呼叫進行解碼 及信令轉換并將外側用戶連接到內側被叫用戶上。內側用戶通過局向號加最終 用戶號呼叫外側用戶，其呼叫碼的信令轉換由網關完成。外側模擬接口模塊由 自動用戶接口電路、環(huán)路中繼接口電路、EM接口電路組成。自動用戶接口電路、 環(huán)路中繼電路、EM接口電路屬于公知電路，已投入商業(yè)化應用。
網關的模擬端接口模塊輸入端經A/D轉換、壓縮后與處理器連接。內側接 口模塊由總線收發(fā)器、緩沖電路組成，緩沖電路與處理器連接，在一個獨立的 網關的內側，只有一個總線收發(fā)器，全部外側接入均通過一個總線收發(fā)器與總 線上的其他指令電話終端連接。 一個網關在物理上僅相當于一個指令電話終 端，在一個傳輸總線上的各個端點可配接多個不同的網關，每個網關僅占用一 個傳輸總線掛接地址"指標"。
網關處理器內映射表略不同于指令電話終端的映射表，它具有自己的局向 號標識，還包含本系統指令電話集合內的全部用戶地址與代碼，包含與其組網 的其他系統內用戶信息，當外側的接口在接收到主叫的呼叫信息后，處理器會 識別比較映射表內的用戶數據并找出與主叫要求相符合的被叫，處理器再代為 呼叫被叫并將主叫與被叫的邏輯連接接通，此時主叫發(fā)送的語音數據流在被編 碼和打包后將會被直接送到被叫，被叫的語音數據流經編解碼后會被送到主 叫，該過程一直會持續(xù)到其中一方發(fā)出中止通訊的信號，即掛機。內側用戶在 呼叫外側用戶時，會在總線上發(fā)出帶局向號及后綴串碼的呼叫，局向號等于網 關地址，后綴串碼相當于最終被叫用戶的路由碼和識別信息碼，當具有不同的 路由碼和不同的識別信息碼時，信息會經由處理器識別以不同的端口流向被 叫，不會相互串擾。使用CAN傳輸總線時，通常1200米的有效距離對于工業(yè)現場而言，通訊 距離顯然是不足的，但是，現場總線的距離越長，帶寬就越窄，1200米的通訊 距離，帶寬僅剩大約50 120K，視傳輸介質不同而不同，為了增加系統的有效 傳輸距離，采用"橋接"方式使兩個總線網絡連接成一個網橋，橋接器由二個 總線收發(fā)器、 一個處理器組成，將兩個傳輸總線之間的數據進行有選擇的含接 力放大過濾式透明傳輸。工業(yè)現場的干擾在傳輸過程中被濾除，過濾可成功減 少傳輸總線干擾通過橋接器跨網傳輸的幾率，但是，也減慢了傳輸的速度。經 測試，使用電話線類低端傳輸介質的情況下，過濾可有效的將3個指令電話系 統連接在一起，如果使用高端的傳輸介質，可將5個指令電話系統連接在一起， 但是過多接入仍然會影響最終組成的整個網絡運行效率，甚至有可能中斷通 訊，其主要原因是當兩個或多個網絡連接時，橋接器雖然可識別并阻斷一些明 顯錯誤的信息，但是對于在傳輸總線上的合理信息它仍然是會透明傳輸，這就 使得傳輸總線會隨著用戶數量的增加而越來越擁擠。要增加橋接器對網段信息 的識別能力并自行攔截無效跨網數據，例如將主被叫終端均在A網的數據流攔 截在A網內，不傳到B網。這樣能有效減少整個網絡的擁擠程度，但是將增加 橋接器處理器的數據處理量，如果橋接器處理器處理能力不足仍將影響跨網傳 輸的帶寬。故二者之間的取舍只有根據系統實際配置來決定，具體應用可將攔 截和過濾效果分成8級，以便根據實際用戶數量的配置來設置過濾能力。
在實際應用中，為異種網絡配置的網關或網橋將有效提高總線制指令電話 的傳輸距離和使用范圍。在TCP/IP網絡與總線制指令電話系統的CAN網絡之 間建立網關，由于基于TCP/IP協議的網絡應用極為普遍，當指令電話的CAN 傳輸總線通過網關與以太網連接后，可借助以太網將總線制指令電話信號進行 遠距離傳輸，在需要的節(jié)點通過網關再下載到另一個指令電話系統的傳輸總線 上，使總線制指令電話的應用范圍獲得更大拓寬。
權利要求1、一種總線制指令電話，主要由傳輸總線和指令電話終端組成，傳輸總線連接指令電話終端，其特征在于a、所述的傳輸總線采用2-4根物理連接線構成的現場總線，所述的現場總線包括總線控制器、光隔離器和總線接口，總線控制器和光隔離器雙向連接，光隔離器和總線接口雙向連接；b、所述的指令電話終端包括音頻輸入及處理模塊、主控制處理模塊、音頻功放輸出模塊和人機界面電路，所述的音頻輸入及處理模塊包含音頻信號采集電路和數字化處理電路，音頻信號采集電路的輸出和數字化處理電路的輸入相連，所述的數字化處理電路主要由語音編解碼器、語音抗噪處理電路和壓縮電路組成，語音編解碼器與語音抗噪處理電路和壓縮電路雙向連接；所述的主控制處理模塊和語音抗噪處理電路和壓縮電路雙向連接，總線控制器和主控制處理模塊雙向連接，人機界面電路和主控制處理模塊連接，語音編解碼器的輸出和音頻功放輸出模塊的輸入相連。
2、 根據權利要求1所述的總線制指令電話，其特征在于所述的現場總 線為RS—485總線或CAN總線。
3、 根據權利要求2所述的總線制指令電話，其特征在于所述的音頻信 號采集電路含有語音采集話筒和噪聲拾取話筒。
4、 根據權利要求3所述的總線制指令電話，其特征在于所述的指令電 話終端還包括視頻輸入/輸出及控制模塊，所述的視頻輸入/輸出及控制模塊包 含視頻采集電路、視頻接口電路和壓縮處理器，視頻采集電路的輸出和視頻接 口電路的相連，視頻接口電路和壓縮處理器連接，壓縮處理器與主控制處理模 塊雙向連接。
5、 根據權利要求4所述的總線制指令電話，其特征在于所述的人機界 面電路中采用呼叫鍵盤和LCD液晶顯示，呼叫鍵盤輸出接主控制處理模塊，主 控制處理模塊的輸出接LCD液晶顯示的輸入，所述的呼叫鍵盤帶有映射表。
6、 根據權利要求5所述的總線制指令電話，其特征在于所述的指令電 話終端還包括視頻顯示模塊，所述的視頻顯示模塊包含視頻編解碼電路、視頻終端顯示器，視頻編解碼電路的輸入接主控制處理模塊的輸出，視頻編解碼電 路的輸出接視頻終端顯示器的輸入，所述的人機界面電路的呼叫鍵盤配有擴展 鍵盤，擴展鍵盤通過串行接口接入指令電話終端及與下位擴展鍵盤連接。
7、 根據權利要求5所述的總線制指令電話，其特征在于所述的現場總線采用CAN總線，所述的總線控制器采用MCP2510模塊、光隔離器采用6N137 模塊、總線接口采用PCA82C250模塊，所述的主控制處理模塊采用CPU處理器 ARM7系列S3C44B0，所述的語音抗噪處理電路和壓縮電路采用DSP處理器 TMS320C5409，所述的語音編解碼器采用WM8731模塊，所述的視頻采集電路采 用30萬 45萬象素的視頻采集器，視頻接口電路采用視頻輸入接口和USB接 口，所述的USB接口采用SL811HST模塊，視頻采集器的輸出通過與指令電話 匹配的視頻輸入接口和USB接口接主控制處理模塊，USB接口和主控制處理模 塊雙向連接，所述的音頻功放輸出模塊采用模塊式功放器，LCD液晶顯示采用 128X64點陣顯示液晶模塊HG1286412-LYH，通過74LS244驅動并與主控制處 理模塊連接。
8、 根據權利要求6所述的總線制指令電話，其特征在于所述的現場總 線采用CAN總線，所述的總線控制器采用MCP2510模塊、光隔離器采用6N137 模塊、總線接口采用PCA82C250模塊，所述的主控制處理模塊采用CPU處理器 ARM7系列S3C44B0，所述的語音抗噪處理電路和壓縮電路采用DSP處理器 TMS320C5409,所述的語音編解碼器采用WM8731模塊，所述的視頻采集電路采 用30萬 45萬象素的視頻采集器，視頻接口電路采用視頻輸入接口和USB接 口，所述的USB接口采用SL811HST模塊，視頻采集器的輸出通過與指令電話 匹配的視頻輸入接口和USB接口接主控制處理模塊，USB接口和主控制處理模 塊雙向連接，所述的音頻功放輸出模塊采用模塊式功放器，LCD液晶顯示采用 128X64點陣顯示液晶模塊HG1286412-LYH，通過74LS244驅動并與主控制處 理模塊連接，所述的擴展鍵盤經RS232串口轉RS485串口與主控制處理模塊連 接。 專利摘要本實用新型公開了一種總線制指令電話，主要由傳輸總線和指令電話終端組成。傳輸總線采用2-4根物理連接線構成的現場總線；指令電話終端包括音頻輸入及處理模塊、主控制處理模塊、音頻功放輸出模塊、視頻輸入/輸出及控制模塊、視頻顯示模塊和人機界面電路。音頻輸入及處理模塊包含音頻信號采集電路和數字化處理電路，數字化處理電路含有語音編解碼器、語音抗噪處理電路和壓縮電路。本實用新型采用一對總線作為傳輸介質、無主機、全數字化傳輸，克服了現有技術存在的缺陷，容易實時“掛接”用戶、擴展網絡容量，具有信息自動交換、視頻采集與上傳功能，可通過異種網絡便捷地進行傳輸延伸、與網外設備連接，提高了指令電話系統的穩(wěn)定性與可靠性。
文檔編號H04M1/02GK201142701SQ20082008207
公開日2008年10月29日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權日2008年1月10日
發(fā)明者偉 陳 申請人:偉 陳