魏洪濤，杜彩俠，吳細秀

(1.武漢理工大學 信息工程學院，湖北 武漢430070;2.武漢理工大學 自動化學院，湖北 武漢430070)

隨著電子技術的不斷發(fā)展，數字對講機逐漸取代模擬對講機［1］。無論是性能上還是外觀上，數字對講機都具有明顯的優(yōu)勢。數字對講機是將語音信號轉化為數字信號，再通過數字編碼的方式進行傳播，頻譜利用率和通話質量較高，且保密性良好。另外，對講機不受網絡的限制，完全可以實現(xiàn)真正的應急通信。

為了將對講機通信系統(tǒng)集成到家用保險艙中，為用戶提供統(tǒng)一的人機操作界面，采用HKT－80 核心模塊，結合三星S3C6410 核心處理器和Qt 集成開發(fā)環(huán)境，設計并實現(xiàn)了一款數字對講機應急通信系統(tǒng)。

1 硬件設計

1.1 硬件總體架構

所設計的對講機系統(tǒng)，主要針對保險艙的需求。為了保障在突發(fā)情況下與外界及時有效溝通，應考慮系統(tǒng)通信的時效性、穩(wěn)定性。無論是在硬件還是在軟件設計上，都要基于以上兩點考慮。

硬件部分由HKT－80 收發(fā)模塊、音頻處理模塊、電平轉換模塊、外部控制器模塊組成。HKT－80 是一款高性能的模塊，內置有高性能的射頻收發(fā)芯片、微控制器以及射頻功放［2－3］。該模塊可以采用外部控制器，通過標準的異步串行口設置模塊的參數，模塊體積小、集成度高、適合集成到智能產品中。音頻處理部分采用TDA2822 芯片，該芯片可以在電源電壓低至1.8 V時仍能正常工作，且交越失真小，靜態(tài)電流低，外圍器件少。電平轉換電路采用MAX232 芯片，該芯片的收發(fā)器將RS232 電平轉化為5 V 的CMOS/TTL 電平，發(fā)送器則把CMOS/TTL 電平轉換為RS232 電平。外部控制器模塊采用三星公司S3C6410 核心處理器，它是一款低功耗、高性能、高性價比的ARM11 微處理器。系統(tǒng)硬件設計總體架構如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件設計總體架構

1.2 關鍵模塊設計與實現(xiàn)

1.2.1 音頻處理模塊

該部分采用的核心芯片為TDA2822 雙通道音頻功率放大器芯片。音頻處理模塊實現(xiàn)對講機收發(fā)模塊輸出音頻信號的放大，加入一些外圍電路，可有效保障輸出音頻的效果。該功放為直接耦合，因此輸入信號不能帶直流成分。如果輸入信號有直流成分則必須在輸入端串接一只電容隔開，否則將有較大的直流電流流過揚聲器，損壞揚聲器。具體電路圖如圖2 所示。

圖2 音頻處理模塊電路圖

1.2.2 電平轉換模塊

在串口通信接口標準中，RS232 是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。采用三星公司的S3C6410 作為外部控制器，其異步串行口采用標準接口RS232。因此，為了實現(xiàn)外部控制器與HKT－80模塊之間的通信，必須在RS232 與TTL 電路之間進行電平和邏輯關系的變換。采用MAX232 芯片可完成TTL 到RS232 雙向電平轉換，從而保證對講機模塊和上下位機的正常通信。電平轉換模塊電路圖如圖3 所示。

圖3 電平轉換模塊電路圖

1.2.3 HKT－80 其他外圍電路

這部分包括電源的通斷控制、核心模塊的有關管腳使用。對于電源的通斷控制，將HKT－80核心模塊的BAT 腳接一個繼電器，繼電器的另一端接上位機I/O 口，通過軟件實現(xiàn)控制電源PD管腳接高電平，否則模塊處于睡眠狀態(tài)，無法正常工作。另外，為了保障通信的距離，應使模塊處于高功率發(fā)射/接收狀態(tài)，因此，H/L 管腳接高電平。HKT－80 其他外圍電路如圖4 所示。

圖4 HKT－80 其他外圍電路

2 軟件設計

2.1 通信協(xié)議

基于HKT－80 核心模塊，對講機與上位機采用標準的異步串口RS232，通過AT(Attention)指令實現(xiàn)通信。AT 指令通常應用在終端設備與PC應用之間的通信［4－6］。作為一種接口標準，AT 指令的格式與返回值都有明確的規(guī)定。核心模塊串口的設置為:8 位數據位、1 位停止位、無奇偶校驗、硬件流控制、波特率為9 600 b/s。

AT 指令格式:AT 指令均以“AT”作為開頭，以＜CR ＞回車作為結尾。AT 指令返回格式:＜CR ＞＜LF ＞ ＜與AT 指令相關的字符串＞＜CR ＞＜LF ＞。對于HKT－80 與上位機通信，終端向模塊通信采用的形式為:AT +DMOXXX，模塊向終端通信采用的形式為:+DMOXXX

2.2 軟件實現(xiàn)

硬件部分實現(xiàn)了系統(tǒng)在默認設置下的通信，若要實現(xiàn)對核心模塊的人性化操作，則需要借助軟件來實現(xiàn)。通過軟件設計，可以實現(xiàn)模塊在400 ～470 MHz 范圍內設置38 個標準亞音碼，音量調節(jié)以及借助下位機實現(xiàn)掃描功能等。流程圖如圖5 所示。

在系統(tǒng)功能劃分上，采用上位機主要負責界面部分，下位機主要負責控制部分的設計策略。對講機的開關控制、一鍵通話、掃描等功能由下位機來控制實現(xiàn)，通過普通的I/O 口實現(xiàn)通信。而其他部分的功能，通過串口AT 指令實現(xiàn)。

軟件部分實現(xiàn)了對講機的一鍵通話、頻率設置、亞音設置、掃描等功能，具體如下:

(1)可通過上位機向下位機發(fā)送預設指令，實現(xiàn)對講機的通斷;

(2)可通過上位機直接向模塊發(fā)送相應的AT 指令，實現(xiàn)頻率、亞音、音量調節(jié);

(3)若掃描到某信號時，對講機模塊的SQ 引腳會由高電平變?yōu)榈碗娖?，上位機向下位機發(fā)送指令，讀取與SQ 腳相連的I/O 口的電平高低，由SQ 腳的電平高低來判斷是否掃描到信號。

圖5 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)流程圖

2.3 硬件快捷按鈕

基于用戶需求和危急情況下人的心理考慮，利用ARM11 開發(fā)板上預設的按鈕實現(xiàn)了“一鍵呼救”、“一鍵通話”功能。首先，打開開發(fā)板上的設備按鈕，通過軟件實時監(jiān)測按鈕的操作，若觸發(fā)相應的按鈕，則快速開啟相應的操作，其流程圖如圖6 所示。

圖6 硬件按鈕快捷操作實現(xiàn)流程圖

2.4 界面設計

軟件界面［7－8］是使用者與系統(tǒng)之間進行交互使用的內容、方式、途徑、布局及結構的總稱。在進行界面設計時，不僅要考慮軟件實現(xiàn)的流暢性、穩(wěn)定性，還要考慮到視覺效果以及良好的用戶體驗，盡量做到界面簡潔美觀，各功能模塊功能清晰，操作響應快速。

Qt 是一個跨平臺的C + + 圖形用戶界面應用程序框架［9－11］。Qt Creator 則是一個用于Qt 開發(fā)的輕量級跨平臺集成開發(fā)環(huán)境。利用Qt Creator，設計并實現(xiàn)了如圖7 所示的對講機操作界面。

圖7 界面實現(xiàn)效果圖

從視覺上，整個對講機的功能一目了然，只需點擊相關按鈕便可輕松實現(xiàn)對應功能。

3 結論

采用HKT－80 模塊并結合其他外圍電路，實現(xiàn)了對講機硬件部分的設計。通過實際環(huán)境下的測試表明，對講機可以實現(xiàn)室外1 ～3 km 遠距離通信，且有較高質量的音頻效果。在完成硬件設計的基礎上，通過軟件設計實現(xiàn)了對對講機頻率、亞音、音量以及掃描功能的實現(xiàn)。利用Qt 實現(xiàn)了軟件界面設計和對講機功能的便捷化，可交互式操作，同時借助硬件按鈕，實現(xiàn)了一鍵通話、一鍵呼救快速操作。對講機系統(tǒng)是應用在應急災害保險艙中，針對特殊的用戶群體，對功能、性能均有較高的要求。從總體實現(xiàn)結果上看，達到了項目的預期效果，實現(xiàn)了快速、有效、穩(wěn)定的應急通信。

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