王小利

(山東大學(xué)(威海)機(jī)電與信息工程學(xué)院，山東 威海264209)

VoIP(Voice over Internet Protocol)技術(shù)利用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸語音數(shù)據(jù)，降低了語音和數(shù)據(jù)的通信成本，是語音通信領(lǐng)域中快速崛起的新興技術(shù)，本文介紹了一種基于 VOIP的智能小區(qū)對(duì)講系統(tǒng)［1］，通過VOIP模塊與主控模塊二者的分工合作，并通過各自的核心處理器進(jìn)行通信，完成同一路話路上的多部對(duì)講機(jī)的正常通信。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)主要由VOIP和主控模塊兩大部分構(gòu)成，VOIP模塊主要由語音信號(hào)處理模塊、核心處理器、Ethernet模塊3大模塊組成;主控模塊主要由抬機(jī)信號(hào)檢測(cè)模塊、核心處理器、話路切換模塊3大模塊組成［2-3］。VOIP模塊的處理器與主控模塊的處理器相互通信，完成話機(jī)的通信以及多個(gè)話機(jī)在同一路話路上的抬機(jī)檢測(cè)、話路切換、梯口機(jī)呼叫優(yōu)先處理以及頻繁抬掛機(jī)的黑名單處理功能，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體方案

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 VOIP模塊的硬件設(shè)計(jì)

VOIP模塊主要由語音信號(hào)處理模塊、核心處理器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊3部分組成。其中，VOIP模塊的核心處理器采用臺(tái)灣Myson公司出產(chǎn)的一款專用32 bit VOIP芯片CS6220，CS6220芯片有MIPSX5的RISC和180MIPS DSP雙核結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP的處理;VOIP模塊的語音信號(hào)處理模塊主要由Si3210芯片完成，話機(jī)產(chǎn)生的語音信號(hào)通過Si3210進(jìn)行處理，Si3210芯片可以將語音信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)、A/D轉(zhuǎn)換以及PCM編碼等一系列處理;然后語音信號(hào)在CS6220芯片的控制下進(jìn)行壓縮打包傳入 Internet，CS6220芯片有 2個(gè) 10/100BASE-T的MII接口，通過外接PHY芯片實(shí)現(xiàn)WAN和LAN接口的路由功能。VOIP模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 VOIP模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 主控模塊硬件設(shè)計(jì)

主控模塊主要完成多部對(duì)講機(jī)在同一路話路上的抬機(jī)檢測(cè)模塊、話路切換模塊、核心處理器模塊。主控模塊以STC89LE52為核心處理器，STC89LE52芯片具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、自動(dòng)加密、方便升級(jí)的特點(diǎn)。抬機(jī)信號(hào)檢測(cè)模塊以74HC251為核心，將采集到的抬機(jī)信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給單片機(jī)，以方便單片機(jī)做出相應(yīng)的判斷。由于采集到的抬機(jī)信號(hào)不得超過單片機(jī)的電源電壓3.3 V，所以在輸入到74HC251之前進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換電路采用分壓的方法，其中使用穩(wěn)壓二極管DL5231進(jìn)行穩(wěn)壓。話路切換模塊采用74HC259作為控制信號(hào)的輸出模塊，控制信號(hào)作用于控制每個(gè)對(duì)講機(jī)動(dòng)作的繼電器［4～5］。主控模塊的硬件框圖如圖3所示。

圖3 主控模塊硬件框圖

2.3 電源模塊

整個(gè)系統(tǒng)的電源分為3種:對(duì)講機(jī)的電源、繼電器的工作電源以及核心處理器芯片以系統(tǒng)內(nèi)各種芯片的工作電源。其中，對(duì)講機(jī)的工作電壓為48 V，繼電器的工作電壓為12 V，而核心處理器芯片以及其余芯片的工作電壓均為3.3 V，這就需要先將從電網(wǎng)中獲取的220 V電轉(zhuǎn)為48 V，然后通過DC/DC模塊轉(zhuǎn)換為12 V，在通過穩(wěn)壓芯片將電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V。電源模塊如圖4所示。

圖4 電源模塊

其中，電源模塊的DC-DC降壓模塊采用了專用的同步降壓芯片，DC-DC模塊的硬件原理圖如圖5所示。

在得到12 V的電壓之后經(jīng)過穩(wěn)壓芯片的處理即可得到單片機(jī)即其芯片所需要用的電壓3.3 V，穩(wěn)壓模塊的硬件原理圖如圖6所示。

圖5 DC-DC模塊硬件原理圖

圖6 穩(wěn)壓模塊硬件原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采取不同功能函數(shù)化的方式，主控模塊子函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的抬機(jī)檢測(cè)、話路切換、梯口機(jī)呼叫優(yōu)先處理以及頻繁抬機(jī)的黑名單處理功能，主函數(shù)依次調(diào)用各子函數(shù)，主控模塊與VOIP模塊的MCU之間的通信方式采取最高級(jí)中斷處理方式。主程序收到抬機(jī)檢測(cè)信號(hào)后檢查對(duì)講機(jī)所在線路是否被占用，從而確定是否要進(jìn)行話路切換，抬機(jī)檢測(cè)過程中要對(duì)抬機(jī)的次數(shù)進(jìn)行檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)頻繁抬機(jī)的黑名單處理功能;對(duì)講機(jī)通話過程中若收到梯口機(jī)呼叫的信號(hào)則對(duì)梯口機(jī)進(jìn)行優(yōu)先處理;同時(shí)在整個(gè)程序的運(yùn)行過程中，保持 MCU之間的實(shí)時(shí)通信［6～8］。主控模塊的軟件設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。

圖7 軟件設(shè)計(jì)框圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

在將硬件部分與軟件部分分別調(diào)試通過后，對(duì)整個(gè)主控模塊進(jìn)行調(diào)試，用串口調(diào)試助手模擬VOIP模塊MCU的信息，實(shí)現(xiàn)主控模塊的所有功能。首先對(duì)通信過程中的控制字符及命令字進(jìn)行說明，如表1所示。

表1 控制字符及命令字定義

表2 調(diào)試結(jié)果

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的功能要求，測(cè)試結(jié)果跟預(yù)期產(chǎn)品功能相同。本模塊與VOIP模塊通信完成了四部對(duì)講機(jī)在同一路電話線路上的抬機(jī)檢測(cè)、話路切換、梯口機(jī)呼叫優(yōu)先處理以及頻繁抬掛機(jī)的黑名單處理等相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)話路資源的充分利用。

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