基于VOIP的數字對講系統設計

王小利

(山東大學，山東威海264209)

0 引言

網絡語音電話業務(Voice Over Internet Protocol，VoIP)利用IP網絡傳輸語音數據，降低了語音和數據的通信成本，是語音通信領域中快速崛起的新興技術，本文介紹了一種基于VOIP的智能小區對講系統［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行通信，完成同一路話路上的多部對講機的正常通信。

1 系統整體設計方案

系統主要由VOIP和主控模塊兩大部分構成，VOIP模塊主要由語音信號處理模塊、核心處理器、Ethernet模塊三大模塊組成;主控模塊主要由抬機信號檢測模塊、核心處理器、話路切換模塊三大模塊組成［2-3］。VOIP模塊的處理器與主控模塊的處理器相互通信，完成話機的通信以及多個話機在同一路話路上的抬機檢測、話路切換、梯口機呼叫優先處理以及頻繁抬掛機的黑名單處理功能，系統的整體設計方案如圖1所示。

圖1 系統整體方案

2 硬件設計

2.1 VOIP 模塊的硬件設計

VOIP模塊主要由語音信號處理模塊、核心處理器模塊、網絡通信模塊三部分組成。其中，VOIP模塊的核心處理器采用臺灣Myson公司出產的一款專用32位VOIP芯片 CS6220，CS6220芯片有 MIPS-X5的RISC和180MIPS DSP雙核結構，能夠實現網絡協議TCP/IP的處理;VOIP模塊的語音信號處理模塊主要由Si3210芯片完成，話機產生的語音信號通過Si3210進行處理，Si3210芯片可以將語音信號進行調制與解調、A/D轉換以及PCM編碼等一系列處理;然后語音信號在CS6220芯片的控制下進行壓縮打包傳入Internet，CS6220芯片有2個10/100BASE-T的 MII接口，通過外接PHY芯片實現WAN和LAN接口的路由功能。VOIP模塊的硬件結構框圖如圖2所示。

圖2 VOIP模塊的硬件結構框圖

2.2 主控模塊硬件設計

主控模塊主要完成多部對講機在同一路話路上的抬機檢測、話路切換、核心處理等功能。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、自動加密、方便升級的特點。抬機信號檢測模塊以74HC251為核心，將采集到的抬機信號實時傳送給單片機，以方便單片機做出相應的判斷。由于采集到的抬機信號不得超過單片機的電源電壓3.3 V，所以在輸入到74HC251之前進行電平轉換，電平轉換電路采用分壓的方法，其中使用穩壓二極管DL5231進行穩壓。話路切換模塊采用74HC259作為控制信號的輸出模塊，控制信號作用于控制每個對講機動作的繼電器［4-10］。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

整個系統的電源分為三種:對講機的電源、繼電器的工作電源以及核心處理器芯片以系統內各種芯片的工作電源。其中，對講機的工作電壓為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中獲取的220 V電轉為48 V，然后通過DC/DC模塊轉換為12 V，在通過穩壓芯片將電壓轉換為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的電壓之后經過穩壓芯片的處理即可得到單片機即其芯片所需要用的電壓3.3 V，穩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

3 軟件設計

軟件設計采取不同功能函數化的方式，主控模塊子函數分別實現系統的抬機檢測、話路切換、梯口機呼叫優先處理以及頻繁抬機的黑名單處理功能，主函數依次調用各子函數，主控模塊與VOIP模塊的MCU之間的通信方式采取最高級中斷處理方式。主程序收到抬機檢測信號后檢查對講機所在線路是否被占用，從而確定是否要進行話路切換，抬機檢測過程中要對抬機的次數進行檢測以實現頻繁抬機的黑名單處理功能;對講機通話過程中若收到梯口機呼叫的信號則對梯口機進行優先處理;同時在整個程序的運行過程中，保持MCU之間的實時通信［11-15］。主控模塊的軟件設計框圖如圖7所示。

圖6 穩壓模塊硬件原理圖

圖7 軟件設計框圖

4 系統調試

在將硬件部分與軟件部分分別調試通過后，對整個主控模塊進行調試，用串口調試助手模擬VOIP模塊MCU的信息，實現主控模塊的所有功能。首先對通信過程中的控制字符及命令字進行說明，如表1所示。

表1 控制字符及命令字定義

5 結語

本項目最終實現了項目的功能要求，測試結果跟預期產品功能相同。本模塊與VOIP模塊通信完成了四部對講機在同一路電話線路上的抬機檢測、話路切換、梯口機呼叫優先處理以及頻繁抬掛機的黑名單處理等相關功能，實現話路資源的充分利用。

表2 調試結果

［1］ 張炎彬.VOIP市場發展聚焦［J］.信息網絡，2006(1):18-20.

［2］ 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［3］ 曹立君，呂 強.單片機原理與應用［M］.成都:電子科技大學出版社，2005.

［4］ 林康芹.程控交換原理［M］.北京:北京郵電大學出版社，1995.

［5］ 勞文薇.程控交換技術與設備［M］.北京:電子工業出版社，2003:90-91.

［6］ D.(Collins，Daniel).VOIP技術與應用［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

［7］ 袁碧宇，趙問道.淺談VoIP在中國的發展［J］.現代電信科技，2005(9):90-93.

［8］ 劉 艷，付慧生.現代通信技術與VOIP［J］.通信技術，2007(4):23-24.

［9］ Ying-Wen Bai，Shi-Chang Chen.Design and implementation of home intercom and security control systems for buildings［C］//Proceedings of the IEEE 11th International Symposium on Consumer Electronics，2007，6:229-234.

［10］ Chin-Feng Lai，Hsien-Chao Huang，Yueh-Min Huang.Design and implementation of the DLNA family intercom system for smart homes［J］.Computer Journal，2009，52(8):960-968.

［11］ Yang Kwangmo，Kim Keecheon.A frame-based selective encryption method for real time video transmission on VoIP［C］//Proceedings of the 5th International Symposium on Parallel and Distributed Processing and Applications Computer Science，2007(4743):115-122.

［12］ Yuan-feng Huang，Xue-da Huang.Research of VoIP terminal device based on CS6220［J］.Journal of Electron Devices，2006，29(4):1296-1298.

［13］ Guo-chu Chen.The design of indoors unit of building talk-back system based on AT89S52 micro controller unit［J］.Journal of Control＆ Automation，2009，26(6):20-23.

［14］ Myson Century Inc.，CS6220 Datasheet V1.2［R］.Jun.2005.

［15］ STCMicroTM，STC89LE52RCRC Datasheet［R］.Apr.2006.

［16］ Zarlink Semiconductor Inc.，VE890 Series Datasheet［R］.2009.