一种用于数字化楼宇对讲机的智能通信系统的制作方法

本发明涉及楼宇对讲机领域,具体为一种用于数字化楼宇对讲机的智能通信系统

背景技术：

1、楼宇对讲机在现代社会中被广泛使用，尤其是在公共建筑物、住宅小区、商业综合体等场合，为人们提供了方便的沟通工具。这种设备的应用不仅方便了人们的日常生活，还提高了这些场合的安全性。随着嵌入式技术的发展，如单片机、dsp、arm等处理器的出现，使得楼宇对讲机的性能得到了很大的提升。特别是无线通信技术的进步，让楼宇对讲机可以实现远距离的无障碍通话，大大拓宽了它的使用场景。同时，这些处理器的高效运行能力和强大的计算能力，也赋予了楼宇对讲机更多的功能，比如实时监控、远程控制等。

2、无线对讲机具有许多优点，如即时通信、经济实用、成本低廉、使用方便以及无需通信费等。这使得它成为了民用和紧急事件处理等领域的重要工具。尤其是在紧急事件处理或者没有手机网络覆盖的情况下，无线对讲机的作用就显得更为突出。它可以提供实时的通信服务，帮助人们在紧急情况下迅速联系到对方，提高救援效率。

3、尽管目前模拟对讲机仍然占据市场的主导地位，但随着数字通信技术的不断发展和升级，其优势也逐渐显现出来。例如，数字对讲机可以提供更丰富的业务种类，更好的业务质量、保密特性和连接性，以及更高的频谱效率。这些都是模拟对讲机所无法比拟的。因此，我们可以预见的是，随着科技的进步和社会的发展，楼宇数字对讲机将在未来得到更广泛的应用，成为我们生活和工作的重要组成部分。因此，我们需要进一步加强对楼宇数字对讲机通信系统的研究和创新，以期在未来能提供更先进的数字对讲机产品和服务，满足社会发展的需要。

技术实现思路

1、本技术方案所要解决的技术问题为：提供一种功能更加完善的用于数字化楼宇对讲机的智能通信系统，

2、为实现以上目的，本发明创造采用的技术方案：一种用于数字化楼宇对讲机的智能通信系统，包括管理中心系统，管理中心系统包括联网器，联网器连接通信系统mcu、室内系统和室外系统，通信系统mcu包含信号处理器dsp和控制器,信号处理器件选择ti公司的dsp芯片vc5510，控制器件为ti公司的msp430fg4619单片机，信号处理器采用dmr数字无线制式通信，无线制式的接口协议分为四层：rf射频层，l1物理层phy：l1物理层phy包含两个子层：phy_low和phy_high，l2数据链路层，l2数据链路层包含3个子层：mac：媒体接入层、rlc和pdcp；l3网络层，l3网络层包含2个子层：rrc和nas。

3、本技术方案的有益效果为：通过联网器将通信系统mcu与室内系统和室外系统连接起来，实现了稳定的网络连接，使得用户可以随时随地进行语音通话或信息传输，管理中心可以通过联网器对整个通信系统进行监控和管理，实现智能化运营，例如设备状态监控、故障预警等功能，大大提高了系统的可靠性和安全性；通信系统mcu采用dmr数字无线制式通信，这种通信制式具有较高的通信质量和稳定性，同时还可以根据不同的应用场景进行调整，通信系统mcu的设计采用了分层网络架构，包括rf射频层、l1物理层、l2数据链路层、l3网络层等多个层次，这样设计的系统具有良好的扩展性和可维护性。

4、进一步的，通信系统mcu运行主要分为四个过程：语音存储，数据编码压缩，数据解压缩，语音回放。通信系统mcu详细步骤为：

5、1、语音存储过程：在这个阶段，输入的语音数据首先会经过一个抗叠加滤波的过程，这个滤波过程的主要目的是去除噪声，提高语音的质量。接下来，这些语音信号会被进行模数转换，也就是将这些模拟信号转换成数字信号。这个过程通常由一个模数转换器来完成。转换后的数字信号会被存入到一个随机存取存储器中，以便于后续的处理；

6、2、数据编码压缩过程：在这个阶段，我们会运行一个编码程序，这个程序会将之前存储在ram中的数据进行压缩。这样做的目的是为了减少存储空间和传输带宽的需求。常用的压缩算法有mp3、aac；

7、3、数据解压缩过程：在这个阶段，我们会对之前压缩过的数据进行解压缩操作。这个步骤的目的是为了还原被压缩的数据，使其能够重新被ram接受；

8、4、语音回放过程：在这个过程中，dsp会根据接收到的压缩数据，将其送到一个数模转换器中，实现模拟输出的过程。

9、本技术方案改进后的有益效果为：降低噪声干扰：改进后的语音存储过程增加了抗叠加滤波环节，可以有效降低环境噪声，提高语音质量，使得语音识别更加准确。

10、优化数据处理流程：在数据编码压缩和数据解压缩过程中，使用了高效的压缩算法如mp3、aac，既满足了数据压缩需求，又保证了数据传输的实时性。

11、节省存储空间和传输带宽：通过对数据进行压缩处理，可以在保证通信质量的前提下，大大降低了存储空间和传输带宽的需求，提升了系统性能。

12、简化语音回放流程：通过dsp和数模转换器的协同工作，简化了语音回放的流程，使得整个通信系统的运行更加高效。

13、增加智能化元素：改进后的系统加入了对管理中心的联网功能，可以通过中心进行远程监控和管理，以及设备状态监测、故障预警等智能化功能，增强了系统的可靠性、稳定性和安全性。

14、进一步的，通信系统mcu负责管理整个系统的运行，并且通过人机接口与其他设备进行交互，信号处理器dsp芯片vc5510包括信令编解码、语音数据收发、帧同步、4fsk调制解调，控制器实现与射频模块的通信，以及dmr协议的高层控制、人机接口互通等功能，语音编解码器件则选择了ambe2000，这是一种高性能的多速率语音编解码芯片，能实现对数字语音数据的编码及解码。与ambe2000相连的ad/da转换器选择了ad73311，它具有良好的兼容性，常用于完成语音信号的模拟/数字转换，在通信过程中，信令的发送和接收是通过人机接口和mcu进行的，而语音的编解码过程则是由ambe2000完成的，然后通过dsp进行解码，再由mcu进行处理。这样的设计不仅提高了系统的效率，也保证了系统的稳定性和可靠性。

15、通信系统mcu和dsp之间是通过总线进行连接，总线是一种常用的处理器间通信机制，可以通过一组定义好的接口协议和电气特征来实现不同处理器之间的数据交换和通信。在总线系统中，每个处理器都有自己的总线控制器，负责控制和处理从总线上接收或发送的数据。在本设计的系统中，mcu和dsp之间的连接采用了直接连接法：将vc5510的主机接口直接连接到mcu的通用i/o口上。这种方式简单直接，但是可能会影响mcu的正常工作，因为大部分的通用i/o口都是用于一般的外设控制的，不适合用于处理复杂的语音编解码任务。

16、因此，本发明创造改进后还可以采用以下技术方案：msp430fg4619与mcu之间连接，方式如下：

17、1.msp430fg4619的usart0或者usart1与mcu的usart1或者usart2进行连接。usart0提供了高速的串行通信接口，能够满足实时性的要求。

18、2.msp430fg4619的usart0波特率应设置为与mcu相同的波特率，连接后，可以通过配置相应的usart0寄存器来实现字符设备的通信。

19、3.msp430fg4619的usart0接收和发送数据时，会发出中断。mcu需要在中断服务程序中处理usart0接收到的数据。

20、4.为了确保数据的正确传输，建议使用一个最小的外部晶体振荡器来产生系统时钟。同时，在两者的连接中，应使用专业的串行通信接口，以减少噪声和提高通信质量。

21、5.在软件方面，需要编写相应的代码来初始化usart0，并实现通信的握手和数据传输，通过usart0的连接，msp430fg4619和mcu之间可以实现高速、可靠的串行通信。

22、信号处理器dsp与ambe2000的连接可以通过使用多通道缓冲串口来实，ambe2000的数据准备好信号epr连接到dsp的外部中断int3上，在本设计中，ambe2000采用了主动模式，也就是说，ambe2000的发送帧同步信号由自身产生，而其他的时钟则由dsp提供，为了实现准确的时序，ambe2000和dsp之间的串口时钟频率不会超过2mhz，这样可以确保两者之间的通信能够正常运行，并且能有效地处理数据传输。

23、进一步的，通信系统mcu还包括hcs和hmode是两个重要的控制信号，分别用于选择hpi的通信模式和主机访问方式。hcs始终有效，用于告诉总线主机的总线控制状态。hmode则用于选择是否采用复用或非复用的方式进行通信，它的低电平表示复用模式，高电平表示非复用模式。

24、hlbe0和hbe1用于指定是从机还是主机有效，如果都有效，那么就说明高低字节都可以被读取。在实际设计中，我选择将它们都接地，这样就可以保证无论是高字节还是低字节的数据都是有效的。

25、hr/w用于确定hpi的读写模式。在具体的连接方式中，我们会根据需要来选择正确的hr/w，以此来确定是读模式还是写模式。

26、此外，我们还需要注意到，当mcu要访问dsp的片内ram时，它可以通过与hpi相连的相应引脚来进行直接访问，这是一种被称为dma的模式。在这种模式下，dsp不需要参与进来，从而实现了真正的主机-从机模式。

27、而当主机需要从机响应时，它可以通过访问dsp的主机控制寄存器hpic的特定位来向dsp发送一个中断。而从机在需要主机响应时，也可以通过hint引脚来中断主机，这种连接方式不仅方便，而且非常有效，可以实现无差错的通信。

28、在前期的设计中，曾使用专用的芯片来实现模拟/数字转换/数字/模转换功能，并与信号处理器dsp进行连接。然而考虑到dsp资源的紧张以及成本因素，为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：利用控制器件msp430fg4619内置的a/d和d/a功能来实现；控制器件msp430fg4619具有12位精度的a/d转换器和2路d/a转换器，总共提供了16路adc通道和2路dac通道。这些通道的功能强大且灵活，可以通过软件编程来进行各种参数的控制，如采样参考电压、采样率、采样触发信号、采样模式等。

29、因此，利用控制器件自带的a/d和d/a功能是一种既方便又实用的方式。这种选择不仅可以节省成本，还可以减少对外部模块的依赖，从而简化设计并提高系统的集成度。

30、进一步的，管理中心系统根据信令线和语音线的不同需求，软件设计可以划分为两个独立的模块：底层模块和在msp430fg4619上实现的高层模块。这种模块化的设计思维可以帮助我们更有效地组织和实现软件。

31、首先，底层模块主要由vc5510来完成。这部分主要负责处理协议的底层逻辑，包括信令的编码/解码、4fsk调制解调、帧同步以及时隙等功能。vc5510可以使用c或c++语言编写，以便于与其他硬件接口进行交互。其次，高层模块则完全在msp430fg4619上实现。这部分负责处理所有的用户面逻辑，如数据处理、显示控制等。同样地，msp430fg4619也可以使用c或c++语言编写，以充分利用其丰富的资源和灵活性。

32、软件设计的模块化思路可以有效降低开发难度和复杂度，同时也有利于后期维护和升级。通过合理地分配任务给各个模块，我们可以确保每个模块都能独立工作，又能协同完成整个系统的设计。

33、进一步的，所述通信系统中还包括功率控制算法与调度算法，调度算法采用动态优先级调度算法，可以规定在就绪队列中的进程随其等待的时间的正常，使其优先级相应提高，若所有的进程都具有相同的优先级初值，则最先进入就绪队列的进程会因为其优先级变得最高，而优先获得处理机会。

34、功率控制算法流程为：

35、l)根据各个子信道上的等效噪声功率，执行注水算法，为各个信道分配功率。

36、2)检查各个信道上分配的功率是否超过了最大功率限制。如果超过了，则将超过的部分收集起来，并且这个信道己满，不再参与下一-轮的功率分配。

37、3)将所有收集起来的功率在未满的信道上重新分配，仍用注水法，此时各个信道上石头的高度应该更新为nk＝max(c+，nk)，其中c+为上一轮注水水面的高度，服从均值为零、方差为nk的高斯分布；

38、4)跳转到第2步，重复执行这个过程一-直到所有的功率已经分配完毕或者每个信道上的最大功率限制已经达到为止。

39、本技术方案改进后的有益效果为：功率控制算法是一种用于无线通信系统中的技术，旨在通过调整发送信号的功率水平来减少干扰。在多用户的无线通信系统中，功率控制算法与调度算法可以结合使用，以实现更有效地减少干扰。调度算法根据用户的需求和信道条件来分配资源，例如时间、频率和码率等。而功率控制算法则根据调度结果来调整发送功率，以保证用户之间的干扰最小化。

40、说明书附图

41、图1为本发明系统示意图。

42、图2为本发明mcu与dsp之间的连接图。

43、图3为本发明dsp与ambe2000的连接图。

44、图4为本发明动态优先级调度算法流程图。