基于VOIP的数字对讲系统设计

王小利

(山东大学，山东威海264209)

0 引言

网络语音电话业务(Voice Over Internet Protocol，VoIP)利用IP网络传输语音数据，降低了语音和数据的通信成本，是语音通信领域中快速崛起的新兴技术，本文介绍了一种基于VOIP的智能小区对讲系统［1］，通过VOIP模块与主控模块二者的分工合作，并通过各自的核心处理器进行通信，完成同一路话路上的多部对讲机的正常通信。

1 系统整体设计方案

系统主要由VOIP和主控模块两大部分构成，VOIP模块主要由语音信号处理模块、核心处理器、Ethernet模块三大模块组成;主控模块主要由抬机信号检测模块、核心处理器、话路切换模块三大模块组成［2-3］。VOIP模块的处理器与主控模块的处理器相互通信，完成话机的通信以及多个话机在同一路话路上的抬机检测、话路切换、梯口机呼叫优先处理以及频繁抬挂机的黑名单处理功能，系统的整体设计方案如图1所示。

图1 系统整体方案

2 硬件设计

2.1 VOIP 模块的硬件设计

VOIP模块主要由语音信号处理模块、核心处理器模块、网络通信模块三部分组成。其中，VOIP模块的核心处理器采用台湾Myson公司出产的一款专用32位VOIP芯片 CS6220，CS6220芯片有 MIPS-X5的RISC和180MIPS DSP双核结构，能够实现网络协议TCP/IP的处理;VOIP模块的语音信号处理模块主要由Si3210芯片完成，话机产生的语音信号通过Si3210进行处理，Si3210芯片可以将语音信号进行调制与解调、A/D转换以及PCM编码等一系列处理;然后语音信号在CS6220芯片的控制下进行压缩打包传入Internet，CS6220芯片有2个10/100BASE-T的 MII接口，通过外接PHY芯片实现WAN和LAN接口的路由功能。VOIP模块的硬件结构框图如图2所示。

图2 VOIP模块的硬件结构框图

2.2 主控模块硬件设计

主控模块主要完成多部对讲机在同一路话路上的抬机检测、话路切换、核心处理等功能。主控模块以STC89LE52为核心处理器，STC89LE52芯片具有功耗低、抗干扰能力强、自动加密、方便升级的特点。抬机信号检测模块以74HC251为核心，将采集到的抬机信号实时传送给单片机，以方便单片机做出相应的判断。由于采集到的抬机信号不得超过单片机的电源电压3.3 V，所以在输入到74HC251之前进行电平转换，电平转换电路采用分压的方法，其中使用稳压二极管DL5231进行稳压。话路切换模块采用74HC259作为控制信号的输出模块，控制信号作用于控制每个对讲机动作的继电器［4-10］。主控模块的硬件框图如图3所示。

图3 主控模块硬件框图

2.3 电源模块

整个系统的电源分为三种:对讲机的电源、继电器的工作电源以及核心处理器芯片以系统内各种芯片的工作电源。其中，对讲机的工作电压为48 V，继电器的工作电压为12 V，而核心处理器芯片以及其余芯片的工作电压均为3.3 V，这就需要先将从电网中获取的220 V电转为48 V，然后通过DC/DC模块转换为12 V，在通过稳压芯片将电压转换为3.3 V。电源模块如图4所示。

图4 电源模块

其中，电源模块的DC-DC降压模块采用了专用的同步降压芯片，DC-DC模块的硬件原理图如图5所示。在得到12 V的电压之后经过稳压芯片的处理即可得到单片机即其芯片所需要用的电压3.3 V，稳压模块的硬件原理图如图6所示。

图5 DC-DC模块硬件原理图

3 软件设计

软件设计采取不同功能函数化的方式，主控模块子函数分别实现系统的抬机检测、话路切换、梯口机呼叫优先处理以及频繁抬机的黑名单处理功能，主函数依次调用各子函数，主控模块与VOIP模块的MCU之间的通信方式采取最高级中断处理方式。主程序收到抬机检测信号后检查对讲机所在线路是否被占用，从而确定是否要进行话路切换，抬机检测过程中要对抬机的次数进行检测以实现频繁抬机的黑名单处理功能;对讲机通话过程中若收到梯口机呼叫的信号则对梯口机进行优先处理;同时在整个程序的运行过程中，保持MCU之间的实时通信［11-15］。主控模块的软件设计框图如图7所示。

图6 稳压模块硬件原理图

图7 软件设计框图

4 系统调试

在将硬件部分与软件部分分别调试通过后，对整个主控模块进行调试，用串口调试助手模拟VOIP模块MCU的信息，实现主控模块的所有功能。首先对通信过程中的控制字符及命令字进行说明，如表1所示。

表1 控制字符及命令字定义

5 结语

本项目最终实现了项目的功能要求，测试结果跟预期产品功能相同。本模块与VOIP模块通信完成了四部对讲机在同一路电话线路上的抬机检测、话路切换、梯口机呼叫优先处理以及频繁抬挂机的黑名单处理等相关功能，实现话路资源的充分利用。

表2 调试结果

［1］ 张炎彬.VOIP市场发展聚焦［J］.信息网络，2006(1):18-20.

［2］ 童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［3］ 曹立君，吕 强.单片机原理与应用［M］.成都:电子科技大学出版社，2005.

［4］ 林康芹.程控交换原理［M］.北京:北京邮电大学出版社，1995.

［5］ 劳文薇.程控交换技术与设备［M］.北京:电子工业出版社，2003:90-91.

［6］ D.(Collins，Daniel).VOIP技术与应用［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［7］ 袁碧宇，赵问道.浅谈VoIP在中国的发展［J］.现代电信科技，2005(9):90-93.

［8］ 刘 艳，付慧生.现代通信技术与VOIP［J］.通信技术，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.