CN101217605A

CN101217605A - 总线制指令电话

Info

Publication number: CN101217605A
Application number: CNA2008100592352A
Authority: CN
Inventors: 陈伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Hangzhou Peng Peng Mdt Infotech Ltd
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: CN101217605B

Abstract

本发明公开了一种总线制指令电话，主要由传输总线和指令电话终端组成。传输总线采用2－4根物理连接线构成的现场总线；指令电话终端包括音频输入及处理模块、主控制处理模块、音频功放输出模块、视频输入/输出及控制模块、视频显示模块和人机界面电路。音频输入及处理模块包含音频信号采集电路和数字化处理电路，数字化处理电路含有语音编解码器、语音抗噪处理电路和压缩电路。本发明采用一对总线作为传输介质、无主机、全数字化传输，克服了现有技术存在的缺陷，容易实时“挂接”用户、扩展网络容量，具有用户信息自动交换、视频采集与上传功能，可通过异种网络便捷地进行传输延伸、与网外设备连接，有效提高了指令电话系统的稳定性与可靠性。

Description

总线制指令电话

技术领域

本发明涉及一种工业用通讯设备，特别是一种用于工业现场多组不同用户同时分别进行通讯联络的全数字总线制指令电话。

背景技术

指令电话被广泛应用于工业现场生产流水线上下工序之间的通讯联络，是工业现场联系的主要通讯手段，指令电话主要有布控方式指令电话、自动型指令电话、数字化指令电话和总线制指令电话等几种类型。

布控方式指令电话和自动型指令电话是基于专用的主机与专用的终端组成。布控方式指令电话主要是采用多线制相互连接的交叉星形连接方式，在一个用户集合中，为了能够与相关的用户进行直接的连接，必须在每个相关的用户之间配置一根直接连接线，以保障相关用户之间的呼叫有效性。该类指令电话的连接极为复杂，优点是采用直接连接呼叫线，呼叫可靠性较高。德国的E65系统即为布控式指令电话系统。

自动型指令电话用户的通讯由一台主机完成，通过拨号实现用户之间呼叫，其主机通常是一台交换机。自动型指令电话有集中放大和分散放大两种扩音方式。集中放大方式采用集中放大器对各个路由的通讯信号进行功率放大；采用如纵横制交换设备的继电器接续的空间交换模式，实现高压信号的传输；在终端采用扬声器扩音。该类指令电话的终端设备简单，由于采用高压传送，需要专门的传送线路，对线路要求非常高，并且同时处理呼叫的能力很低，集中放大设备的故障率也非常高。分散放大方式的指令电话终端，通常采用程控交换机或调度机作为交换设备，在指令电话终端上实现调度机或者交换机功能，采取“星型”连接方式，每个指令电话终端都独立与主机连接，指令电话功能向终端转移。本发明申请人在中国专利03129481.2“自适应抗噪全数字指令扩音电话机”中公开的主要由接口电路、编解码器、运算控制器及噪声抑制器组成的指令电话，就是此种类型的指令电话系统，该专利公开了一种数字化的抗噪技术，使指令电话与调度机配合。自动型指令电话需要为每个终端敷设与主机之间的独立线路，布线复杂，维护量高；由于其必须依靠主机才能够工作，其系统组成是主机加终端设备，运行安全存在瓶颈，制造成本较高；且大部分采用模拟方式进行传输，语音质量较低；由于未配置视频装置，在主机与终端通讯过程中不可视。

现有技术数字化指令电话是将交换机ISDN用户作为指令电话用户，因ISDN用户采用2B+D方式，故称“数字化指令电话”。就其实质而言，仍然是交换机型指令电话，仅传输基于数字方式，其指标、实用性、可靠性等均未获得有效提升，武钢通讯电讯公司制造的DX-DN128型指令电话即此类指令电话系统。

总线制指令电话系统主要由主机、多芯专用总线和用户指令电话终端组成。采用总线形式连接现场指令电话终端，将所有用户都挂接在总线上，就像是一串葫芦，目前较多的是多总线模式，使用不少于7根线的现场专用总线来实现指令电话之间的连接，最大独立通话通常被限制在总线数量之内，例如7线制总线，最大可实现5路独立通话。现有技术的总线制指令电话大多是模拟方式的总线制指令电话系统，是基于主机的一个指令电话系统，只是在功能和配置上更趋向于向终端倾斜。当指令电话的主叫用户呼叫被叫时，首先使用一个公用的呼叫信道实现“一呼百应”，当主叫与被叫需要实现单独通讯时，双方同时手动选择空闲的信道，实现独立双向对讲。美国的GTC系列产品属于此类总线制指令电话系统。数字化总线制指令电话采用多组模拟的通话总线，一组数据传输总线传送主叫用户信息，在呼叫总线实现了数字方式，能显示主叫用户信息，告诉被叫主叫的呼叫目标和使用的路由号码，被叫根据提示切换到指定的总线内。该系统的传输模式及通话方式仍然是模拟方式，它比全模拟总线制指令电话先进的地方是它可向被叫传送主叫的信息，但是仍然必须使用专门的多线电缆来完成用户间的连接。武钢通讯电讯公司制造的SSZ系列全数字指令电话系统和常州科先达电讯有限公司制造的SD8000型指令电话属于数字化总线制指令电话。总线制指令电话的布线简单，用户之间的通话靠选择不同的线路采用空间分割来完成，不具备自动交换能力；操作不方便，需要主被叫同时调整到空闲信道才能够单独通话；通讯电缆使用专门的多芯电缆，现场基本上没有扩展的余地，应用领域受到限制；实时信息量很少，无视频配置；信道数量固定，大容量时呼叫重叠、信道占用现象严重；与外部系统扩展连接困难，无法映射内部用户，基本上不具备跨网延伸能力和网间组融合能力，涉及到用户间信息交换、系统数据显示、资源显示等功能必须基于上位设备才能够实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种全数字化、无主机，二总线制带视频采集、语音通讯、能够跨网连接的总线制指令电话。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该总线制指令电话，主要由传输总线和指令电话终端组成，传输总线连接指令电话终端，传输总线传输指令电话信号，其结构特点是：

a、所述的传输总线采用2-4根物理连接线构成的现场总线，所述的现场总线包括总线控制器、光隔离器和总线接口，总线控制器和光隔离器双向连接，光隔离器和总线接口双向连接；

b、所述的指令电话终端包括音频输入及处理模块、主控制处理模块、音频功放输出模块和人机界面电路，所述的音频输入及处理模块包含音频信号采集电路和数字化处理电路，音频信号采集电路的输出和数字化处理电路的输入相连，所述的数字化处理电路主要由语音编解码器、语音抗噪处理电路和压缩电路组成，语音数据传输与交换采用语音压缩算法和语音信息交换算法，语音编解码器与语音抗噪处理电路和压缩电路双向连接；

所述的主控制处理模块和语音抗噪处理电路和压缩电路双向连接，总线控制器和主控制处理模块双向连接，人机界面电路和主控制处理模块连接，语音编解码器的输出和音频功放输出模块的输入相连。

本发明总线制指令电话所述的现场总线为RS-485总线或CAN总线。

本发明总线制指令电话所述的音频信号采集电路含有语音采集话筒和噪声拾取话筒，采取二级衰减合成的噪声过滤方法消除语音信号中的噪声，第一级衰减进行相位调整，采用共模方式对消噪声中的高幅值噪声，第二级衰减采用取信号最大值方式，过滤噪声中的低幅值噪声。

本发明总线制指令电话所述的指令电话终端还包括视频输入/输出及控制模块，所述的视频输入/输出及控制模块包含视频采集电路、视频接口电路和压缩处理器，视频采集电路的输出和视频接口电路的相连，视频接口电路和压缩处理器连接，压缩处理器与主控制处理模块双向连接。

本发明总线制指令电话所述的人机界面电路中输入采用呼叫键盘，显示采用LCD液晶显示，呼叫键盘输出接主控制处理模块，主控制处理模块的输出接LCD液晶显示的输入，所述的呼叫键盘带有映射表，呼叫键盘的每个键映射一个指令电话终端或一项功能。

本发明总线制指令电话所述的指令电话终端还包括视频显示模块，所述的视频显示模块包含视频编解码电路、视频终端显示器，视频编解码电路的输入接主控制处理模块的输出，视频编解码电路的输出接视频终端显示器的输入，所述的人机界面电路的呼叫键盘配有扩展键盘，扩展键盘通过串行接口接入指令电话终端及与下位扩展键盘连接。

本发明总线制指令电话所述的现场总线采用CAN总线，所述的总线控制器采用MCP2510模块、光隔离器采用6N137模块、总线接口采用PCA82C250模块，所述的主控制处理模块采用CPU处理器ARM7系列S3C44B0，所述的语音抗噪处理电路和压缩电路采用DSP处理器TMS320C5409，所述的语音编解码器采用WM8731模块，所述的视频采集电路采用30万～45万象素的视频采集器，视频接口电路采用视频输入接口和USB接口，所述的USB接口采用SL811HST模块，视频采集器的输出通过与指令电话匹配的视频输入接口和USB接口接主控制处理模块，USB接口和主控制处理模块双向连接，所述的音频功放输出模块采用模块式功放器，LCD液晶显示采用128×64点阵显示液晶模块HG1286412-LYH，通过74LS244驱动并与主控制处理模块连接。

本发明总线制指令电话所述的现场总线采用CAN总线，所述的总线控制器采用MCP2510模块、光隔离器采用6N137模块、总线接口采用PCA82C250模块，所述的主控制处理模块采用CPU处理器ARM7系列S3C44B0，所述的语音抗噪处理电路和压缩电路采用DSP处理器TMS320C5409，所述的语音编解码器采用WM8731模块，所述的视频采集电路采用30万～45万象素的视频采集器，视频接口电路采用视频输入接口和USB接口，所述的USB接口采用SL811HST模块，视频采集器的输出通过与指令电话匹配的视频输入接口和USB接口接主控制处理模块，USB接口和主控制处理模块双向连接，所述的音频功放输出模块采用模块式功放器，LCD液晶显示采用128×64点阵显示液晶模块HG1286412-LYH，通过74LS244驱动并与主控制处理模块连接，所述的扩展键盘经RS232串口转RS485串口与主控制处理模块连接。

本发明采用抗噪算法、语音压缩算法，在CAN总线实现语音数据与视频数据的传输与交换。在主叫与被叫的通讯过程中，通过总线传输的信号包含被叫用户地址信息、压缩的语音信息包、主叫属性信息、总线传输质量信息、视频状态信息。总线制指令电话系统内的指令电话终端通过CAN总线实现物理上的连接。被叫接收到主叫用户呼叫后，根据主叫要求会自动开启接收电路和扩音电路，并将主叫用户的呼叫经解码后直接扩音播报。本发明指令电话终端中嵌装视频采集电路，能够采集指令电话终端安装点的实时视频数据。在主叫向被叫呼叫并接通被叫后，当被叫装有视频显示模块，则被叫向主叫回送连接构成证实信号，经视频显示模块请求，主叫将发送实时采集的视频数据，视频数据经被叫视频编解码电路解码后会在被叫的视频终端显示器上显示。发送视频数据的帧数由发送端根据传输带宽控制，发送端发送视频数据的同时，发送一个测试信号，接收端收到该测试信号后，立即回复一个证实信号，根据此信号到达发送端的时间判断线路实时带宽，当带宽低于最低保障带宽时，停止发送视频信号，优先保障语音通讯。若最低保障设为五对用户通讯时，保障带宽大约是100K时。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用一对总线作为传输介质、无主机、全数字化传输，容易实时“挂接”用户，容易扩展网络容量，具有用户信息自动交换、视频采集与上传功能，可通过异种网络便捷地进行传输延伸、与网外设备连接，有效提高了指令电话系统的稳定性与可靠性。1、本发明克服了现有技术主机型即星型接法自动型指令电话的缺陷，不设置主机而具有主机型指令电话产品的信道优势，可在总线上实现语音通讯的交换，采用数字化传输，较模拟式主机型指令电话的语音信号更清晰；没有主机，布线简单，不需要再敷设终端至主机之间复杂的线路，节约主机设备费用、布线材料费与人工费，制造、使用成本约降低30％～65％。2、本发明克服了现有技术总线制指令电话及布控式指令电话的缺陷，实现全自动化的语音、数据交换，双线总线制布局，节约线路，简化布线，便于“挂接”；充裕的信道资源，能够在任何时候实现基本无阻塞通讯，尤其是非广播方式的通讯可同时进行很多对，不受总线数量制约；本发明的指令电话终端的智能化与灵活性更高，配置更简单，更改系统配置、布局更便利，具有灵活的接力与延长技术，可方便实现扩容、中继接入、路由延长等操作；可上传视频数据并在指令电话指挥系统中实现可视调度通讯。

附图说明

图1为本发明实施例电路原理框图。

图2为本发明实施例工作流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，结合附图对本发明作进一步的阐述。

实施例结构参见图1，该总线制指令电话主要由指令电话终端和传输总线组成，各指令电话终端通过传输总线连接。实施例指令电话终端包括音频输入及处理模块、音频功放输出模块、视频输入/输出及控制模块、视频显示模块、主控制处理模块和人机界面电路。传输总线采用2-4根物理连接线构成的现场总线，现场总线包括总线控制器、光隔离器和总线接口。主控制处理模块和总线控制器双向连接，总线控制器和光隔离器双向连接，光隔离器和总线接口双向连接。

音频输入及处理模块包含音频信号采集电路和数字化处理电路，音频信号采集电路的输出和数字化处理电路的输入相连。音频信号采集电路含有语音采集话筒和噪声拾取话筒，数字化处理电路主要由语音编解码器IC1、IC2和语音抗噪处理电路和压缩电路IC3组成，语音数据传输与交换采用语音压缩算法。实施例语音采集话筒有三个，分两个音频输入端口，对现场的音频信号分二路采集，第一路是语音信号采集，有二个话筒，扩音对讲话筒M1安装在指令电话终端壳体上，采用共模抗噪式结构，在扩音对讲时，使用该话筒采集语音信号，手柄话筒M2安装在通话手柄上，手柄提机后，安装在机壳上的话筒被切换到手柄上；第二路是环境噪声采集，噪声拾取话筒M3安装在指令电话终端壳体上部的一个噪声采集位置上，采集指令电话安装点的使用环境噪声。扩音对讲话筒M1和手柄话筒M2通过音源选择继电器J1选择，扩音对讲话筒M1和手柄话筒M2输出接语音编解码器IC1，噪声拾取话筒M3输出接语音编解码器IC2，语音编解码器IC1、IC2和语音抗噪处理电路和压缩电路IC3双向连接，主控制处理模块IC5与语音抗噪处理电路和压缩电路IC3双向连接。音频信号采集电路采集的语音信号经语音编解码器IC1、IC2进行编码后，再经语音抗噪处理电路和压缩电路IC3进行压缩，使传输总线传输的语音信号具有较小的信息量。实施例音频输入及处理模块还装有PLD时钟控制逻辑电路IC4，PLD时钟控制逻辑电路IC4受数字化处理电路的语音抗噪处理电路和压缩电路IC3控制，PLD时钟控制逻辑电路IC4输出接语音编解码器IC1和IC2。实施例语音抗噪处理电路和压缩电路IC3采用DSP处理器TMS320C5409模块，语音编解码器IC1和IC2采用WM8731模块。噪声拾取话筒M3采集的环境噪声信号有二个用途，一是，将环境噪声信号经过数字化处理后与语音信号回路中的噪声相减，去掉部分可识别的噪声；二是，按照加权后的环境噪声声压，调整指令电话的输出功率，使之有效信号声压始终高于噪声声压，以提高现场通话可懂度即信噪比。通常将指令电话扩音输出的有效信号设置成高于环境噪声约5dB。

使用时，当本指令电话终端作为主叫时，用户按下被叫按钮，在未提起通话手柄前，现场语音信号由安装在机壳上的扩音对讲话筒M1和噪声拾取话筒M3采集。采集到的语音信号和环境噪声信号上分别加入时标信号和同步信号，该时标与同步信号将用于数字化噪声消除，两路信号均经过8K取样，有效音频带宽300～3400Hz、带外衰减大于60dB，其作用相当于一个低通滤波。再将两路语音信号A/D转换，语音抗噪处理电路和压缩电路IC3对两路信号进行消噪识别。消除噪声先采用共模消除法，其原理是基于现场噪声幅度相等、相位相反进行对消去除噪声。信号输入端的两路取自来源近似的音频信号，一路是语音信号，另一路是主要含有环境噪声，也含有少量语音信号的环境噪声信号，假设两路音频采集来源的各项参数一致，则将两路信号相减，余数就是有效的语音信号。实际应用中，由于器件的不一致性，采用数字化共模方式会遇到二路音频信号产生的相位差、幅度差、波形差，从而影响减噪效果。为保证减噪效果，除在指令电话终端制造前期元器件筛选过程中注重元器件一致性外，在进行共模消噪前，先将二路音频信号进行固定延时时间的相位校准。实施例在语音抗噪处理电路和压缩电路IC3内，为扩音对讲话筒M1或者手柄话筒M2输入的音频信号增加一个5ms的参数化固定延时，以10us为步长、区间为1～10ms，将噪声拾取话筒M3输入的音频信号增加一个动态可调的延时，区间是1～20ms，在为音频信号开辟的FLASH存储器IC7中首先校对一次同步。噪音信号延时时间采用外部单节奏音源校准，模拟一个仿真环境噪声，使用单音节脉冲的同步信号音来测定两路的相位差，采用软件识别自动锁定方式确定噪音信号的延时时间并锁定。通过调整噪音信号的延时并锁定来对准两路的相位，使同步信号起始点对准，且相位正好相反。一般来说，音频信号采集电路的元器件在安装好以后的一个较长的时间段内其电参数基本上固定，这些被校准的参数能够有效稳定运行很长时间。由于语音信号输入点距离噪声采集点的位置差，语言信号输入端具有较强的语音信号而噪音信号输入端则幅度较低，而两个话筒采集到的环境噪声电平基本上是差不多的，这样就可将幅度相等、波形近似的噪声信号对消掉。但是，由于电路元器件电特性不可能完全一致，会导致两路相同的音源信号波形不一致，在减去相同的部分后，实际上两路不一致的信号噪声会叠加，此时噪声峰值电平下降，但是底部密度增加，有些噪声是相减后剩余部分产生的新噪声。在采用共模消除法消除幅值较高的噪声后，在语音抗噪处理电路和压缩电路IC3内，再对音频信号进行“取最大值”处理，舍去信号底部、取最大值。由于底部噪声电平被“砍掉”，噪声基本上被滤除，指令电话的通话可懂度与清晰度有大幅度提高。在具体处理过程中，先将音频信号划分幅度区间，例如将整个信号电平划分为128级，根据对消均值与语音信号差值，选取信号有效区间。在指令电话终端调试期间，由元器件差异造成的，对消后未能够有效抵消的残余噪声电平，相对于整个电平幅度区间而言，会变成一个常数，该常数的噪声电平虽然由于器件差异在不同的指令电话终端之间会产生一些小的差异，但是不会有很大的变化，可以在后期的程序处理中按照在批次中确定的数值“砍掉”底部噪声。上部有用信号会由于被砍去底部而产生失真，可在后期处理中加入“趋势修补算法”来弥补。“趋势修补算法”的基本方式是在每个被“砍掉”底部的波形其下降沿斜率由处理器给予按原来斜率“修补”，上升沿波形也是按照其原有斜率予以补足，人为修复被“砍掉”部分的信号。由于指令电话主要应用在工业现场，不像音乐那样对保真度要求很高，经过人为“修补”波形后的语音通讯基本上保持原有的可懂度。语音信号经噪声滤除处理后，将进行压缩处理，可供选择的压缩方法很多，为便于降低成本及提高设备兼容性，本发明选择制式压缩方式，实施例使用H.323协议的语音压缩算法对语音信号进行压缩和打包。经压缩处理的音频信号送入主控制处理器IC5，经主控制处理器IC5再经过总线收发器送到传输总线上。

音频功放输出模块的输入和语音编解码器IC1的输出连接，音频功放输出模块包括音频功放器、手柄听筒Y1和话站喇叭Y2。实施例音频功放器采用模块式功率放大器P1、P2，模块式功率放大器P1输出接手柄听筒Y1，模块式功率放大器P2输出接话站喇叭Y2。模块式功率放大器P1、P2完成对输出语音的功率放大，音量调节采用数字化调节方式，在语音抗噪处理电路和压缩电路IC3与语音编解码器IC1一侧完成。

视频输入/输出及控制模块包含视频采集电路、视频接口电路和压缩处理器。实施例视频采集电路综合考虑传输介质、带宽及图象质量，采用标准化的可与计算机USB接口直接连接的30万～45万象素的视频采集器——摄像机，也称猫眼，视频接口电路采用视频输入接口K1和USB接口IC9，USB接口IC9采用SL811HST模块，压缩处理器采用DSP处理器。视频采集器的输出通过与指令电话匹配的视频输入接口K1和USB接口IC9，再经过DSP压缩处理器ICX后接主控制处理模块IC5，DSP压缩处理器ICX与主控制处理模块IC5双向连接。

视频显示模块包含视频编解码电路、视频终端显示器，视频编解码电路的输出接视频终端显示器的输入，视频编解码电路的输入接主控制处理模块IC5的输出。

本发明在整个指令电话系统的每一个指令电话终端都配置视频采集电路，但一般仅在指令电话系统中处于支配地位的指令电话终端内安装视频终端显示器，即视频接收终端。视频采集电路的视频采集器即摄像机在未被激活前，视频采集电路处于休眠待命状态，并不向传输总线发送视频流数据，当与该终端建立通讯的另一终端具备视频接收功能时，视频采集电路将被激活并根据线路传输带宽情况自适应地向具备视频显示终端的指令电话终端发送视频流数据，实现可视通讯。本发明指令电话的可视通讯克服了现有技术用于控制中心与工业现场工作人员调度作业中无法实现可视通讯的缺陷，有效缩短指挥人员与现场操作人员的距离感，能够更好的实现调度意图。为了增加总线制指令电话中视频部分与主流产品和技术的同步性，在本发明中视频部分的输出技术特性与猫眼执行标准等同。当与本终端通讯的对方终端没有向本终端发送视频请求时，说明对方终端没有视频终端显示器。当对方终端发送视频请求时，说明对方终端有视频接收功能并且具备视频终端显示器。具体发送将根据主控制处理模块IC5测得的传输带宽后再确定，其前提是保证语音数据绝对优先。测定带宽使用“反弹法”，由视频发送终端向视频接收终端发送一个测试包，该包到达接收终端后，会被立即反弹回去，按照该包来回所化时间判断带宽，主控制处理模块IC5根据带宽决定发送的帧数，并在每一帧发送前发送一个测试包来决定是否需要发送下一帧。实施例设定，当带宽低于100K时，停止发送视频数据以保障语音数据的传送，当带宽大于100K时，在保障语音数据优先的前提下可在全程监控下发送视频数据，每一帧发送前均测定总线是否符合发送带宽要求。

本发明总线制指令电话是一种无主机指令电话系统，相对于星型接法的有主机指令电话系统，控制处理器需要处理的工作更多，语音信息编解码、压缩、解压缩等处理，语音交换、数据信息交换、视频数据交换等信息交换，视频信息编解码、压缩和解压缩等处理，以及呼叫处理、状态显示和处理、传输总线控制等等。实施例主控制处理器IC5采用CPU处理器ARM7系列S3C44B0，S3C44B0处理器的处理速度满足总线制指令电话设置的功能管理、人机界面管理、工作状态管理等全部功能综合处理要求，对于实时性要求较高的音频信号和视频信号处理则由采用DSP处理器的语音抗噪处理电路和压缩电路IC3、DSP压缩处理器ICX完成。主控制处理器IC5与SDRAM存储器IC6和FLASH存储器IC7双向连接，实施例SDRAM存储器IC6采用HY57V641620，FLASH存储器IC7采用39VF3201。

总线制指令电话的人机界面电路和主控制处理模块IC5连接，人机界面电路输入采用呼叫键盘，显示采用LCD液晶显示，实施例LCD液晶显示K2采用128×64点阵显示液晶模块HG1286412-LYH，通过74LS244驱动并与主控制处理模块IC5连接。实施例人机界面电路的呼叫键盘有二种配置，一种配置4×4或8×8呼叫键盘IN1，呼叫键盘IN1输出直接接主控制处理模块IC5，每个按键都可根据用户要求按照映射表编程对按键功能进行编程重定义，键盘使用方式有一键直呼和拨号方式呼叫，一键直呼每个键对应映射表内的一个具体地址，在安装的键中间有一个作为总呼叫键，其余键可根据映射表自定义，例如定义组呼键或者一键直呼；拨号方式呼叫其他终端或者其他系统内的用户，将普通终端上4×4键盘定义成一个拨号盘，通过号码组合来表达最终输出数值，经映射表转换成最终被叫地址。人机界面电路的呼叫键盘另一种配置是用在指令电话系统中处于支配地位的指令电话终端，一般是安装在需要与所有用户保持通讯的指挥中心，配置可扩展的呼叫键盘，根据用户要求可再扩展至少二个8×8的键盘，在一个指令电话终端上同时使用不少于3个8×8键盘。扩展的键盘使用专配的处理器，不占用指令电话终端的其他部件。呼叫键盘IN1直接与主控制处理器IC5连接，扩展键盘通过接口与上位终端及下位扩展键盘连接，实施例扩展键盘通过串行接口RS232转RS485串口IC13接入，经RS232串口IC8转换后与主控制处理器IC5连接。每个键盘都有自己对应的映射表，存储在SDRAM存储器IC6内，可为每个键映射一个在线的终端或功能。通过在传输总线上发送特殊指令来实现对键盘对应的映射表的编程或者通过传输总线实现远程下载。本发明呼叫键盘IN1的对应键带LED显示，每个键均对应三个LED，在呼入、呼出、总呼、组呼、故障、报错等状态时显示对应的不同LED花色。工作时LCD液晶显示K2显示本终端及主叫终端信息，同时还显示传输总线状态。一般在人机界面电路的后一种配置终端配置视频接收终端，即嵌装有视频显示模块，前一种配置中通常不配视频接收终端，只配置视频输入/输出及控制模块。

理论上几乎现有的现场总线都可用于本发明指令电话，但是在实际应用中，现场总线必须满足传输速度和传输介质要求这二大基本条件，在现有较为成熟的现场总线中，RS-485传输总线和CAN传输总线即Controller AreaNetwork相对比较适合作为指令电话的传输总线，而RS-485与CAN传输总线相比，CAN传输总线更符合指令电话的传输要求。CAN传输总线能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，具有较高的通讯速率、良好的抗电磁干扰能力和使用可靠等优点，广泛应用于汽车工业、航空工业和工业控制等自动化领域的分布式环境监测系统、温室环境监控系统、变电站监测系统等数据交换，本发明实施例将CAN总线作为语音通讯设备的传输载体，依靠总线接口及传输介质相互连接实现高可靠性串行通信。CAN总线包括CAN总线控制器IC10、CAN光隔离器IC11和CAN总线接口IC12。CAN总线控制器IC10主要是完成对数据的收发控制，光隔离器IC11主要是完成光电隔离及抗干扰工作，CAN总线接口IC12是连接其他CAN总线设备的接口，它最终完成与其他设备的物理连接。实施例CAN总线控制器IC10采用MCP2510模块、CAN光隔离器IC11采用6N137模块、CAN总线接口IC12采用PCA82C250模块。CAN光隔离器IC11和CAN总线控制器IC10、CAN总线接口IC12均为双向连接，CAN总线控制器IC10和主控制处理模块IC5双向连接。

本发明电源采用本地供电模式时，通过标准的开关电源模块完成对整机的供电。当采用集中供电模式时，仅设置一个保护电路，供电由集中电源完成。

本发明总线制指令电话是一种无主机的总线制指令电话通讯系统，为了实现相互之间的呼叫与通讯，必须在每个指令电话的内部建立一个反映指令电话物理地址与逻辑号码之间的映射关系的“映射表”，通过编辑一个集合内每个指令电话的“映射表”，可变更该集合内用户间的组合关系和用户代码。

每一个指令电话终端在呼叫其他指令电话终端时，接收端在接收到发送端的呼叫后，能够马上回应发送端一个表示信息收到的证实信息，该信息在发送端将给出一个驱动信号，驱动一个预置的语音芯片或者启动一段预录的语音。如果该终端正在工作则该语音将直接送到手柄听筒Y1或者话站喇叭Y2，按照终端实时工作情况随终端状态定。如果终端处于待命状态则启动话站喇叭Y2，直接将预录的语音进行扩音广播。当发起呼叫终端呼叫的是一个实际不存在的终端时，或在指定时间没有收到证实数据的呼叫，发起终端则会语音报错；当呼叫终端按下一个没有定义的呼叫按钮时，也会执行语音报错。

本发明总线制指令电话设有三种常用的呼叫形式，一是总呼叫，所有终端接收到该类呼叫后，无论其实时工作状态如何，都会同时接收该呼叫的语音数据，同时点亮总呼叫指示灯，是否与总呼叫发起终端通讯则由被叫终端决定，待总呼叫结束后指示灯消灭；二是组呼，被呼叫的用户终端无论工作状态如何，都会接收该呼叫的语音数据，同时点亮组呼叫指示灯，是否与组呼叫发起终端通讯则由被叫终端决定，待组呼叫结束后指示灯消灭，组呼数据中的被叫用户终端具体数据在映射表内体现；三是常规通讯呼叫，在映射表内为键盘定义需要呼叫的用户数据。每个用户均可设置自己的级别，该级别代码在呼叫时同时传送到被叫终端。

通讯中的两个终端中任意一个中止通讯后，另一个自动退出连接，通讯结束。结束信息有三个来源，一是终端对语音输入进行监控，当双方中断语音输入达60秒以上时，自动退出通话状态。自动退出的时间设置是参数化的，实施例默认时间是60秒，最大时间是360秒，时间步长是10秒。二是通讯双方中的任意一方发出中止信号，双方同时退出。三是通讯双方其中一方或者双方收到更高级别的呼叫，并且呼叫要求与其单独通讯，此时原通讯双方连接中止，转入新的连接。实施例指令电话结束通讯的定义是：退出与特定用户的连接，关闭自身的音频功放输出模块，主控制处理器IC5和传输总线继续工作，随时接收来自网络的呼入或来自键盘的呼出指令。

在一个指令电话系统中，决定指令电话终端“挂接”数量的是传输总线的技术指标，决定最严酷条件下同时通话用户数量的是，该系统单纯总线的长度和在该长度下的传输带宽，单纯总线长度指物理上的总线长度，也就是未经过信号延长处理的总线物理长度。通常在一段1200米长、采用0.5毫米市话电缆的传输介质上采用CAN传输总线方式可挂接不少于80个用户，在最严酷通讯环境、最远端通讯条件下可保障5对不同用户间同时进行不同内容的语音通讯。为了在最严酷的通讯条件下尽可能提高同时通讯的用户数量，本发明在视频传输模块中采用了低帧高压缩动态传输方式，接收端随时侦测传输带宽，当带宽低于阈值时，指令发送终端暂停视频数据传输，当带宽高于阈值时，再指令发送终端恢复视频数据传输。

本发明总线制指令电话工作流程：

参见图2，首先，进行主控制处理模块IC5及相关外设的初始化，查询传输总线状态并由LCD液晶显示K2显示；然后开始操作，1、若要拨号——查询映射表——发出语音请求/语音和视频请求，等待应答——启动通话/同时启动视频显示模块，LCD液晶显示K2显示相关信息——通话结束，待机。2、若需受话，判断是否通话中——“是”，判断本终端优先级高低，强插或直接启动通话；“否”，发送是否请求发送视频的“具有视频显示模块”信息，“是”则启动语音和视频，“否”则启动语音——通讯结束，待机。

总线制指令电话的工作模式允许主叫终端自动打开被叫终端，主叫终端此时的语音呼叫会自动在被叫终端被扩音播放，当被叫终端有摘机、按键等应答动作时，双方可进入对讲通话状态。当主叫终端在被叫终端未应答时就挂机则被叫终端自动退回到待机状态，当主被叫双方在通话过程中任意一方退出通话状态则本次通话结束，双方均进入待机状态。

通常指令电话是用于工业现场生产线岗位之间的通讯工具，但是由于工艺生产要求，也需要与系统外用户比如调度室通讯，使用调度机。本发明指令电话是一种总线制的通讯终端设备，通过与调度机、交换机、公用网连接的中继网关实现与系统外通讯设备的连接；通过与基于TCP/IP协议的IP电话通讯网关连接，借助因特网实现透明传输，延长指令电话连接距离。

网关由内侧模块和外侧模块二部分组成，与调度机、交换机、公用电话网组网的网关入口与调度机、交换机或公用电话网连接一侧，配置基于7号信令和1号信令的数字通讯接口。外侧模块有数字接口模块和模拟接口模块二类，外侧数字接口模块由基于1号信令的接口模块、基于7号信令的接口模块、基于TCP/IP的以太网接口模块组成。在数字通讯接口中，采用“映射表”模式将外侧呼叫号码映射到内侧的具体指令电话用户终端上。内侧用户则通过局向号加被叫号码形式呼叫系统外用户，该呼叫在网关被转换成7号信令或1号信令格式并通过交换机或调度机与被叫连接。7号信令、1号信令及接口电路是公知电路，已商业化。

当指令电话与一些小容量调度机或者交换机连接时，可使用模拟用户接口简单地实现双向呼叫，外侧的每个模拟用户接口均可被映射到内部的某个指定的指令电话终端上；当采用非指定方式时，可将端口设为自动模式即拨号模式，在该模式下，外侧用户通过二次拨号方式呼叫内侧用户，网关对呼叫进行解码及信令转换并将外侧用户连接到内侧被叫用户上。内侧用户通过局向号加最终用户号呼叫外侧用户，其呼叫码的信令转换由网关完成。外侧模拟接口模块由自动用户接口电路、环路中继接口电路、EM接口电路组成。自动用户接口电路、环路中继电路、EM接口电路属于公知电路，已投入商业化应用。

网关的模拟端接口模块输入端经A/D转换、压缩后与处理器连接。内侧接口模块由总线收发器、缓冲电路组成，缓冲电路与处理器连接，在一个独立的网关的内侧，只有一个总线收发器，全部外侧接入均通过一个总线收发器与总线上的其他指令电话终端连接。一个网关在物理上仅相当于一个指令电话终端，在一个传输总线上的各个端点可配接多个不同的网关，每个网关仅占用一个传输总线挂接地址“指标”。

网关处理器内映射表略不同于指令电话终端的映射表，它具有自己的局向号标识，还包含本系统指令电话集合内的全部用户地址与代码，包含与其组网的其他系统内用户信息，当外侧的接口在接收到主叫的呼叫信息后，处理器会识别比较映射表内的用户数据并找出与主叫要求相符合的被叫，处理器再代为呼叫被叫并将主叫与被叫的逻辑连接接通，此时主叫发送的语音数据流在被编码和打包后将会被直接送到被叫，被叫的语音数据流经编解码后会被送到主叫，该过程一直会持续到其中一方发出中止通讯的信号，即挂机。内侧用户在呼叫外侧用户时，会在总线上发出带局向号及后缀串码的呼叫，局向号等于网关地址，后缀串码相当于最终被叫用户的路由码和识别信息码，当具有不同的路由码和不同的识别信息码时，信息会经由处理器识别以不同的端口流向被叫，不会相互串扰。

使用CAN传输总线时，通常1200米的有效距离对于工业现场而言，通讯距离显然是不足的，但是，现场总线的距离越长，带宽就越窄，1200米的通讯距离，带宽仅剩大约50～120K，视传输介质不同而不同，为了增加系统的有效传输距离，采用“桥接”方式使两个总线网络连接成一个网桥，桥接器由二个总线收发器、一个处理器组成，将两个传输总线之间的数据进行有选择的含接力放大过滤式透明传输。工业现场的干扰在传输过程中被滤除，过滤可成功减少传输总线干扰通过桥接器跨网传输的几率，但是，也减慢了传输的速度。经测试，使用电话线类低端传输介质的情况下，过滤可有效的将3个指令电话系统连接在一起，如果使用高端的传输介质，可将5个指令电话系统连接在一起，但是过多接入仍然会影响最终组成的整个网络运行效率，甚至有可能中断通讯，其主要原因是当两个或多个网络连接时，桥接器虽然可识别并阻断一些明显错误的信息，但是对于在传输总线上的合理信息它仍然是会透明传输，这就使得传输总线会随着用户数量的增加而越来越拥挤。要增加桥接器对网段信息的识别能力并自行拦截无效跨网数据，例如将主被叫终端均在A网的数据流拦截在A网内，不传到B网。这样能有效减少整个网络的拥挤程度，但是将增加桥接器处理器的数据处理量，如果桥接器处理器处理能力不足仍将影响跨网传输的带宽。故二者之间的取舍只有根据系统实际配置来决定，具体应用可将拦截和过滤效果分成8级，以便根据实际用户数量的配置来设置过滤能力。

在实际应用中，为异种网络配置的网关或网桥将有效提高总线制指令电话的传输距离和使用范围。在TCP/IP网络与总线制指令电话系统的CAN网络之间建立网关，由于基于TCP/IP协议的网络应用极为普遍，当指令电话的CAN传输总线通过网关与以太网连接后，可借助以太网将总线制指令电话信号进行远距离传输，在需要的节点通过网关再下载到另一个指令电话系统的传输总线上，使总线制指令电话的应用范围获得更大拓宽。

Claims

1.一种总线制指令电话，主要由传输总线和指令电话终端组成，传输总线连接指令电话终端，传输总线传输指令电话信号，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的现场总线为RS-485总线或CAN总线。

3.根据权利要求2所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的音频信号采集电路含有语音采集话筒和噪声拾取话筒，采取二级衰减合成的噪声过滤方法消除语音信号中的噪声，第一级衰减进行相位调整，采用共模方式对消噪声中的高幅值噪声，第二级衰减采用取信号最大值方式，过滤噪声中的低幅值噪声。

4.根据权利要求3所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的指令电话终端还包括视频输入/输出及控制模块，所述的视频输入/输出及控制模块包含视频采集电路、视频接口电路和压缩处理器，视频采集电路的输出和视频接口电路的相连，视频接口电路和压缩处理器连接，压缩处理器与主控制处理模块双向连接。

5.根据权利要求4所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的人机界面电路中输入采用呼叫键盘，显示采用LCD液晶显示，呼叫键盘输出接主控制处理模块，主控制处理模块的输出接LCD液晶显示的输入，所述的呼叫键盘带有映射表，呼叫键盘的每个键映射一个指令电话终端或一项功能。

6.根据权利要求5所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的指令电话终端还包括视频显示模块，所述的视频显示模块包含视频编解码电路、视频终端显示器，视频编解码电路的输入接主控制处理模块的输出，视频编解码电路的输出接视频终端显示器的输入，所述的人机界面电路的呼叫键盘配有扩展键盘，扩展键盘通过串行接口接入指令电话终端及与下位扩展键盘连接。

7.根据权利要求5所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的现场总线采用CAN总线，所述的总线控制器采用MCP2510模块、光隔离器采用6N137模块、总线接口采用PCA82C250模块，所述的主控制处理模块采用CPU处理器ARM7系列S3C44B0，所述的语音抗噪处理电路和压缩电路采用DSP处理器TMS320C5409，所述的语音编解码器采用WM8731模块，所述的视频采集电路采用30万～45万象素的视频采集器，视频接口电路采用视频输入接口和USB接口，所述的USB接口采用SL811HST模块，视频采集器的输出通过与指令电话匹配的视频输入接口和USB接口接主控制处理模块，USB接口和主控制处理模块双向连接，所述的音频功放输出模块采用模块式功放器，LCD液晶显示采用128×64点阵显示液晶模块HG1286412-LYH，通过74LS244驱动并与主控制处理模块连接。

8.根据权利要求6所述的总线制指令电话，其特征在于：所述的现场总线采用CAN总线，所述的总线控制器采用MCP2510模块、光隔离器采用6N137模块、总线接口采用PCA82C250模块，所述的主控制处理模块采用CPU处理器ARM7系列S3C44B0，所述的语音抗噪处理电路和压缩电路采用DSP处理器TMS320C5409，所述的语音编解码器采用WM8731模块，所述的视频采集电路采用30万～45万象素的视频采集器，视频接口电路采用视频输入接口和USB接口，所述的USB接口采用SL811HST模块，视频采集器的输出通过与指令电话匹配的视频输入接口和USB接口接主控制处理模块，USB接口和主控制处理模块双向连接，所述的音频功放输出模块采用模块式功放器，LCD液晶显示采用128×64点阵显示液晶模块HG1286412-LYH，通过74LS244驱动并与主控制处理模块连接，所述的扩展键盘经RS232串口转RS485串口与主控制处理模块连接。