CN101422052A - 公共广播系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种公共广播系统，公共广播系统的控制单元和公共广播系统的监控设备。在控制设备和监控设备和/或线路末端监控设备之间，调制数据的双向通信持续监控扬声器线路和扬声器是否存在及其状态。通信是在从音频放大器到扬声器的现有音频线上频率复用的。对应于双向数据通信，监控设备和/或线路末端监控设备的电源是从音频，事实上优选地从由音频放大器产生的20kHz的导频音中提取的。滤波防止了音频信号和/或通信信号和/或电源之间的干扰。

Description

公共广播系统
技术领域
本发明涉及一种公共广播系统(public address system)，公共广播系统的控制单元，以及公共广播系统的监控设备。
背景技术
公共广播系统是在建筑物或者公共场所，如机场中，用于通知和为公众提供娱乐的声音系统。在紧急情况下，公共广播系统还可以用于警示公众。公共广播系统包括扬声器线路和放大器。需要监控从放大器到扬声器线路的一个端点的这条扬声器线路的连接和正确性以满足语音疏散系统(voice evacuation system)的EN 60849标准。在现有的公共广播系统中，例如通过将独特信号从扬声器线路的一个端点连续地发送回到放大器，从而利用通过电线或者电线防护罩的直流电流来监控扬声器线路的多个端点，以实现上述目的。其它实例还有阻抗测量，或者使用额外的配线来监控。
发明内容
根据独立权利要求所述的公共广播系统，公共广播系统的控制设备，以及公共广播系统的监控设备相对于现有技术而言优点在于，能够监控每个扬声器线路的不止一个端点。在公共广播系统的扬声器线路中具有不止一个端点的能力使安装变得更加容易更加便宜。其中，在传输介质(扬声器线路)具有分支的公共广播系统中尤其有优势。其次，所述公共广播系统，公共广播系统的控制设备，以及公共广播系统的监控设备具有高精确性的优点。进一步地，不需要对扬声器配线作任何调整。所要求保护的系统和设备与音频分配同时进行。
其优点在于能够监控连接到一个扬声器线路的大量单独的扬声器而不需要额外的配线。
其优点在于公共广播系统还包括至少一个电平监控设备，其中采用所述电平监控设备来监控交流电压的电平，例如导频音(20kHz交流电压)，因为能够识别由低能量而导致的故障。
控制设备的优点是控制设备有可能对扬声器线路进行本地的和普通的输入和/或输出。
在音频分配期间轮询监控设备的优点在于可以不断地监控公共广播系统的状态，例如传输介质和/或扬声器的状态。这造就了公共广播系统的高可靠性。通过多次轮询监控设备，提高了检测的可靠程度。
在发送时激活监控设备的发送器的优点是监控设备的功耗很低。总体而言监控设备的优点是具有高的功率效率。功率效率非常重要，因为公共广播系统的所有监控设备都从导频音供给的。
其优点还在于监控设备包括至少一个能量存储单元，尤其是至少一个电容器和/或至少一个电池和/或至少一个充电电池，因为在这种情况下，监控设备的功耗是均匀分配的。
使用75kHz的载波频率的优点是75kHz和60kHz的相距较远，由于20kHz的电源产生60kHz的分量(三次谐波)。同时离音频范围的距离也足够大。另一方面，75kHz足够低以避免长线传输的问题。总体而言，75kHz的载波频率的优点是传输范围能达到1000米，而对音频质量的影响很有限。
使用相移键控(PSK)调制的优点是功率效率较高。采用相移键控调制，能够在一定的信噪比性能内达到高通信可靠性。
总体而言公共广播系统，公共广播系统的控制设备，以及公共广播系统的监控设备的优点是功率效率高。这是通过在发送时激活发送器，以及使用PSK调制来实现的。其它的特征，例如采用无源滤波来防止音频、通信和电源之间的干扰，和/或PSK解调器的低功耗设计，和/或具有休眠模式的更低功耗微处理器的使用，和/或低漏电流分量的使用，和/或用于电压转换的切换模式电源的使用，满足了高功率效率的需求。
还有一些优点由进一步的从属权利要求所引用的特征和说明书中得出。
附图说明
本发明的具体实施例在附图中示出，并在随后的描述中进一步具体说明。图1示出了一种公共广播系统的结构的方框图。图2示出了控制设备和监控设备的方框图。
具体实施方式
在控制设备和监控设备和/或线路末端监控设备之间，调制数据的双向通信不断监控扬声器线路和扬声器是否存在及其状态。通信是在从音频放大器到所述扬声器的现有音频线上频率复用的。与双向数据通信相结合，监控设备和/或线路末端监控设备的电源是从音频，事实上优选地从由音频放大器产生的20kHz的导频音中提取的。无源滤波防止了音频信号和/或通信信号和/或电源之间的干扰。
图1示出了一种公共广播系统的结构的方框图，包括扬声器10，监控设备12，传输介质18和控制设备20。控制设备20集成在放大器设备28中。放大器设备28还包括音频放大器22和网络设备24。通信链路26将网络设备24连接到音频放大器22和控制设备20。控制设备20和音频放大器22的输出连接到传输介质18。在优选实施例中，传输介质18是电线或者电缆。控制设备20控制传输介质18中的所有通信，还通过I2C接口来与放大器设备28交互。在优选实施例中，控制设备20内置于放大器设备28中。控制设备20是通信协议中的管理者。每一个设备，特别是监控设备12，14和/或线路末端监控设备16都有由安装者选择的、其自身的唯一地址。控制设备20轮询所有的设备12，14，16来检查是否有错误发生。轮询是对每一个连接的设备12，14，16进行的一种自动的、连续的测试，其目的是为了检查其操作状态。如果监控设备12，14和/或线路末端监控设备16有响应，则所述设备能够报告错误，特别是扬声器线圈错误和/或电源错误和/或通信错误和/或微处理器错误。如果没有错误出现，则监控设备12，14和/或线路末端监控设备16报告一切正常。如果监控设备12，14和/或线路末端监控设备16完全没有响应，那么控制设备20就假定所述设备有故障，或者传输介质18出现故障。如果错误发生，则控制设备20将错误协议报告给网络设备24。每个要监控的扬声器10都与一个监控设备12相关联。在优选实施例中，公共广播系统还包括不与监控设备相关联的扬声器12。监控设备12的功能是检查扬声器线圈是否不是开放连接。如果检测到开放连接，则监控设备12将错误消息回复给控制设备20。在优选实施例中，监控设备12由音频放大器22产生的20kHz的导频音来提供能量。扬声器10连接到传输介质18，扬声器10在可听频率范围内，特别是在50Hz到18kHz的频率范围内，从音频放大器22接收音频。通过与扬声器10相关联的监控设备14和/或通过线路末端监控设备16来完成对传输介质18的线路末端监控。监控设备14和/或线路末端监控设备16的功能是检查传输介质18，例如扬声器电缆，是否依然完好无损。如果到监控设备14和/或线路末端监控设备16的通信失败，那么控制设备20就假定传输介质18出现故障，例如扬声器电缆断掉或者短路。因此产生线路末端错误。在优选实施例中，线路末端监控设备16由音频放大器22产生的20kHz的导频音(供电频率优选在20kHz的交流电压)来提供电源。在优选实施例中，监控设备12，14，16被多次轮询，优选5到10次，来在假定监控设备12，14，16不响应，并得出扬声器线路出现故障，和/或扬声器未连接和/或扬声器线圈是开放连接的结论之前，给出每一个监控设备12，14，16响应的可能性。这样做防止了向网络设备24报告虚假的错误。
图2示出了监控设备12和控制设备20的方框图。监控设备12与扬声器10相关联，而控制设备20与音频放大器22以及网络设备24相关联。扬声器10，监控设备12，控制设备20和音频放大器22的输出都连接到传输介质18，其中在优选实施例中传输介质18是扬声器电线。控制设备20包括微处理器30，发送器32，接收器34，发送器滤波器36，接收器滤波器38和电平监控设备40。另一方面，监控设备12包括扬声器监控设备42，微处理器44，发送器46，接收器48，电源50，发送器滤波器52，接收器滤波器54和电源滤波器56。监控设备12的微处理器44控制通信并管理扬声器10。监控设备12的电源50或者线路末端监控设备的电源有两个主要功能。第一个功能是将来自电源滤波器56的电压转化成在监控设备12中使用的电平，而第二个功能是在接收过程中存储能量，并在发送过程中释放额外的能量，因为当监控设备12不在发送时，功耗很低，而在发送时功耗增加。为了防止变化的负载，采用能量存储单元来均匀地分配功耗。在优选实施例中，能量存储单元是电容器。在优选实施例中，通过从电源滤波器56中释放恒定的能量来实现。当设备不在发送时，多余的能量存储在电容器中，而当设备开始发送时，这些存储的能量被使用。由于电源来自20kHz的导频音，所以电源滤波器56保证所有其它的信号，特别是音频信号和通信信号，不会被不必要地加载。监控设备12的发送器46编码并调制数据。发送器滤波器52处理编码和调制过的数据。发送器滤波器52包括放大器，变压器和带通滤波器，用于在传输介质18中出现的普通音频信号上叠加75kHz的通信信号。当没有传输发生时，发送器46断开与传输介质18的连接。因此同一时刻在所有监控设备12中只有一个发送器46连接到传输介质18。接收器滤波器54是带通滤波器，其允许75kHz的通信信号通过滤波器而其它不想要的信号则被减弱。为了防止影响到通信信号和/或音频信号和/或电源的导频音，接收器滤波器54的输入阻抗很高。接收器48自己对数据解调并解码，并将数据提供给微处理器44。此外，监控设备12的扬声器监控设备42还管理流过扬声器10的线圈的电流。由于20kHz导频音的存在，总是有最小电流流过扬声器10的线圈。该电流的过低的电平是由于扬声器10的故障，此时扬声器状态被报告给监控设备12的微处理器44。控制设备20的微处理器30控制所述通信，管理电源，并和网络设备24进行通信。控制设备20直接从网络设备24和/或放大器设备中接收其电源。发送器32，接收器34，发送器滤波器36和接收器滤波器38的结构和功能几乎和监控设备12中的发送器46，接收器48，发送器滤波器52和接收器滤波器54的一样。此外电平监控设备40还测量交流电压的实际电平，在优选实施例中是20kHz导频音的电平，并将测量结果报告给微处理器30。所述电平依赖于传输介质18的负载，并且在不同的安装和情况下变化，还依赖于使用的电缆(电线)的电缆长度，所使用的扬声器12的类型以及扬声器12的数量。在优选实施例中，控制设备20的微处理器30和/或所述监控设备的微处理器44是具有休眠模式的低功率微处理器，在没有通信期间，它们被配置成休眠状态。
不需要安装额外的电线(电缆)就可以完成在控制设备和扬声器的监控设备和/或线路末端监控设备之间的通信，这是因为唯一的传输介质是扬声器电缆。为了最小化对音频质量的影响，使用如下的对通信信号的通信拓扑。载波频率高于可听的音频带，优选在55kHz到90kHz之间。在优选实施例中载波频率是75kHz。因此通信是不可听的。在优选实施例中，对于从控制设备到和/或从监控设备和/或线路末端监控设备的通信数据的传输采用二进制差分相移键控(DPSK)。二进制DPSK中的“二进制”表示只有两种可能的不同相位，-90°和+90°。采用PSK调制是因为它具有最优的误比特率/信噪比性能。因此在给定的噪音水平下，只需较小的功率即可达到特定的误比特率。采用DPSK的原因是由于没有载波频率被发送，并且接收器处也没有相位基准。为了解决这个问题采用了差分编码。对于解调，采用的是差分相干解调。此外，在优选实施例中还采用了二相编码(曼彻斯特编码)。基本上，二相编码通过在位间隔中间具有跳变而克服了统计数据和定时问题。通过在时钟中间从高到低的电平变化来代表“1”，而通过在时钟中间从低到高的电平变化来代表“0”。这意味着在中点处总是会有跳变，因此可以维持同步。在另一实施例中，二相编码被用作一种误差检测，因为在中点如果没有跳变发生，就表示发生了错误。
在另一实施例中，交流电压的供电频率，即导频音，在可听的音频带之外和/或高于18kHz，和/或低于100Hz，包括直流电压。
进一步地，在另一实施例中，电平监控设备是单独的设备和/或处于音频放大器中，其中采用所述电平监控设备来监控交流电压(导频音)的电平。
在另一实施例中，除了检查扬声器故障和/或扬声器电缆故障之外，在控制设备和监控设备之间的通信还用于一般的输入和/或输出控制。一般的输入控制的例子是对音量的控制(“音量控制”)和/或对背景音乐的选择(“背景音乐选择”)。一般的输出控制的例子是“音量覆盖”和/或打开/关闭警报指示器和/或标记。
进一步地，在另一实施例中，能量存储单元是至少一个电容器和/或至少一个电池和/或至少一个充电电池。

Claims (16)

1、公共广播系统，包括至少一个监控设备和传输介质，
—其中所述监控设备连接到所述传输介质，
—其中由具有出现在所述传输介质上的供电频率的交流电压来向所述监控设备供电，
—其中所述监控设备在所述传输介质上利用载波频率接收和/或发送通信信号，
—其中所述载波频率和所述供电频率不同。
2、根据权利要求1所述的公共广播系统，其特征在于所述公共广播系统还包括至少一个扬声器，其中所述扬声器接收在同一传输介质中出现的音频信号。
3、根据前述权利要求之一所述的公共广播系统，其特征在于所述监控设备连接到所述传输介质的至少一个末端。
4、根据前述权利要求之一所述的公共广播系统，其特征在于所述公共广播系统还包括至少一个电平监控设备，其中所述电平监控设备用于监控所述交流电压的电平。
5、根据前述权利要求之一所述的公共广播系统，其特征在于至少一个扬声器线路是所述传输介质。
6、一种公共广播系统的控制设备，优选为根据前述权利要求之一所述的公共广播系统的控制设备，其特征在于所述控制设备用于通过使用所述传输介质上的载波频率接收和/或发送所述通信信号来轮询所述监控设备。
7、根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于所述控制设备用于在所述控制设备报告错误之前，多次轮询所述监控设备。
8、一种公共广播系统的监控设备，优选为根据前述权利要求之一所述的公共广播系统的监控设备，包括
—至少一个电源单元，其中所述电源单元用于由具有出现在传输介质上的供电频率的交流电压来向所述监控设备供电，
—至少一个接收器和/或至少一个发送器，其中所述接收器和/或发送器用于使用同一传输介质上的载波频率接收和/或发送通信信号，其中所述载波频率和所述供电频率不同。
9、根据权利要求8所述的监控设备，其特征在于所述发送器发送所述监控设备和/或所述扬声器的状态信息。
10、根据权利要求8或9所述的监控设备，其特征在于所述发送器在发送时被激活。
11、根据前述权利要求之一所述的监控设备，其特征在于具有至少一个能量存储单元，其中所述能量存储单元优选为至少一个电容器和/或至少一个电池和/或至少一个充电电池。
12、根据前述权利要求之一所述的监控设备，其特征在于所述监控设备与至少一个扬声器相关联，其中所述监控设备监控所述扬声器的功能，特别是通过管理流过所述扬声器的至少一个线圈的电流来监控所述扬声器的功能。
13、根据前述权利要求之一所述的监控设备，其特征在于所述供电频率高于18kHz和/或低于100Hz和/或是直流电，特别地，所述供电频率为20kHz。
14、根据前述权利要求之一所述的监控设备，其特征在于所述载波频率高于可听的音频带，特别的，所述载波频率为75kHz。
15、根据前述权利要求之一所述的监控设备，其特征在于所述通信信号是相移键控(PSK)调制信号，特别是差分相移键控(DPSK)调制信号或者二进制差分相移键控(二进制DPSK)调制信号。
16、根据前述权利要求之一所述的监控设备，其特征在于所述通信信号包含二相编码数据。
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