CN104219636A - 基于紫蜂协议的无线广播系统 - Google Patents

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张胜
陈铭永
吴锦飞
梅阳阳
钱忆
张晋
倪晗悦
侯小湄
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Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
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Abstract

本发明是一种基于紫蜂协议(Zigbee)无线通信及PCM编译码的无线广播系统,语音信号处理电路(1)、PCM编码及多路时钟发生电路(2)、信号发送电路(3)顺序连接,信号发送电路(3)将信号发送至Zigbee无线网络(4),信号经过Zigbee无线网络(4)分别传输到第一无线接收电路(5-1)、第二无线接收电路(5-2)、…、第n无线接收电路(5-n),第一无线接收电路、第一PCM译码电路、第一语音输出电路顺序连接,第二无线接收电路、第二PCM译码电路、第二语音输出电路顺序连接,第n无线接收电路、第nPCM译码电路、第n语音输出电路顺序连接。具有自动组网、可加密传输、高保真无线信号传输、安装维护简单易操作、扩容能力强、低成本、低功耗、工作在2.4GHz免执照频段。

Description

基于紫蜂协议的无线广播系统
技术领域
[0001] 本发明是基于紫蜂协议(Zigbee)的无线广播系统,属于无线通信的技术领域。
背景技术
[0002] 广播系统是传播公共信息的一种工具,广泛应用于工厂、校园、车站、办公楼等公 共场所。广播系统可以播放背景音乐,在突发紧急事故时转为警报广播。
[0003] 随着无线通信技术的发展,无线广播技术的研究和运用正受到越来越多的关注。 早期的广播系统采用有线广播,有线广播需要立杆架线,成本极高,而且覆盖范围有限,信 号失真也较为严重;而现在较为流行的无线广播系统采用无线调幅或调频技术,实现了语 音信号的无线传输,避免了立杆架线麻烦,同时具有使用方便和成本低等优点,但也存在一 些不足,如地下管道、大楼地下室等一些无线信号不能直接接收或一时没有现成广播系统 的地方,就不能随时应用。本系统的主要功能就是实现上述应急通信,为消防、救援等需要 应急通信的场合提供应急广播服务。
发明内容
[0004] 技术问题:本发明的目的是提供一种低成本高性能的应急无线广播系统,是一套 基于紫蜂协议(Zigbee)无线通信及脉冲编码调制(PCM)编译码的无线广播系统,可以为 多个终端设备提供语音广播,实现语音信号的高保真传输,还具有加密传输、自动组网等功 能。
[0005] 技术方案:本发明的基于Zigbee的无线广播系统包括语音信号处理电路、PCM编 码及多路时钟发生电路、信号发送电路、Zigbee无线网络、第一无线接收电路、第二无线接 收电路、…、第η无线接收电路、第一 PCM译码电路、第二PCM译码电路、…、第nPCM译码 电路、第一语音输出电路、第二语音输出电路、…、第η语音输出电路;其中,语音信号处理 电路、PCM编码及多路时钟发生电路、信号发送电路顺序连接,信号发送电路将信号发送至 Zigbee无线网络,信号经过Zigbee无线网络分别传输到第一无线接收电路、第二无线接收 电路、…、第η无线接收电路,第一无线接收电路、第一 PCM译码电路、第一语音输出电路顺 序连接,第二无线接收电路、第二PCM译码电路、第二语音输出电路顺序连接,第η无线接收 电路、第nPCM译码电路、第η语音输出电路顺序连接。
[0006] 所述的语音信号放大电路采用一个话筒和一个型号为"0Ρ07"的集成电路,其中, 话筒实现语音信号的声-电转换,转换后的信号经过一个电容器隔离直流信号后再经过一 个电阻器后接到型号为"0Ρ07"的IN-端,型号为"0Ρ07"的集成电路的IN-端和OUT端通 过一个滑动变阻器连接,改变滑动变阻器的大小可以对信号进行放大。
[0007] 所述的PCM编码及多路时钟发生电路采用型号为"TP3067"的集成电路,其中, 语音信号分别经过一个固定电阻器和一个滑动变阻器接到型号为"TP3067"集成电路的 VFxI-端和GSx端,型号为"TP3067"的集成芯片的FSx端接8KHz的脉冲信号、BCLKx端和 MCLKx端均接2. 048MHz的脉冲信号。
[0008] 所述的第一 PCM译码电路、第二PCM译码电路、…、第nPCM译码电路,具有相同的 电路结构,均采用型号为"TP3067"的集成电路,在该电路中,将二进制数字信号接到型号为 "TP3067"集成电路的DR端,型号为"TP3067"集成电路的VP0-通过一个电阻接到VPI端、 VFR0端通过一个滑动变阻器接到VPI端,型号为"TP3067"的集成芯片的FSR端接8KHz的 脉冲信号、BCLKR/CLKSEL端和MCLKR/PDn端均接2. 048MHz的脉冲信号,在型号为"TP3067" 的VP0+端可得到译码后的语音信号。
[0009] 所述的Zigbee无线网络采用型号为"CC2530"的集成模块电路,运用簇状网络拓 扑组成无线通信网络。
[0010] 所述的PCM编码及多路时钟发生电路、第一 PCM译码电路、第二PCM译码电路、…、 第nPCM译码电路中所需要的2. 048MHz主时钟信号采用型号为12C5A60S2的单片机产生; 2. 048MHz的时钟信号采用型号为74161的集成电路进行256分频获得8KHz的时钟信号。 [0011] 所述的信号发送电路采用型号为"CC2530"的集成电路,该电路将PCM编码输出的 数字信号发送至Zigbee无线网络,由Zigbee无线网络将数字信号发送到各个接收终端。
[0012] 所述的Zigbee无线网络由Zigbee协调器、Zigbee路由器组建,二者均由型号为 "CC2530"的集成电路构成。Zigbee协调器是一个全功能设备,是整个网络的控制者,它负 责自动组建网络、协调各个路由器并向路由器发送经过编码的数据;路由器作为数据的中 转站,可以和协调器进行相互通信,其主要作用是接收来自协调器的数据并发送给所有的 无线接收终端。
[0013] 有益效果:本无线广播系统采用了 Zigbee无线通信、PCM编译码等技术,具有如下 特点:1)自动组网;2)加密传输;3)高保真无线信号传输;4)安装维护简单;5)扩容能力 强;6)低成本、低功耗;7)工作在2. 4GHz免执照频段。
[0014] 1.低成本、低功耗:
[0015] 本广播系统采用型号为"CC2530"的Zigbee构建无线通信网络,并以型号为 "TP3067"的集成电路为编译码电路。本系统无线通信工作在2. 4GHz免执照频段,故整个系 统成本低;终端信号接收电路在低功耗模式下由两节5号电池可工作数月,整体电路可进 入休眠待机模式,功耗极低。
[0016] 2.采用PCM编译码技术,信号传输高保真:
[0017] 语音信号发送前处理及语音信号的还原均采用PCM脉冲编码调制技术。PCM脉冲 编码调制是把模拟信号数字化传输技术,它通过抽样、量化和编码,把一个时间连续、取值 连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号,通过Zigbee无线网络进行传输, 数字信号传输抗干扰能力强,传输质量高。
[0018] 3.系统可自动组网、实现容易:
[0019] 本系统的Zigbee无线网络部分由Zigbee协调器、Zigbee路由器等构成。协调器 能自动组网,它负责建立新的网络、发送网络信标、管理整个系统中的路由器、存储网络信 息等;一个系统中只有一个协调器,只要控制好协调器就能对整个系统进行控制了。
[0020] 4.可对多个终端进行广播、扩容能力强:
[0021] 一个路由器可以向多个终发送数据,最多可以连接255个无线终端。增加路由器 的数量可以对系统进行扩容。
附图说明
[0022] 图1是本发明系统总体设计框图,其中有:语音信号处理电路1、PCM编码及多路时 钟发生电路2、信号发送电路3、Zigbee无线网络4、第一无线接收5-1电路、第二无线接收 电路5-2、…、第η无线接收电路5-n、第一 PCM译码电路6-1、第二PCM译码电路6-2、…、 第nPCM译码电路6-n、第一语音输出电路7-1、第二语音输出电路7-2、…、第η语音输出电 路 7_η。
[0023] 图2是语音信号处理电路。
[0024] 图3是PCM编码电路。
[0025] 图4是PCM译码电路。
[0026] 图5是多路时钟信号发生模块电路,将2. 048MHz信号进行256分频。
具体实施方式
[0027] 1总体框图:
[0028] 本Zigbee无线广播系统由语音信号处理电路1、PCM编码及多路时钟发生电路2、 信号发送电路3、Zigbee无线网络4、第一无线接收5-1电路、第二无线接收电路5-2、…、 第η无线接收电路5-n、第一 PCM译码电路6-1、第二PCM译码电路6-2、…、第nPCM译码电 路6-n、第一语音输出电路7-1、第二语音输出电路7-2、…、第η语音输出电路7-n组成,系 统总体设计框图如图1所示:
[0029] 2无线广播网络:
[0030] Zigbee无线广播网络:
[0031] ZigBee是基于IEEE802. 15. 4标准的低功耗局域网协议,ZigBee技术是一种短距 离、低功耗的无线通信技术,相比较于其他无线通信技术具有低成本、低功耗、组网简单灵 活等优点。本广播系统采用型号为"CC2530"的Zigbee集成模块电路,并采用簇状网络拓 扑构建无线网络,簇状网络中协调器、路由器、终端设备功能清晰,组网简单灵活,占用资源 少,扩容能力强大。
[0032] 3语音信号处理技术
[0033] PCM编译码技术:
[0034] 脉冲编码调制(PulseCodeModulationPCM是一种模拟信号的数字化方法,即是对 模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,最后编码的过程。本系统将采集放大后的语音信号进 行PCM编码变成二进制数字信号后通过Zigbee无线网络进行传输,在终端接收设备中采 用PCM译码技术将二进制数字信号还原成语音信号。通过PCM编译码技术实现语音信号一 数字信号一语音信号的转换,系统中传输的是二进制的数字信号,具有抗干扰能力强、高保 真、高质量的优点。
[0035] 4具体模块简介:
[0036] 根据上述分析,本基于Zigbee的无线广播系统各模块电路作用如下:
[0037] 4.1语音信号处理电路
[0038] 本电路如图2所示,由话筒和型号为""0P07"的集成电路构成。话筒实现语音的 声-电转化,转换后的电信号通过型号为"0P07"的集成电路适当的放大后进入后一级的 PCM编码电路进打编码。
[0039] 4. 2PCM编码、PCM译码电路
[0040] PCM编码电路的功能是将连续的模拟语音信号通过抽样、量化、编码转化成只有 "0"和" 1"的二进制数字信号,而PCM译码电路则将二进制数字信号转化成模拟语音信号。
[0041] 本电路采用型号为"TP3067"的芯片,该芯片既可以编码,也可以进行译码。进行 编码时如图3所示,将语音信号接到语音信号输入端,在2. 048MHz的主时钟信号及8KHz的 编码时钟信号的驱动下,在PCM编码输出端就可以等到二进制的数字信号;进行PCM译码 时如图4所示,将二进制的数字信号接到PCM译码输入端,同样在2. 048MHz主时钟信号及 8KHz译码时钟信号的驱动下,语音信号输出端就可以得到与数字信号相关的语音信号,通 过扬声器放大电路就能得到语音了。
[0042] 4. 3多路PCM编译码时钟信号发生电路
[0043] PCM编译码电路在工作时需要频率为2. 048MHz的主时钟信号以及8KHz的编译码 时钟信号。多路时钟发生电路先采用型号为12C5A60S2的单片机通过内部的定时器产生频 率为2. 048MHz的脉冲信号作为PCM编译码的主时钟信号;如图5所示,该电路是256分频 电路,采用型号为"74161"的集成电路实现,"74161"是4位二进制可预置同步加法计数器, 将两个"74161"级联就可以实现256分频,将2. 048MHz的脉冲信号接到256分频电路的输 入端,在输出端可以得到8KHz的脉冲信号,即可作为PCM编译码的时钟信号。
[0044] 5Zigbee 无线网络
[0045] 本广播系统的无线通信网络采用Zigbee的簇状网络拓扑进行组建。
[0046] 整个Zigbee无线通信网络由Zigbee协调器、Zigbee路由器等组成,采用簇状网 络拓扑。协调器是一个全功能设备,一个网络系统中只能有一个协调器,是整个网络的中 心,负责自动组网、管理整个系统的路由器、向各个路由器发送信号;路由器作为网络的中 转站,负责将接收到的信号发送到终端设备,路由器是沟通终端设备与协调器的桥梁,每个 路由器可以管理数百个终端设备;终端设备接收到信号后送到下一级的处理电路进行处 理。通过增加路由器的数量就可以对无线网络进行扩容,所以本系统的扩容能力强大,而且 只要管理好网络中的唯一的一个协调器即可,组网及维护灵活简单。
[0047] 本Zigbee无线广播系统工作方式为:语音信号进入放大电路进行适当的放大, PCM编码电路将放大后的语音信号转化成只有"〇"和"i"的二进制数字信号,信号发送电路 将二进制数字信号发送到Zigbee无线网络,Zigbee无线网络自动组建无线通信网络,二进 制数字信号通过Zigbee无线网络传输到各个无线接收电路,接收电路将接收到的二进制 数字信号送入PCM译码电路,PCM译码电路将数字信号还原成语音信号送到扬声器进行广 播。由于本系统具有自动组网功能,所以如果想要增大系统的容量,只要增加路由器及相关 终端设备的数量即可。

Claims (6)

1. 一种基于Zigbee的无线广播系统,其特征在于该系统包括:语音信号处理电路(1)、 PCM编码及多路时钟发生电路(2)、信号发送电路(3)、Zigbee无线网络(4)、第一无线接 收电路(5-1)、第二无线接收电路(5-2)、…、第η无线接收电路(5-n)、第一 PCM译码电路 (6-1)、第二PCM译码电路(6-2)、…、第nPCM译码电路(6-n)、第一语音输出电路(7-1)、第 二语音输出电路(7-2)、···、第η语音输出电路(7-n);其中,语音信号处理电路(1)、PCM编 码及多路时钟发生电路(2)、信号发送电路(3)顺序连接,信号发送电路(3)将信号发送至 Zigbee无线网络(4),信号经过Zigbee无线网络(4)分别传输到第一无线接收电路(5-1)、 第二无线接收电路(5-2)、…、第η无线接收电路(5-n),第一无线接收电路(5-1)、第一 PCM 译码电路¢-1)、第一语音输出电路(7-1)顺序连接,第二无线接收电路(5-2)、第二PCM译 码电路¢-2)、第二语音输出电路(7-2)顺序连接,第η无线接收电路(5-n)、第nPCM译码 电路(6-n)、第η语音输出电路(7-n)顺序连接。
2. 根据权利要求1所述的基于Zigbee的无线广播系统,其特征在于所述的语音信号 放大电路⑴采用一个话筒和一个型号为"0P07"的集成电路,其中,话筒实现语音信号的 声-电转换,转换后的信号经过一个电容器隔离直流信号后再经过一个电阻器后接到型号 为"0P07"的IN-端,型号为"0P07"的集成电路的IN-端和OUT端通过一个滑动变阻器连 接,改变滑动变阻器的大小可以对信号进行放大。
3. 根据权利要求1所述的基于Zigbee的无线广播系统,其特征在于所述的PCM编码 及多路时钟发生电路(2)采用型号为"TP3067"的集成电路,其中,语音信号分别经过一个 固定电阻器和一个滑动变阻器接到型号为"TP3067"集成电路的VFxI-端和GSx端,型号为 "TP3067"的集成芯片的FSx端接8KHz的脉冲信号、BCLKx端和MCLKx端均接2. 048MHz的 脉冲信号。
4. 根据权利要求1所述的基于Zigbee的无线广播系统,其特征在于所述的第一 PCM译 码电路(6-1)、第二PCM译码电路(6-2)、…、第nPCM译码电路(6-n),具有相同的电路结构, 均采用型号为"TP3067"的集成电路,在该电路中,将二进制数字信号接到型号为"TP3067" 集成电路的DR端,型号为"TP3067"集成电路的VP0-通过一个电阻接到VPI端、VFR0端通 过一个滑动变阻器接到VPI端,型号为"TP3067"的集成芯片的FSR端接8KHz的脉冲信号、 BCLKR/CLKSEL端和MCLKR/PDn端均接2. 048MHz的脉冲信号,在型号为"TP3067"的VP0+端 可得到译码后的语音信号。
5. 根据权利要求1所述的基于Zigbee的无线广播系统,其特征在于所述的Zigbee无 线网络⑷采用型号为"CC2530"的集成模块电路,运用簇状网络拓扑组成无线通信网络。
6. 根据权利要求1所述的基于Zigbee的无线广播系统,其特征在于所述的PCM编码 及多路时钟发生电路(2)、第一 PCM译码电路(6-1)、第二PCM译码电路(6-2)、…、第nPCM 译码电路(6-n)中所需要的2. 048MHz主时钟信号采用型号为12C5A60S2的单片机产生; 2. 048MHz的时钟信号采用型号为74161的集成电路进行256分频获得8KHz的时钟信号。
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