CN114545821B - 一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统 - Google Patents

一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，包括电源模块，终端控制器，与终端控制器连接的存储器、供电电路、第一RS485接口、第一DA转换器和以太网接口，运行在终端控制器上的终端控制软件，以及与第一DA转换器连接的音频功率放大器；所述供电电路连接话机的供电端，所述第一RS485接口连接话机的第二RS485接口，所述第二RS485接口连接有AD数据采集器和第二DA转换器；所述音频功率放大器连接若干扬声器；所述以太网接口连接音频中转控制系统。本发明中音频数据的所有传输过程都是将音频数据从模拟信号转换为数字信号来传输的，提高了信号传输的稳定性，另外传输速率也得到了提升。

Description

一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统
技术领域
本发明涉及机载音频传输和控制技术领域，具体而言，涉及一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统。
背景技术
机载客舱的终端控制系统主要完成话机语音数据的采集、音频数据的传输、音频数据的播放和系统自检，由话机、音频处理板、电源板、功放板和扬声器组成，话机为音频采集前段设备，数据协议转换和自检由终端控制器通过软件完成，扬声器为系统末端设备。终端控制系统是整个客舱语音服务系统的末端系统，主要为驾驶员与客舱乘务员提供内话和广播服务的输入输出接口，数量多且布局分散，基本要覆盖飞机上的所有区域。
传统机载音频传输和控制系统大都采用独立的数据线进行音频数据传输，随着现代化网络技术和机载娱乐系统服务多样化的迅速发展，给传统机载音频传输和控制系统带来了极大的冲击，原有依赖数据线进行音频数据传输带来的布线复杂、拓展性差、难以实现接口的动态管理的问题也愈加明显
发明内容
本发明旨在提供一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，以解决传统机载音频传输和控制系统大都采用独立的数据线进行音频数据传输存在的问题。
本发明提供的一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，包括电源模块，终端控制器，与终端控制器连接的存储器、供电电路、第一RS485接口、第一DA转换器和以太网接口，运行在终端控制器上的终端控制软件，以及与第一DA转换器连接的音频功率放大器；所述供电电路连接话机的供电端，所述第一RS485接口连接话机的第二RS485接口，所述第二RS485接口连接有AD数据采集器和第二DA转换器；所述音频功率放大器连接若干扬声器；所述以太网接口连接音频中转控制系统。
进一步的，所述终端控制系统还包括与电源模块连接的供电保护电路。
进一步的，所述终端控制软件包括常驻驱动程序和应用程序；
所述常驻驱动程序用于完成应用程序的启动引导和升级替换；
所述应用程序用于实现终端控制器软件的核心数据处理功能。
进一步的，所述应用程序实现的终端控制器软件的核心数据处理功能模块包括：网络控制管理模块、广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块、话机音频接收管理模块、远程加载管理模块、用户配置管理模块、运行状态管理模块、中断管理模块和自检管理模块。
进一步的，各核心数据处理功能模块的功能如下：
网络控制管理模块：用于周期发送自身IP地址和以太网接口连接状态给其他音频中转控制系统；接收网络配置报文，根据网络配置报文中IP地址和以太网接口连接状态配置自身IP地址和以太网接口连接状态；所述音频中转控制系统用于根据广播/内话音频报文IP转发路由配置表完成广播和内话音频数据报文的分发；
广播音频接收管理模块：用于从以太网接口接收来自音频中转控制系统的广播音频报文，将广播音频、扬声器使能和音量组装成数据总线报文输出给音频功率放大器；
内话音频接收管理模块：用于从以太网接口接收来自音频中转控制系统的内话音频报文，将内话音频、话机指示灯信息组装成485总线报文发送给话机；
话机音频接收管理模块：用于接收485总线报文，将话机音频、话机按键、软硬件构型状态和软硬件自检状态汇总组装成网络接口报文发送给音频中转控制系统；
远程加载管理模块：用于接收远程加载报文并进行数据解析，将校验正确的文件数据存储到终端控制器的本地FLASH中，并将数据解析结果发送给终端，文件传输完成且校验正确后，更新系统文件更新标识；
用户配置管理模块：用于接收用户命令并作出响应；所述用户命令包括故障查询命令、故障清除命令、设备序列号查询命令、设备序列号设置命令、本地网络配置查询命令、本地网络配置设置命令；
运行状态管理模块：用于接收模式控制命令，完成终端控制系统运行状态的转换；
中断管理模块：用于接收外部定时器时钟中断信号，为广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块和话机音频接收管理模块提供精确的时钟信号；
自检管理模块：用于完成以太网接口、第一RS485接口、第二RS485接口、电源模块、音频功率放大器、话机、存储器的上电自检、周期自检和启动自检。
进一步的，所述终端控制系统运行状态包括断电状态、上电状态、初始化状态、运行状态、维护状态和加载状态。
进一步的，所述终端控制器软件的核心数据处理功能模块以及终端控制系统的各运行状态之间的调用逻辑包括：
(1)终端控制系统上电；
(2)完成终端控制系统软硬件的初始化处理；
(3)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为初始化状态，是则进行步骤(4)，否则进行步骤(6)；
(4)判断上电状态，如果完成上电则进行步骤(5)，否则进行步骤(6)；
(5)将运行状态变量SYS_Mode_Cur赋值为运行状态；
(6)调用网络控制管理模块、广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块、话机音频接收管理模块、运行状态管理模块、中断管理模块和自检管理模块中的周期自检和上电自检；
(7)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为重启，是则进行步骤(8)，否则进行步骤(10)；
(8)通过计算当前时间与重启命令接收时间的差值获取重启命令等待时间；
(9)如果重启命令等待时间为设定时间，则重启终端控制器软件，退出终端控制系统，否则进行步骤(3)；
(10)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为加载状态，是则调用远程加载管理，否则进行步骤(11)；
(11)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为维护状态，是则调用用户配置管理模块和自检管理模块中的启动自检，否则进行步骤(3)。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中音频数据在终端控制系统内部传输使用RS485总线，在系统外部传输使用以太网，所有传输过程都是将音频数据从模拟信号转换为数字信号来传输的，提高了信号传输的稳定性，另外传输速率也得到了提升。
2、本发明中数据协议转换通过终端控制器软件来实现，简化了系统设计的复杂度，增强了系统的可扩展性；
3、本发明中终端控制器软件通过以太网就可以完成程序升级加载、故障信息查询/删除、设备配置信息查询/修改，大大提升了系统维护的便捷性，节约了人力、物力、财力的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中机载客舱音频采集和播放的终端控制系统的架构图。
图2为本发明实施例中机载客舱音频采集和播放的终端控制系统的终端控制系统软件各个功能模块的实现框图。
图3为本发明实施例中机载客舱音频采集和播放的终端控制系统的各个运行状态之间转换的示意图。
图4为本发明实施例中终端控制器软件的核心数据处理功能模块以及终端控制系统的各运行状态之间的调用逻辑的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，包括电源模块，终端控制器，与终端控制器连接的存储器、供电电路、第一RS485接口、第一DA转换器和以太网接口，运行在终端控制器上的终端控制软件，以及与第一DA转换器连接的音频功率放大器；所述供电电路连接话机的供电端，所述第一RS485接口连接话机的第二RS485接口，所述第二RS485接口连接有AD数据采集器和第二DA转换器；所述音频功率放大器连接若干扬声器；所述以太网接口连接音频中转控制系统。在一些实施例中，所述终端控制系统还包括与电源模块连接的供电保护电路。
所述终端控制系统实现的功能为：终端控制系统接收音频中转控制系统转发的音频数据，将音频数据解码后通过音频功率放大器和第一DA转换器和第二DA转换器等，完成数字信号到模拟信号的转换后，直接驱动若干个个独立的扬声器和/或话机发声。具体地：终端控制系统在系统前端进行音频数据的采集和模数转换，然后通过RS485总线传输给终端控制器，终端控制器完成音频数据从RS485接口协议到以太网接口协议的转换，最终传输给客舱的音频中转控制系统，由音频中转控制系统发送给驾驶舱、IFES或其他终端控制系统。终端控制系统同时也接收音频中转控制系统转发的来自驾驶舱、IFES或其他终端控制系统的音频数据，由内部的终端控制器完成音频数据从以太网接口协议到RS485接口协议的转换后，通过RS485总线传输给终端控制系统的末端电路，由末端电路完成音频信号的数模转换并播放出来。由此可见，音频数据在整个飞机的内部是通过数字信号进行传输通讯的，这种传输方式极大的提高了音频数据传输的抗干扰能力，同时终端控制系统的主要控制逻辑依赖终端控制器中的软件完成，也简化了系统设计的复杂度，提高了系统的可扩展性。
如图1所示，本实施例中所述终端控制的概述如下：
电源模块：输入28V DC；
扬声器：输出10个8Ω负载下含2Wrms；
2路以太网接口(可配套100MB数字总线)：用于与音频中转控制系统连接；所述音频中转控制系统包括广播音频控制系统和内话音频控制系统；
第一RS485接口和第二RS485接口：用于话机与终端控制器总线通讯；
存储器：选用EPROM存储器，用于存储设备配置信息和故障日志等。
在一些实施例中，所述终端控制器选用STM32F746VG处理器实现，工作主频为216M。运行在终端控制器上的所述终端控制软件包括常驻驱动程序和应用程序；
所述常驻驱动程序用于完成应用程序的启动引导和升级替换，一般由厂家通过JLink加载器连接到目标版烧写完成，后续不可升级更改；
所述应用程序用于实现终端控制器软件的核心数据处理功能，可通过维护配置软件由以太网接口完成升级更新。所述应用程序实现的终端控制器软件的核心数据处理功能模块包括：网络控制管理模块、广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块、话机音频接收管理模块、远程加载管理模块、用户配置管理模块、运行状态管理模块、中断管理模块和自检管理模块。
如图2所示，各核心数据处理功能模块的功能如下：
网络控制管理模块：用于周期发送自身IP地址和以太网接口连接状态给其他音频中转控制系统；接收网络配置报文，根据网络配置报文中IP地址和以太网接口连接状态配置自身IP地址和以太网接口连接状态；所述音频中转控制系统用于根据广播/内话音频报文IP转发路由配置表完成广播和内话音频数据报文的分发；
广播音频接收管理模块：用于从以太网接口NET1或NET2接收来自音频中转控制系统的广播音频报文，将广播音频、扬声器使能和音量组装成数据总线报文输出给音频功率放大器；
内话音频接收管理模块：用于从以太网接口NET1或NET2接收来自音频中转控制系统的内话音频报文，将内话音频、话机指示灯信息组装成485总线报文发送给话机；
话机音频接收管理模块：用于接收485总线报文，将话机音频、话机按键、软硬件构型状态和软硬件自检状态汇总组装成网络接口报文发送给音频中转控制系统；
远程加载管理模块：用于接收远程加载报文并进行数据解析，将校验正确的文件数据存储到终端控制器的本地FLASH中，并将数据解析结果发送给终端，文件传输完成且校验正确后，更新系统文件更新标识；
用户配置管理模块：用于接收用户命令并作出响应；所述用户命令包括故障查询命令、故障清除命令、设备序列号查询命令、设备序列号设置命令、本地网络配置查询命令、本地网络配置设置命令；
运行状态管理模块：用于接收模式控制命令，完成终端控制系统运行状态的转换；
中断管理模块：用于接收外部定时器时钟中断信号，为广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块和话机音频接收管理模块提供精确的时钟信号；
自检管理模块：用于完成以太网接口、第一RS485接口、第二RS485接口、电源模块、音频功率放大器、话机、存储器的上电自检、周期自检和启动自检。
如图3所示，所述终端控制系统运行状态包括断电状态、上电状态、初始化状态、运行状态、维护状态和加载状态：
断电状态：无28V直流输入；
上电状态：有28V直流输入；
初始化状态：完成硬件工作时钟、网络接口、485接口和数据总线等工作参数的配置、全局变量初始化和上电自检；
运行状态：完成音频数据的接收和发送处理、音频数据格式转换、周期自检、网络接口管理、故障检测和存储功能；
维护状态：完成扬声器、EPROM存储器、以太网接口、第一RS485接口、第二RS485接口、供电电路、供电保护电路、第一DA转换器、第二DA转换器、话机和音频功率放大器等设备的启动自检，设备参数(比如设备序列号、MAC地址、网络通讯接口等)的配置；
加载状态：完成终端控制系统的远程加载和故障日志的上传。
终端控制器软件的应用程序在中断控制器(STM32F746VG处理器)中由一个主任务完成所有功能模块的调度处理，如图4所示，所述终端控制器软件的核心数据处理功能模块以及终端控制系统的各运行状态之间的调用逻辑包括：
(1)终端控制系统上电；
(2)完成终端控制系统软硬件的初始化处理；
(3)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为初始化状态，是则进行步骤(4)，否则进行步骤(6)；
(4)判断上电状态，如果完成上电则进行步骤(5)，否则进行步骤(6)；
(5)将运行状态变量SYS_Mode_Cur赋值为运行状态；
(6)调用网络控制管理模块、广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块、话机音频接收管理模块、运行状态管理模块、中断管理模块和自检管理模块中的周期自检和上电自检；
(7)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为重启，是则进行步骤(8)，否则进行步骤(10)；
(8)通过计算当前时间与重启命令接收时间的差值获取重启命令等待时间；
(9)如果重启命令等待时间为设定时间(如5s)，则重启终端控制器软件，退出终端控制系统，否则进行步骤(3)；
(10)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为加载状态，是则调用远程加载管理，否则进行步骤(11)；
(11)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为维护状态，是则调用用户配置管理模块和自检管理模块中的启动自检，否则进行步骤(3)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，其特征在于，包括电源模块，终端控制器，与终端控制器连接的存储器、供电电路、第一RS485接口、第一DA转换器和以太网接口，运行在终端控制器上的终端控制软件，以及与第一DA转换器连接的音频功率放大器；所述供电电路连接话机的供电端，所述第一RS485接口连接话机的第二RS485接口，所述第二RS485接口连接有AD数据采集器和第二DA转换器；所述音频功率放大器连接若干扬声器；所述以太网接口连接音频中转控制系统；
所述终端控制软件包括常驻驱动程序和应用程序；
所述常驻驱动程序用于完成应用程序的启动引导和升级替换；
所述应用程序用于实现终端控制器软件的核心数据处理功能；
所述应用程序实现的终端控制器软件的核心数据处理功能模块包括：网络控制管理模块、广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块、话机音频接收管理模块、远程加载管理模块、用户配置管理模块、运行状态管理模块、中断管理模块和自检管理模块；
各核心数据处理功能模块的功能如下：
网络控制管理模块：用于周期发送自身IP地址和以太网接口连接状态给其他音频中转控制系统；接收网络配置报文，根据网络配置报文中IP地址和以太网接口连接状态配置自身IP地址和以太网接口连接状态；所述音频中转控制系统用于根据广播/内话音频报文IP转发路由配置表完成广播和内话音频数据报文的分发；
广播音频接收管理模块：用于从以太网接口接收来自音频中转控制系统的广播音频报文，将广播音频、扬声器使能和音量组装成数据总线报文输出给音频功率放大器；
内话音频接收管理模块：用于从以太网接口接收来自音频中转控制系统的内话音频报文，将内话音频、话机指示灯信息组装成485总线报文发送给话机；
话机音频接收管理模块：用于接收485总线报文，将话机音频、话机按键、软硬件构型状态和软硬件自检状态汇总组装成网络接口报文发送给音频中转控制系统；
远程加载管理模块：用于接收远程加载报文并进行数据解析，将校验正确的文件数据存储到终端控制器的本地FLASH中，并将数据解析结果发送给终端，文件传输完成且校验正确后，更新系统文件更新标识；
用户配置管理模块：用于接收用户命令并作出响应；所述用户命令包括故障查询命令、故障清除命令、设备序列号查询命令、设备序列号设置命令、本地网络配置查询命令、本地网络配置设置命令；
运行状态管理模块：用于接收模式控制命令，完成终端控制系统运行状态的转换；
中断管理模块：用于接收外部定时器时钟中断信号，为广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块和话机音频接收管理模块提供精确的时钟信号；
自检管理模块：用于完成以太网接口、第一RS485接口、第二RS485接口、电源模块、音频功率放大器、话机、存储器的上电自检、周期自检和启动自检。
2.根据权利要求1所述的机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，其特征在于，所述终端控制系统还包括与电源模块连接的供电保护电路。
3.根据权利要求1所述的机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，其特征在于，所述终端控制系统运行状态包括断电状态、上电状态、初始化状态、运行状态、维护状态和加载状态。
4.根据权利要求3所述的机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，其特征在于，所述终端控制器软件的核心数据处理功能模块以及终端控制系统的各运行状态之间的调用逻辑包括：
(1)终端控制系统上电；
(2)完成终端控制系统软硬件的初始化处理；
(3)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为初始化状态，是则进行步骤(4)，否则进行步骤(6)；
(4)判断上电状态，如果完成上电则进行步骤(5)，否则进行步骤(6)；
(5)将运行状态变量SYS_Mode_Cur赋值为运行状态；
(6)调用网络控制管理模块、广播音频接收管理模块、内话音频接收管理模块、话机音频接收管理模块、运行状态管理模块、中断管理模块和自检管理模块中的周期自检和上电自检；
(7)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为重启，是则进行步骤(8)，否则进行步骤(10)；
(8)通过计算当前时间与重启命令接收时间的差值获取重启命令等待时间；
(9)如果重启命令等待时间为设定时间，则重启终端控制器软件，退出终端控制系统，否则进行步骤(3)；
(10)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为加载状态，是则调用远程加载管理，否则进行步骤(11)；
(11)判断运行状态变量SYS_Mode_Cur是否为维护状态，是则调用用户配置管理模块和自检管理模块中的启动自检，否则进行步骤(3)。
5.根据权利要求1所述的机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，其特征在于，所述存储器为EEPROM存储器。
6.根据权利要求1所述的机载客舱音频采集和播放的终端控制系统，其特征在于，所述终端控制器选用STM32F746VG处理器实现。
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