CN201294640Y - 支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端 - Google Patents

Abstract

支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备是一种将Ad hoc网络与蜂窝通信系统相融合的终端设备。当终端本身无法接入蜂窝网时，可使用蓝牙组建Ad hoc网络，并通过Ad hoc网络接入蜂窝网，使Ad hoc网络内各个设备之间、Ad hoc网络内设备与蜂窝网内设备之间，能够进行实时的语音和数据传输。该设备由音频编解码处理模块、核心模块、蓝牙模块、蜂窝模块所组成。由于其具有自组织功能，可以在终端本身无法接入蜂窝网时，使用蓝牙组建Ad hoc网络，并通过Ad hoc网络接入蜂窝网，使Ad hoc网络内各个设备之间、Ad hoc网络内设备与蜂窝网内设备之间，能够进行实时的语音和数据通信，从而扩展系统的覆盖范围，提高系统的容量。

Description

支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端

技术领域

本发明采用将Ad hoc网络与蜂窝通信系统相融合的设计思想，可用于在终端本身无法接入蜂窝网时，使用蓝牙组建Ad hoc网络，并通过Ad hoc网络接入蜂窝网，使Ad hoc网络内各个设备之间、Ad hoc网络内设备与蜂窝网内设备之间，能够进行实时的语音和数据通信；该设备隶属于无线通信设备技术领域。

背景技术

移动自组织网络(亦称为无线Ad hoc网络)是一种不需要固定基础设施的多跳无线网络，它没有固定的路由器，所有的节点都是可以移动的，无需任何预先铺设的网络设施就可实现快速自动组网，具有无中心、自组织、动态拓扑、无约束移动和多跳路由等特点，因此可以作为现有许多通信网络的扩展和接入手段。

公众蜂窝移动通信系统可以为移动终端提供实时的通信服务，但是在一些没有基站覆盖的偏远地区、用户数量众多的大型展会和卖场等热点区域以及发生突发性灾难的情况下，采用将Ad hoc网络与蜂窝通信系统相结合，可以扩展整个系统的覆盖范围，提高系统的容量。

蓝牙(Bluetooth)作为一个开放的、短距离无线通信技术标准，它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备之间、固定设备与移动设备、以及移动设备之间的网络互联，可以在各种设备之间实现灵活的、安全的、低成本的、小功耗的语音通信和数据通信。蓝牙支持点对点和点对多点的工作方式，可以灵活地组网。蓝牙规范也支持蓝牙以Ad Hoc模式进行工作，即每个蓝牙设备都可以在网络中实现路由功能，从而形成蓝牙Ad Hoc网络。

选择使用蓝牙来实现Ad hoc网络，主要是考虑到蓝牙支持点对点和点对多点的工作方式，可以通过无线连接的方式实现终端之间的网络互联，并以Ad Hoc模式进行灵活地组网，即每个蓝牙设备都可以在网络中实现路由功能，从而形成蓝牙Ad Hoc网络，实现各终端之间灵活的、安全的、低成本的、小功耗的语音和数据通信。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备。由于其具有自组织功能，可以在终端本身无法接入蜂窝网时，使用蓝牙组建Ad hoc网络，并通过Ad hoc网络接入蜂窝网，使Ad hoc网络内各个设备之间、Ad hoc网络内设备与蜂窝网内设备之间，能够进行实时的语音和数据通信，从而扩展系统的覆盖范围，提高系统的容量。

技术方案：本发明是一种基于音频编解码技术、蓝牙技术、GSM技术以及双网融合技术的嵌入式通信终端设备。主要由音频编解码处理模块、核心模块、蓝牙模块、蜂窝模块所组成。音频编解码处理模块包括：CODEC芯片、声码器芯片、晶振A、模拟音频接口，其中CODEC芯片与声码器芯片相连接，蜂窝模块通过模拟音频接口与CODEC芯片相连输入输出模拟音频信号，核心模块通过通用IO接口与声码器芯片相连接。核心模块包括：微处理器、晶振B、晶振C、复位、JTAG调试口、数据寄存器、闪存、异步串行通行口驱动器A、异步串行通行口驱动器B、RS232接口A、RS232接口B、USB主口、USB从口、以太网收发器、晶振D、RJ45接头，其中音频编解码处理模块通过通用IO接口与微处理器相连接，蓝牙模块通过USB主口与微处理器相连接，蜂窝模块通过RS232接口与异步串行通行口驱动器B相连接，CODEC芯片通过模拟音频接口与蜂窝模块相连输入输出模拟音频信号。微处理器分别与晶振B、晶振C、复位、JTAG调试口、数据寄存器、闪存、异步串行通行口驱动器A、异步串行通行口驱动器B、USB主口、USB从口、以太网收发器相接，以太网收发器通过RJ45接头接至局域网网线。

CODEC芯片的“CLK、SADD、DI、DO”、“SYNC”以及“IOCK”端分别对应接声码器芯片的“CLK_O、CD_SADD、TX_DO、RX_DI”、“TX_STRB、RX_STRB”以及“TX_O_CLK、RX_I_CLK”端；CODEC芯片的模拟音频信号输入端“MICIN”、输出端“AOUTP”对应接模拟音频接口的模拟音频输出、输入端。

模拟音频接口的模拟音频输入、输出端对应接蜂窝模块的模拟音频信号输出、输入端。

声码器芯片的“CHS_O_CLK、CHS_DO、CHS_I_STRB、CHS_O_STRB、CHS_IBF、CHS_OBE、CHS_I_CLK、CHS_DI、DPE、EPR、RESETN”端分别对应接微处理器的“PB2、PB9、PB7、PA2、PB1、PB0、PA29、PB4、PB3、PB5、PB6”端。

数据寄存器的数据端“D”和地址端“A”分别和微处理器的数据端“D”和地址端“A”相接。

闪存的数据端“D”和地址端“A”分别和微处理器的数据端“D”和地址端“A”相接。

微处理器的“DTXD、DRXD”端对应接异步串行通行口驱动器A的“T1IN、R2OUT”端；微处理器的“RTS1、TXD1、DTR1、DCD1、DSR1、RXD1、CTS1、RI1”端对应接异步串行通行口驱动器B的“T1IN、T2IN、T3IN、R1OUT、R2OUT、R3OUT、R4OUT、R5OUT”端。

蓝牙模块的的USB接口与核心模块的USB主口相连接。

蜂窝模块的RS232接口与核心模块的RS232接口B相连接。

有益效果：该发明具有如下优点：

1)具有无线自组织功能，可以在一些没有基站覆盖的偏远地区、用户数量众多的大型展会和卖场等热点区域以及发生突发性灾难的情况下，使用蓝牙组建Adhoc网络，使网络内各个设备之间能够进行实时的语音和数据通信；

2)可以将蓝牙组建的Ad hoc网络接入蜂窝网，使Ad hoc网络内设备与蜂窝网内设备之间也能够进行实时的语音和数据通信，实现双网融合功能；

3)可以实现实时、较高速率的语音和数据传输并实时监控；

4)终端之间采用蓝牙方式无线连接，数据传输安全可靠；

5)所采用无线通信方式的发射功率都遵循国际标准，对人体安全，可穿透电介质，不受非金属障碍物影响；

6)低功耗，运行更稳定，寿命更长；

7)低成本，便于推广。

附图说明

图1是本发明的总体结构框图。其中有：音频编解码处理模块100、核心模块200、蓝牙模块1、GSM模块2、CODEC芯片3、声码器芯片4、晶振A5、模拟音频接口6、微处理器7、晶振B8、晶振C9、复位10、JTAG口11、数据寄存器12、闪存13、异步串行通行口驱动器A14、异步串行通行口驱动器B15、RS232接口A16、RS232接口B17、USB主口18、USB从口19、以太网收发器20、晶振D21以及RJ45接头22。

图2是本发明的应用场景示意图。

图3是本发明的电路原理图。其中：图3-1是声码器芯片4和晶振A5原理图，图3-2是CODEC芯片3和模拟音频接口6原理图，图3-3是以太网收发器20和晶振D21原理图，图3-4是异步串行通行口驱动器A14、异步串行通行口驱动器B15、RS232接口A16以及RS232接口B17原理图，图3-5是RJ45接头22原理图，图3-6是微处理器7原理图，图3-7是晶振B8和晶振C9原理图，图3-8是数据寄存器12原理图，图3-9是复位10和JTAG调试口11原理图，图3-10是闪存13和USB从口19原理图，图3-11是USB主口18原理图。

具体实施方式

嵌入式终端设备总体结构框图

该发明包括音频编解码处理模块、核心模块、蓝牙模块和蜂窝模块。音频编解码处理模块用于对模拟音频信号的A/D、编码、解码以及D/A输出播放功能；核心模块采用嵌入式Linux操作系统，以微处理器为核心，数据寄存器、闪存作为外围电路，其上运行Bluez、TCP/IP、JRTP协议栈、音频编解码处理模块的驱动程序以及蜂窝模块的驱动程序；蓝牙模块上运行主机控制接口(HCI)层以下的蓝牙协议；蜂窝模块上运行GSM协议栈；两者皆用于调制解调、接收和发送电磁波。

嵌入式终端设备的应用场景

在蜂窝网可以覆盖到的区域，当终端有语音呼叫或数据发送需求时，可以直接使用蜂窝模块接入蜂窝网进行语音或数据通信；在一些没有基站覆盖的偏远地区、用户数量众多的大型展会和卖场等热点区域以及发生突发性灾难的情况下，终端本身无法直接接入蜂窝网，则使用蓝牙组建Ad hoc网络与目的终端建立连接。若通过Ad hoc网络无法直接连接到目的终端，则选择距离本终端多跳连接跳数最少且有蜂窝信号的终端作为网关设备接入蜂窝网，与目的终端建立连接，这样使得无论Ad hoc网络内各个设备之间还是Ad hoc网络内设备与蜂窝网内设备之间，都能够进行实时的语音和数据通信，从而扩展了整个系统的覆盖范围，提高了系统的总体容量。

电路原理图

图3为该发明的电路原理图，其中主要包括CODEC芯片3、声码器芯片4、晶振A5、模拟音频接口6、微处理器7、晶振B8、晶振C9、复位10、JTAG口11、数据寄存器12、闪存13、异步串行通行口驱动器A14、异步串行通行口驱动器B15、RS232接口A16、RS232接口B17、USB主口18、USB从口19、以太网收发器20、晶振D21以及RJ45接头22。

本发明(支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备)有机地结合了时下发展最迅猛的嵌入式技术、音频编解码技术、GSM技术和蓝牙技术。在蜂窝网可以覆盖到的区域，当终端有语音呼叫或数据发送需求时，可以使用蜂窝模块直接接入蜂窝网进行语音或数据通信；而在一些没有基站覆盖的偏远地区、用户数量众多的大型展会和卖场等热点区域以及发生突发性灾难的情况下，终端本身无法直接接入蜂窝网，则使用蓝牙组建Ad hoc网络与目的终端建立连接。若通过Ad hoc网络无法直接连接到目的终端，则选择距离本终端多跳连接跳数最少且有蜂窝信号的终端作为网关设备接入蜂窝网，从而与目的终端建立连接。主要内容在于具体实现的电路，其总体构成框图如图1所示。

其中音频编解码处理模块包括音频信号采集和输出，A/D、D/A转换及编解码处理，主要实现了对模拟音频信号的A/D、编码、解码以及D/A输出播放功能。声码器芯片从模拟音频接口采集模拟语音，经过ADC编码为PCM数据，然后进行AMBE压缩，并把压缩后的音频数据通过IO接口发送给核心模块。同时，把从核心模块接收到的音频数据进行解压缩，经过DAC解码输出至模拟音频接口。模拟音频接口用于对模拟音频信号的输入与输出，本身具有麦克风和扬声设备，同时分别连接至蜂窝模块的模拟音频信号输出、输入端传输模拟音频数据。

核心模块的中心是微处理器7，其外围电路包括数据寄存器12、闪存13、两个USB口、扩展的两个RS232串口、以太网接口，还包括复位和JTAG调试口。其中数据寄存器12用于暂时存储一些临时数据；闪存13相当于电脑的硬盘，里面安装了嵌入式Linux操作系统、Bluez、TCP/IP、JRTP协议栈、音频编解码处理模块驱动、以太网驱动以及GSM模块驱动；USB主口18用于连接蓝牙模块1，RS232接口B17用于连接蜂窝模块2，微处理器7通过通用IO接口与音频编解解码芯片4连接，发送和读取压缩后的音频数据。

蓝牙模块通过USB口连接到核心模块，用于提供终端设备之间的无线连接。蜂窝模块通过RS232接口连接到核心模块，用于提供终端与蜂窝网之间的无线连接。

其中RS232接口A16用于输出微处理器7的调试信息，USB从口19用于挂载外接存储设备，JTAG调试口11用于对微处理器7进行底层调试，晶振A5、D21分别为声码器芯片4、以太网收发器20提供时钟信号，晶振B8、晶振C9为微处理器7提供时钟信号，复位10用于为微处理器7提供手动复位，RJ45接头22用于提供网线连接。

具体工作过程为：

工作状态的终端定期检测蜂窝信号强度并搜索周围设备，更新信息。当有语音呼叫需求时，源终端首先检测蜂窝信号，若处于蜂窝网可以覆盖到的区域，则直接使用蜂窝模块接入蜂窝网进行语音或数据通信。若终端处于一些没有基站覆盖的偏远地区、用户数量众多的大型展会和卖场等热点区域或者发生突发性灾难的情况下，由于终端本身无法直接接入蜂窝网，则使用蓝牙组建Ad hoc网络向目的终端发起呼叫请求。

此时，如果目的终端处于蓝牙Ad hoc网络范围内，则直接使用蓝牙多跳组建Adhoc网络与之建立连接。当蓝牙链路建立之后，根据TCP/IP协议封装终端的IP地址，源、目的终端根据蓝牙多跳链路，把从音频编解码处理模块得到的压缩音频数据进行RTP封装，然后进行实时的双向传输；同时，源、目的终端把接收到的压缩语音数据通过音频编解码处理模块进行D/A转换和解码处理从而得到模拟语音数据，并传送给模拟音频接口进行输出，完成语音的多跳传输。

如若目的终端不处于蓝牙Ad hoc网络范围之内，则通过蓝牙Ad hoc网络无法直接连接至目的终端，此时选择距离本终端多跳连接跳数最少且有蜂窝信号的终端作为网关设备接入蜂窝网，从而与目的终端建立连接。在蓝牙Ad hoc网络内的终端设备，在蓝牙链路建立之后，根据TCP/IP协议封装IP地址，源终端、网关终端设备根据蓝牙多跳链路，把从音频编解码处理模块得到的压缩音频数据进行RTP封装，然后进行实时的双向传输；同时把接收到的压缩音频数据通过音频编解码处理模块进行D/A转换和解码处理得到模拟语音数据，并传送给模拟音频接口进行输出。另外，网关终端的模拟音频接口向本终端蜂窝模块的模拟音频输入端发送模拟音频数据，并从其模拟音频输出端接收模拟音频数据，从而通过蜂窝网络传输音频数据，完成蓝牙多跳传输语音接入蜂窝网的双网融合过程。

实施例：

Lucent Technologies公司的CODEC芯片CSP1207+DVSI(Digital Voice System.Inc)公司的声码器芯片AMBE-1000+ATMEL公司的微处理器芯片AT91RM9200+东大移动互联有限公司的6601蓝牙模块+东大移动互联有限公司的6606GSM模块的实施例CODEC芯片3采用Lucent Technologies公司的CODEC芯片CSP1207，声码器芯片4采用DVSI公司的芯片AMBE-1000，微处理器7采用ATMEL公司的AT91RM9200，其主频为200MHz，蓝牙模块1采用东大移动互联有限公司的6601蓝牙无线收发模块，蜂窝模块2采用东大移动互联有限公司的6606GSM模块，数据寄存器12采用两片Hynix的8Mbyte的SDRAM HY57V561620CT-H，闪存13采用Intel 16Mbyte的Nor Flash TE28F128，异步串行通行口驱动器A14采用的是MAMIX的MAX3232，异步串行通行口驱动器B15采用的是MAMIX的MAX3241，以太网收发器20采用的是Intel的LXT971C，可工作在10/100Mbps的工作模式下，晶振A5、晶振B8、晶振C9、晶振D21的输出脉冲频率分别是30.000MHz、18.432MHz、32.768KHz、25.000MHZ。此外还有模拟音频接口6、JTAG口11、RS232接口A16、RS232接口B17、USB主口18、USB从口19以及RJ45接头22。

Claims (9)

1、一种支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于该设备由音频编解码处理模块(100)、核心模块(200)、蓝牙模块(1)、蜂窝模块(2)所组成，音频编解码处理模块(100)包括CODEC编译码芯片(3)、声码器芯片(4)、晶振A(5)、模拟音频接口(6)，其中CODEC芯片(3)与声码器芯片(4)相连接，蜂窝模块(2)通过模拟音频接口(6)与CODEC芯片(3)相连输入输出模拟音频信号，核心模块通过通用IO接口与声码器芯片(4)相连接；核心模块(200)包括：微处理器(7)、晶振B(8)、晶振C(9)、复位(10)、JTAG调试口(11)、数据寄存器(12)、闪存(13)、异步串行通行口驱动器A(14)、异步串行通行口驱动器B(15)、RS232接口A(16)、RS232接口B(17)、USB主口(18)、USB从口(19)、以太网收发器(20)、晶振D(21)、RJ45接头(22)，其中音频编解码处理模块(100)通过通用IO接口与微处理器相连接，蓝牙模块(1)的USB口与USB主口(18)相连接，USB主口(18)与微处理器(7)相连接，蜂窝模块(2)的RS232接口与RS232接口B(17)相连接，RS232接口B(17)与异步串行通行口驱动器B(15)相连接，RS232接口A(16)与异步串行通行口驱动器A(14)相连接，CODEC芯片(3)通过模拟音频接口(6)与蜂窝模块(2)输入输出模拟音频信号；微处理器(7)分别与晶振D(8)、晶振E(9)、复位(10)、JTAG调试口(11)、数据寄存器(12)、闪存(13)、异步串行通行口驱动器A(14)、异步串行通行口驱动器B(15)、USB主口(18)、USB从口(19)、以太网收发器(20)相接，以太网收发器(20)通过RJ45接头(22)接至局域网网线。

2、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于CODEC芯片(3)的“CLK、SADD、DI、DO”、“SYNC”以及“IOCK”端分别对应接声码器芯片(4)的“CLK_O、CD_SADD、TX_DO、RX_DI”、“TX_STRB、RX_STRB”以及“TX_O_CLK、RX_I_CLK”端；CODEC芯片(3)的模拟音频信号输入端“MICIN”、输出端“AOUTP”对应接模拟音频接口(6)的模拟音频输出、输入端。

3、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于模拟音频接口(6)的模拟音频输入、输出端对应接蜂窝模块(2)的模拟音频信号输出、输入端。

4、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于声码器芯片(4)的“CHS_O_CLK、CHS_DO、CHS_I_STRB、CHS_O_STRB、CHS_IBF、CHS_OBE、CHS_I_CLK、CHS_DI、DPE、EPR、RESETN”端分别对应接微处理器(7)的“PB2、PB9、PB7、PA2、PB1、PB0、PA29、PB4、PB3、PB5、PB6”端。

5、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于数据寄存器(12)的数据端“D”和地址端“A”分别和微处理器(7)的数据端“D”和地址端“A”相接。

6、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于闪存(13)的数据端“D”和地址端“A”分别和微处理器(7)的数据端“D”和地址端“A”相接。

7、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于微处理器(7)的“DTXD、DRXD”端对应接异步串行通行口驱动器A(14)的“T1IN、R2OUT”端；微处理器(7)的“RTS1、TXD1、DTR1、DCD1、DSR1、RXD1、CTS1、RI1”端对应接异步串行通行口驱动器B(15)的“T1IN、T2IN、T3IN、R1OUT、R2OUT、R3OUT、R4OUT、R5OUT”端。

8、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于蓝牙模块(1)的的USB接口与核心模块的USB主口(18)相连接。

9、根据权利要求1所述的支持蓝牙多跳传输语音的双网融合嵌入式终端设备，其特征在于蜂窝模块(2)的RS232接口与核心模块的RS232接口B(17)相连接。

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