光纖數字廣播機的製作方法
2023-07-10 04:28:11 1
專利名稱：光纖數字廣播機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種公共廣播設備，尤其是語音傳輸線路及其控制電路。
背景技術：
目前國內高速公路上隧道、普通道路、收費亭、校園、廣場等等場所普遍應用的廣播系統主要是電纜型的公共廣播系統。該廣播系統一般包括語音輸入、功率放大和揚聲器。它們之間都是通過電纜電線來聯繫的，信號傳輸過程是模擬傳輸。
採用電纜型的公共廣播系統存在以下缺陷1、電纜受環境如潮溼等影響比較大，通話質量不穩定，設備故障率較高；2、電纜傳輸易遭受雷擊，造成整個公共廣播系統出現故障；3、電力供應緊張；4、頻率資源佔用多、能量消耗大。
當前運用模擬方式傳輸信號的缺陷1、失真大，信噪比不理想；2、保密性差，抗幹擾能力弱；3、模擬傳輸是一種不考慮內容的傳輸模擬信號的方法，在傳輸過程中，模擬信號經過一定距離的傳輸之後，必定會信號衰減，為實現長距離傳輸，模擬信號傳輸都要使用信號放大器，但是，放大器也會增加噪音分量，如果通過串連的放大器來實現長距離傳輸，信號將會越來越畸形。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種不受環境影響，性能穩定，保密性好和抗幹擾能力強的光纖數字廣播機。
本實用新型包括高保真音頻編解碼電路和功率放大電路，其特徵在於還包括傳輸音頻信號和數據信號的光纖線路；將通過所述光纖線路傳輸的音頻和數據數信號轉化為電信號的光模塊電路；
識別處理從所述光模塊電路輸入的音頻和數據信號，並分別按時序輸出的現場可編程邏輯陣列電路；通過數據信號，控制所述音頻功率放大器至揚聲器的單片機控制電路。
所述的單片機控制電路由單片機、地址碼開關、驅動電路和繼電器電路構成。
上述結構的光纖數字廣播機與音頻、數據信號採集控制中心可構成光纖數字廣播系統，該控制中心的設施一般包括語音輸入設備，如話筒、音頻輸出設備，如收音機、磁帶放音機和光碟機等、集中控制器前置放大器、功率放大器和各種控制器及音響加工設備，可以輸出各種音頻信號和數據信號，通過光纖線路輸送給本光纖數字廣播機。本廣播機通過光模塊電路將光信號轉生命線的電信號，經現場可編程邏輯陳列電路識別出音頻信號和數據信號，音頻信號經高保真音頻編解碼電路和功放電路，推動揚聲器發出聲音。控制中心還可以通過數據信號和單片機控制電路，控制揚聲器。在光纖的信號傳輸中，採用了波分復用技術及時分多路復用復分接技術，所以，本實用新型的光纖傳輸可與緊急電話光纖傳輸線共用，節約資源和投資。
本實用新型的優點1、高可靠性，系統在任何情況下都能正常運行；2、聲學性，語音清晰、自然、音質良好；3、先進性，使用現有的最先進的光纖和全數位化技術；4、易用性，界面簡明易懂；5、模塊化，可以根據需求靈活組合和擴充系統的功能；6、該應用有助於控制流量、減少設備投資、簡化網絡管理、提高網絡的安全性；7、每個光纖數字廣播機可根據需要帶多隻揚聲器、可分音區，廣播系統可以程控定點、定片、全線呼叫；8、本實用新型可以廣泛應用於高速公路上隧道、普通道路、地鐵、收費站收費亭、校園、廣場等等場所。
圖1為本實用新型的後面板圖。
圖2為本實用新型的前面板圖。
圖3為本實用新型的結構框圖。
圖4為本實用新型的組網圖。
圖5為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作進一步詳細描述。
外表結構如圖1、圖2所示，採用標準的設備外殼1，放置安裝方便，可固定在機架上。該產品現場開通時支持即插即用，可靈活設置數據接口類型，現場接線方便，不需要任何專用工具，具有電源、鏈路、信號指示和增益調整功能，支持機架安裝的結構形式。其中圖1是本實用新型的後面板圖，接口2輸入交流220伏電源；「O1」為光纖接入口1，「O2」為光纖接入口2；「A1～A8」是8路喇叭輸出口。圖2是本實用新型的前面板圖，前面板圖主要是電源、鏈路及工作狀態指示，「POW」代表交流220伏電源指示，「O1」和「O2」是光纖接入狀態指示燈，「A1～A8」是8路音頻信號的接入狀態指示。
圖3所示是本實用新型的結構框圖，由圖中可知，現場可編程邏輯陣列集成電路FPGA(Field-programmable gate array)是本系統的核心部件。廣播控制中心產生音頻數據信號，音頻和數據信號碼流通過光纖以1310nm波長光傳輸至光模塊1，光模塊1將光信號碼流轉化為相應的電信號碼流傳給FPGA，FPGA通過判斷處理這些電信號是否為正確的有用的音頻和低速數據信號，如果是，FPGA除了將這組數位訊號碼流通過光模塊2繼續以1310nm波長光傳至下一臺光纖數字廣播機之外，還會將這些數字音頻信號解出並按時序傳往高保真音頻編解碼電路，由該編解碼電路完成對數字音頻信號的採集、濾波、編解碼和數/模(D/A)轉換並輸出高保真模擬音頻信號，左右聲道兩路模擬音頻信號經過功放模塊電路進行信號的放大，放大後的信號經過繼電器組進行切換輸出給揚聲器；低速數據信號由FPGA量化後直接送至單片機。同樣的，本實用新型還可以通過光模塊1以1550nm波長光發送數字音頻和低速數據碼流至數公裡外的網內的廣播機或者主站控制中心，通過光模塊2可以接收另一網內廣播機或者主戰控制中心以1550nm波長光發送出的數字音頻和低速數據碼流，也就是圖中數字音頻和數據碼流的逆向傳輸。單片機與FPGA之間的通信方式採用串行通信，單片機接收後判斷是否為控制中心發給本光纖廣播機的指令，而地址碼開關則決定了指令是否是發給本單片機的，如果是控制中心發給本機的控制指令，那麼單片機將會通過驅動電路驅動相應的繼電器吸合來完成控制中心發出的指令，如果不是，那麼單片機將不動作，在這裡單片機的作用是接收控制命令和切換。
圖4所示是本實用新型的組環圖，每一臺光纖數字廣播機作為一個平臺，如當6個平臺節點所處的地理位置構成環形結構時，可直接連接成為環形網絡結構，由於採用了波分復用技術，在一芯光纖上可以同時傳兩種不同波長的光信號。所述的信號包括音頻和數據信號。如圖，在已經連結成「環」的情況下，環路1與環路2所傳信號可以完全相同，但信號流傳輸方向相反，每一個平臺有兩個光模塊，光模塊其作用是將光信號和電信號的信號轉換，其收發一體的性質大大節省了光纖資源，我們採用的光模塊的型號為深圳恆寶通的HWTR-01-335151251和HWTR-01-353151251，對應以下圖5中的M1和M2，其都為光纖雙向收發一體光模塊，前者是以1310nm波長光發送，後者是以1550nm光發送，接收的光波長則相反。光纖數字廣播機1的M1和廣播機2的M2連，廣播機2的M1和廣播機3的M2連，依次類推，手拉手連成一個環網，實際應用中連接光纖時必須要注意。不妨設定環路1逆時針傳輸信號為主光纖環路，環路2順時針傳輸信號為備光纖環路，在雙光纖環路工作正常情況下，整個環路設置一個主站，其餘為從站。主站下傳數據採取廣播方式，在本方案設計中不妨取節點1為主站節點，信號採集與控制中心同主站節點相連，主站下信號據沿著環路1的光纖廣播機1及環路2分別向相反方向傳輸，正常情況下各從站節點接收信號由主環路下傳，從站節點採集的信號向環路1及環路2上傳數據。若當節點3與節點4之間的兩個環路光纖都斷開時，在節點3與節點4的光纖廣播機立即會啟動自愈機制。此時節點2，3接收信號仍從環路1下傳，上傳信號由環路2上傳；節點4，5，6接收信號此時從環路2下傳，上傳信號從環路1上傳。在這種情況下信號採集與控制中心同各節點之間的通信仍可正常進行。所以，各節點之間若有一點光纖斷開，不影響信號的傳輸，提高了信號傳輸的可靠性。
控制中心包括語音輸入設備、音頻輸出設備、集中控制器、前置放大器、功率入大器和各種控制器及音響加工設備。功率放大器則將前置放大器送來的信號進行功率放大，再送入集中控制器，集中控制器的基本功能是完成對經過前置放大器放大的信號的接收、A/D轉換、電光轉換並進行信號的編碼，此外還擔負音量和音響效果進行各種調整和控制，有時為了更好地進行頻率均衡和音色美化，還另外單獨投入音頻均衡器。光纖數字廣播機通過光發射接收模塊並聯到2芯主幹光纜上，可與光纖緊急電話共用光纖，其中兩個光發射接收模塊相連，用於接收集中控制器的光信號。集中控制器送出的信號通過與緊急電話共用的傳輸光纖去接入，運用波分復用技術和光纖數字廣播機相連，光纖數字廣播機經過光電轉換、D/A轉換和信號的解碼接收及放大信號，由揚聲器輸出。
電路工作原理圖如說明書附圖5，主要包括音頻信號的傳輸、編解碼電路及音頻信號的切換電路。在圖5中，現場可編程邏輯陣列電路U1是本系統的核心部件，主要作用是信號的復接、分接、音頻信號編碼傳輸，其型號為EP1C3。該電路U1使用2.5V和3.3V兩種電源，由穩壓集成電路U2和U3，以及相應的電容C1和C2、電阻R1和R2與電容C3和C4、電阻R3和R4構成的電路，對輸入的5伏VCC電源進行穩壓分壓後分別得到，並提供給電路U1。其中，兩穩壓分壓電路的結構相同，電阻的參數不同。2.5V的電源輸入到電路U1的腳16、50、75、85、103、127和53，3.3V的電源輸入到電路U1的腳5、24、45、61、71、94、115和134。由控制中心輸入的音頻和數據信號通過一芯光纖傳至光模塊M1或M2，M1或M2將信號還原傳至集成電路U1的8腳或27腳，電路U1將信號採樣並提取出有效的音頻或者低速數據信號，然後將這些信號編碼並按一定的時序輸出至音頻解碼電路U4，該集成電路U4的型號為PCM3003，其功能是將音頻信號進行數/模轉換及解碼。電路U4的信號輸出腳8～12分別依序與可編程邏輯陣列電路U1的腳140、138～135對應連接。而下行音頻信號從電路U1的130、131、132、133腳出來對應接入電路U4的18、17、16、15腳。模擬立體聲音頻信號從電路U4的20、19腳輸出至功率放大模塊電路M3的「INR」和「INL」兩端，信號經放大後進入繼電器組J1～J8進行切換輸出至揚聲器。功放模塊電路M3的型號為2SC5200，該模塊電路M3的技術相當成熟，穩定性很高，被國內外多家知名音響功放廠家所採用。Q是一個程序下載的接口電路，用於連接電腦和電路U1。集成存儲器電路U6的型號為EPCS1，通過腳1～4分別與可編程邏輯陣列電路U1的對應的腳107、108、35和2連接。接口電路Q和R5、R6、R7、R8、R9構成電路U1的程序下載電路，其中，R5～R9的作用是上拉電阻，以便給電路U1和U6之間的通信提供一個穩定的時序，在程序下載時，通過電腦並口由Q的腳1、3、7、9輸入至電路U6的1～4腳，完成程序的下載。集成電路U5和電容C11構成一個時鐘振蕩器，集成電路U5的型號為clock65536K，該電路U5的腳3輸出65.536M時鐘信號接電路U1的125腳，使電路U1保持高速工作狀態。音頻信號切換電路主要由集成電路U8、U9以及繼電器組J1～J 8構成，電路U8是音頻切換電路的核心，由其控制繼電器的通斷。該集成電路U8採用美國Microchip公司生產的PIC單片機，型號為16F877，它是一款高性價比的Flash單片機。電路U8的腳D0～D7接電路U9的「IN8」～「IN1」，通過電路U9驅動繼電器組的通斷。該集成電路U9的型號為TD62083，是一款常用的反向驅動放大器。集成電路U7是上電/掉電復位晶片，型號為MAX809，其腳2接電路U8的腳2，作用是電路上電過程給單片機U8一個140MS的低脈衝讓其復位，然後在將電位拉高正常啟動單片機，在當電路電源低於4.5V時，將單片機強制復位，以確保系統的穩定。電路K是8位地址碼開關電路，它的腳9～16接電路U8的腳44～41、39～36，而腳1～8全部接地，其作用是提供256個地址給控制中心，以便控制中心控制任何一路的揚聲器。電路U8的8腳和電路U1的60腳相連，其作用是從電路U1獲得2M的時鐘工作。
本實用新型採用一片型號為EP1C3的FPGA構成整個電路的核心，它主要擔負著將由控制中心傳過來的數字音頻信號和低速數據信號解出給立體聲音頻編解碼晶片PCM3003和單片機U8之外，還要將信號通過光模塊M1或M2復接至一芯光纖往下一個環路的光纖廣播機，除此之外還要為單片機輸出精確的2M時鐘信號讓單片機保持高速工作狀態。晶片PCM3003的作用就是音頻信號的A/D轉換及編解碼。由於電路U1這類型號的FPGA工作的電源由兩種電源提供，分別是2.5V和3.3V，採用兩塊晶片7301Q及其附屬元件來完成對晶片EP1C3的供電工作。電路還包括FLASH程序存儲器晶片EPCS1，其作用是存放FPGA的程序，只需將程序直接下載到存儲器晶片EPCS1，就可以令FPGA工作。
光纖數字廣播設備主要應用於高速公路收費站廣場、收費亭、地鐵、隧道、校園等，其傳輸方式高質及高效，是當今廣播系統發展的趨勢。本系統除高速公路上的隧道、收費亭廣播、日常業務廣播、背景音樂廣播的應用外還兼作消防緊急廣播，在消防火災報警的情況下起到無可比擬的重要作用。因此選用產品時必須考慮其成熟性、穩定性。保證系統在任何情況下都能保持正常運行。採用當今國際、國內上先進和成熟的計算機軟硬體技術，使新建立的系統能夠最大限度地適應今後技術發展變化和業務發展變化需要。主機操作界面簡明易懂，外圍設備操作步驟簡單，可根據用戶需要對呼叫站主控臺的按鍵進行同種功能的不同設置進行更改。選用的設備為模塊化結構，可根據需求靈活組合和擴充系統的功能，使系統得以最大地發揮其作用。
權利要求1一種光纖數字廣播機，它包括高保真音頻編解碼電路(U4)和功率放大電路(M3)，其特徵在於還包括傳輸音頻信號和數據信號的光纖線路；將通過所述光纖線路傳輸的音頻和數據信號轉化為電信號的光模塊電路(M1、M2)；識別處理從所述光模塊電路輸入的音頻和數據信號，並分別按時序輸出的現場可編程邏輯陣列電路(U1)；通過數據信號，控制所述音頻功率放大器至揚聲器的單片機控制電路(U8U9)。
2.根據權利要求1所述的光纖數字廣播機，其特徵在於所述的單片機控制電路包括單片機(U8)、地址碼開關電路(K)、驅動電路(U9)和繼電路電路(J1～J8)。
專利摘要本實用新型公開了一種光纖數字廣播機，它包括高保真音頻編解碼電路和功放電路，其特徵在於還包括傳輸音頻信號和數據信號的光纖線路；將通過所述光纖線路傳輸的音頻和數據信號轉化為電信號的光模塊電路；識別處理從所述光模塊電路輸入的音頻和數據信號，並分別按時序輸出的現場可編程邏輯陣列電路；通過數據信號，控制所述音頻功率放大器至揚聲器的單片機控制電路該機與音頻數據信號採集控制中心可構成光纖數字廣播系統，廣播機通過光模塊電路將光信號轉換成電信號，經現場可編程邏輯陳列電路識別出音頻信號和數據信號，音頻信號經高保真音頻編解碼電路和功放電路，推動揚聲器發出聲音。適用於高速公路收費站、校園和商業廣場等。
文檔編號H04H20/69GK2872750SQ20062009558
公開日2007年2月21日 申請日期2006年3月10日 優先權日2006年3月10日
發明者鄭明德, 範成發 申請人:鄭明德, 範成發