基於ofdm技術的交直流電源線工業現場電話網絡和通訊方法
2023-05-06 22:51:56 2
專利名稱：基於ofdm技術的交直流電源線工業現場電話網絡和通訊方法
技術領域：
本發明涉及工業現場電話網絡，具體涉及基於OFDM技術的交直流電源線工業現 場電話網絡和通訊方法。
背景技術：
在港口、礦山、油田等領域，由於設備龐大，地域空曠，而且設備工作、檢修需要各 崗位配合，信息傳送能否順暢直接影響到生產的安全、效率，因此設備生產廠家、使用單位 都非常重視。近年來，在設備上運用逆變、變頻技術後，通訊可靠性更是受到強電磁幹擾的 威脅，為抑制電磁幹擾，通常信號採用屏蔽技術、平衡技術傳輸，既增加了成本，效果又不理 想。特別是語音通訊，需要三方或多方通話，多年來一直採用模擬方式，在設備運行時，信噪 比很小，人聲淹沒在噪聲裡，人們不得不尋找新技術，新方法。國內設備用電話機多為模仿國外多年前的同類產品，技術落後，在一些強幹擾應 用場合使用，功能低下，甚至無法使用。話機間為模擬通訊，對線路距離敏感，安裝時基本需 要調試，線路阻抗不匹配直接影響通話。對線路敷設要求嚴格，設備維護時更改接地或移動 線路位置，就有可能竄入幹擾，從而影響通話質量。對電纜要求高，一般為4或5芯屏蔽線， 布線成本高。話機有主機、從機之分，有的需要交換機。正交頻分復用(OFDM)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作一種調製技 術，也可以被看作一種復用技術。OFDM技術的最大優點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶幹擾， 同時又提高了頻譜利用率。OFDM技術實際上是MCM(多載波調製)的一種。其主要思想是 將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流，調製在每個子 信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端採用相關技術來分開，這樣可以減少子信道 之間的相互幹擾(ICI)。每個子信道上的信號帶寬小於信道的相關帶寬，因此每個子信道上 的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間幹擾。而且由於每個子信道的帶寬僅僅是原 信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。工業現場電話機領域GAI-TR0NICS 公司(http//gai-tronics. com. cn)產品最 具代表性，GAI-TR0NICS系統要通過交換中心交互，對於空間狹小的設備來說，安裝不方便。 《基於DSP的電力線載波OFDM數據機》(EDN china雜誌)公開了數位訊號處理器作 為OFDM數據機在電力線載波的應用；MAXIM公司的MAX^90晶片公開了一種IOkHz至 490kHz、基於OFDM的電力線通信數據機，但基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電 話機，網絡及通訊方法未見報導。
發明內容本發明的目的是，提供一種易於擴展，方便組網，通話功能強大的工業現場電話網 絡。本發明可應用於在港口、礦山、油田等領域。本發明的再一的目的是，提供一種基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方法。為實現上述目的，本發明採取的技術方案是基於OFDM技術的交直流電源線工業 現場電話網絡，包括交直流電源線，還包括若干基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電 話機，並聯在交直流電源線上。基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機包括鍵盤， 可通過鍵盤設置本機電話號碼。鍵盤上設有報警鍵，按下報警鍵後，可打開網絡上所有基於 OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機的功放，通過揚聲器發出報警音。基於OFDM技術 的交直流電源線工業現場電話機包括手柄，手柄上設有廣播鍵，按下廣播鍵後可以關閉本 機功放，打開網絡上其他基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機功放，通過揚聲器 廣播通話。為實現上述第二個目的，本發明採取的技術方案是基於OFDM技術的交直流電源 線工業現場電話網絡的通訊方法，包括生成數據幀的方法，包括以下步驟用多播電話號 碼或目標電話號碼作為被叫電話號碼；用本機電話號碼作為主叫電話號碼；用一個數據幀 數據長度作為數據長度字節；用摘機命令、廣播命令、撥號命令，線忙命令或報警命令作為 命令字節；用打開狀態、關閉狀態、語音數據狀態作為鏈路狀態字節；用語音數據作為數據 段；用32位CRC校驗作為校驗字節。包括通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業 現場電話網絡報警的方法，包括以下步驟主叫電話機摘機後按住報警鍵，打開功放，發出 被叫電話號碼是廣播電話號碼，主叫電話號碼是本機電話號碼，命令字節數據是報警命令， 鏈路狀態字節數據是打開狀態的數據幀；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場 電話網絡上所有的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機接收到上述數據幀後打 開功放，發出報警音；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上所有的基 於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機定時關閉接受廣播狀態，並關閉功放。包括通 過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡廣播通話的方法，包括以下步 驟主叫電話機摘機後按住廣播鍵，關閉功放，發出被叫電話號碼是廣播電話號碼，主叫電 話號碼是本機電話號碼，命令字節數據是廣播命令，鏈路狀態字節數據是語音數據狀態的 數據幀；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上其他基於OFDM技術的 交直流電源線工業現場電話機接收到上述數據幀後打開功放，接收廣播通話；所述的基於 OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上所有的基於OFDM技術的交直流電源線工業 現場電話機定時關閉接受廣播狀態，並關閉功放；主叫電話機鬆開廣播鍵後，上述接受廣播 狀態關閉以前，任一其他基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機摘機後進入多方 通話狀態。包括通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡點對點通話 的方法，包括以下步驟主叫電話機撥號後發出被叫電話號碼是鍵盤撥號鍵入的目標電話 號碼，主叫電話號碼是本機電話號碼，命令字節數據是撥號命令，鏈路狀態字節數據是關閉 狀態的數據幀；被叫電話機收到上述數據幀後發出振鈴音，摘機後回復主叫電話機命令字 節數據是摘機命令，鏈路狀態字節數據是打開狀態的數據幀，或回復命令字節數據是線忙 命令，鏈路狀態字節數據是關閉狀態的數據幀；主被叫電話機發出命令字節數據是摘機數 據，鏈路狀態字節數據是語音狀態，數據段是語音數據的數據幀進行點對點通話；通話狀態 的電話機撥號新的目標電話號碼，新的電話機加入通話鏈路，多個電話機進入多方通話狀 態。包括通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡多方通話的方法， 包括以下步驟呼叫電話機根據語音檢測語音大小，超過閾值，發送語音數據幀，否則放棄；接聽電話機經過地址驗證，如果是新的呼叫電話號碼，分配新的數據緩存，如果是舊的呼叫 號碼使用已經分配的數據緩存；接聽電話機使用對應數據緩存接收呼叫電話機的語音數據 幀，並復位對應定時器；接聽電話機定時器定時時間到，釋放對應數據緩存。本發明有如下有益效果廣播功能，每部話機可通過手柄或話筒對整個網絡廣播； 撥號功能，每部話機可通過鍵盤呼叫系統內的其他話機，實現點對點通話，並對其他話機保 密；警報功能，在打開警報開關後，整個網絡都發出警報音；多方通話，多部話機間可進行 多方通話；網絡不用交換機。
圖1是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機原理示意圖。圖2是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機信號耦合電路原理圖。圖3是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡拓撲結構示意圖。圖4是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方法廣播和 報警方法流程圖。圖5是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方法點對點 通話方法流程圖。圖6是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方法多方通 話方法流程圖。圖7是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡測試接線圖。
具體實施方式下面結合實施例並參照附圖對本發明作進一步描述。附圖1所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機原理示意圖，其中涉及 的附圖標記和組成部分如下所示01.交直流電源線
03. EMI/EMC 抑制電路05.多媒體微處理器52.音頻壓縮模塊54.音頻解壓模塊55. DAC 模塊61.報警鍵08.手柄81.廣播鍵09.耳麥10.功放11.揚聲器實施例1，通過OFDM載波方式把信號調製在+/-24V直流電源上，實現話機間的數 據交換，即交直流電源線01是+/-24V直流電源線。交直流電源線01後經過浪湧和短路保 護電路，由保險絲(或自恢復保險絲)，36V瞬變電壓保護管(TVS)組成，當電壓值超過TVS 擊穿電壓時，TVS鉗制在36V，保護後端各器件在安全電壓範圍內，如果高壓持續時間過長， TVS損壞，保險絲動作，電話機脫離系統，保證損失最小。當電話機有器件短路或電流過大，
02.信號耦合電路04.OFDM數據機51.核心處理模塊53.ADC模塊54.混頻模塊06.鍵盤07.顯不器
6保險絲也動作，電話機脫離系統，保證系統正常工作。圖2是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機信號耦合電路原理圖。21.耦合電容22.高頻耦合變壓器信號耦合電路，包括耦合電容21，高頻耦合變壓器22，交直流電源線01的負端和 高頻耦合變壓器22串聯後的輸出及交直流電源線的正端輸出和耦合電容21並聯，後經 EMI/EMC抑制電路03為基於OFDM技術的交直流工業現場電話機供電。因高頻耦合變壓器 22匝數較少，電源流經變壓器所產生的直流偏磁可忽略，因耦合電容C對後端電路交流旁 路，因話機並聯連接，當C值足夠大時，可看作所有話機耦合變壓器並聯。功放10採用TI的TPA3110，雙聲道，15W/聲道，可短時輸出25W，BTL連接，輸出為 40W。多媒體微控制器05採用國產單片機AX系列，由珠海建榮提供，8051內核，單周期指 令，內置DSP，USB, CRC, Mil, PLL, DAC等，5個定時器，可執行8位，16位，24位指令，主頻可 至200mHz，實測在160mHz下可穩定工作。手柄08家用話機形狀相同，採用動圈式送話器 和受話器，手柄08中間內側有一廣播按鍵，手柄通話、廣播兩用，按下按鍵即為廣播，通話 時環境太吵，可以使用廣播，轉換靈活。鍵盤06採用12鍵標準布局。顯示器07採用三位 0. 56英寸七段數碼管。從耳麥09或手柄08進來的語音信號由多媒體微處理器05處理，經OFDM調製解 調器04調製，從信號耦合電路信號02耦合後輸出到交直流電源線01上；交直流電源線01 上的信號輸入到信號耦合電路02，由OFDM數據機04解調後輸入到多媒體微處理器05 處理後通過耳麥09，手柄08或揚聲器11輸出音頻信號。多媒體微處理器05包括核心處理模塊51，音頻壓縮模塊52，音頻解壓模塊M，混 頻模塊55，ADC模塊53，DAC模塊56，進入多媒體微處理器05的音頻信號經ADC模塊採集 53後，由音頻壓縮模塊52壓縮，經核心處理模塊51，將數據打包後輸出給OFDM數據機 04調製；從OFDM數據機04解調後進入多媒體微處理器05的數據包，由核心處理模塊 51解包，經音頻解壓模塊M解壓縮，混頻模塊55混頻，再經DAC模塊56轉換成音頻信號輸 出ο圖3是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡拓撲結構示意圖。01.交直流電源線100.基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡，包括交直流電源線01，還包括 若干基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機100，並聯在交直流電源線01上。基於 OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機100包括鍵盤06，可通過鍵盤06設置本機電話 號碼。鍵盤06上設有報警鍵61，按下報警鍵61後，可打開網絡上所有基於OFDM技術的交 直流電源線工業現場電話機的功放10，通過揚聲器11發出報警音。基於OFDM技術的交直 流電源線工業現場電話機100包括手柄08，手柄08上設有廣播鍵81，按下廣播鍵81後可 以關閉本機功放10，打開網絡上其他基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機功放 10，通過揚聲器11廣播通話。下表是所述基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方法數據幀 構成表。
權利要求
1.基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡，包括交直流電源線，其特徵在 於還包括若干基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機，並聯在所述交直流電源線 上。
2.根據權利要求1所述的基於OFDM技術的交直流工業現場電話網絡，所述基於OFDM 技術的交直流電源線工業現場電話機包括鍵盤，其特徵在於可通過鍵盤設置本機電話號碼。
3.根據權利要求2所述的基於OFDM技術的交直流工業現場電話網絡，其特徵在於所 述鍵盤上設有報警鍵，按下報警鍵後，可打開網絡上所有基於OFDM技術的交直流電源線工 業現場電話機的功放，通過揚聲器發出報警音。
4.根據權利要求2所述的基於OFDM技術的交直流工業現場網絡，所述基於OFDM技術 的交直流電源線工業現場電話機包括手柄，其特徵在於所述手柄上設有廣播鍵，按下廣播 鍵後可以關閉本機功放，打開網絡上其他基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機 功放，通過揚聲器廣播通話。
5.基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方法，包括生成數據幀的 方法，其特徵在於包括以下步驟用多播電話號碼或目標電話號碼作為被叫電話號碼的步驟；用本機電話號碼作為主叫電話號碼的步驟；用一個數據幀數據長度作為數據長度字節的步驟；用摘機命令、廣播命令、撥號命令，線忙命令或報警命令作為命令字節的步驟；用打開狀態、關閉狀態、語音數據狀態作為鏈路狀態字節的步驟；用語音數據作為數據段的步驟；用32位CRC校驗作為校驗字節的步驟。
6.根據權利要求5所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方 法，包括通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡報警的方法，其特徵 在於包括以下步驟主叫電話機摘機後按住報警鍵，打開功放，發出被叫電話號碼是廣播電話號碼，主叫電 話號碼是本機電話號碼，命令字節數據是報警命令，鏈路狀態字節數據是打開狀態的數據 幀的步驟；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上所有的基於OFDM技術的交 直流電源線工業現場電話機接收到上述數據幀後打開功放，發出報警音的步驟；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上其他基於OFDM技術的交直 流電源線工業現場電話機定時關閉接受廣播狀態，並關閉功放的步驟。
7.根據權利要求5所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡的通訊方 法，包括通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡廣播通話的方法，其 特徵在於包括以下步驟主叫電話機摘機後按住廣播鍵，關閉功放，發出被叫電話號碼是廣播電話號碼，主叫電 話號碼是本機電話號碼，命令字節數據是廣播命令，鏈路狀態字節數據是語音數據狀態的 數據幀的步驟；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上其他基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機接收到上述數據幀後打開功放，接收廣播通話的步驟；所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡上其他基於OFDM技術的交直 流電源線工業現場電話機定時關閉接受廣播狀態，並關閉功放的步驟；主叫電話機鬆開廣播鍵後，上述接受廣播狀態關閉以前，任一其他基於OFDM技術的交 直流電源線工業現場電話機摘機後進入多方通話狀態的步驟。
8.根據權利要求5所述的基於OFDM技術的交直流工業現場電話網絡的通訊方法，包括 通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡點對點通話的方法，其特徵 在於包括以下步驟主叫電話機撥號後發出被叫電話號碼是鍵盤撥號鍵入的目標電話號碼，主叫電話號碼 是本機電話號碼，命令字節數據是撥號命令，鏈路狀態字節數據是關閉狀態的數據幀的步 驟；被叫電話機收到上述數據幀後發出振鈴音，摘機後回復主叫電話機命令字節數據是摘 機命令，鏈路狀態字節數據是打開狀態的數據幀，或回復命令字節數據是線忙命令，鏈路狀 態字節數據是關閉狀態的數據幀的步驟；主被叫電話機發出命令字節數據是摘機數據，鏈路狀態字節數據是語音狀態，數據段 是語音數據的數據幀進行點對點通話的步驟；通話狀態的電話機撥號新的目標電話號碼，新的電話機加入通話鏈路，多個電話機進 入多方通話狀態的步驟。
9.根據權利要求7或8所述的基於OFDM技術的交直流工業現場電話網絡的通訊方法， 包括通過所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡多方通話的方法，其特 徵在於包括以下步驟呼叫電話機根據語音檢測語音大小，超過閾值，發送語音數據幀，否則放棄的步驟； 接聽電話機經過地址驗證，如果是新的呼叫電話號碼，分配新的數據緩存，如果是舊的 呼叫號碼使用已經分配的數據緩存的步驟；接聽電話機使用對應數據緩存接收呼叫電話機的語音數據幀，並復位對應定時器的步驟；接聽電話機定時器定時時間到，釋放對應數據緩存的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種易於擴展，方便組網，通話功能強大的工業現場電話網絡和通訊方法。所述的基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話網絡和通訊方法，包括交直流電源線，還包括若干基於OFDM技術的交直流電源線工業現場電話機，並聯在交直流電源線上。本發明有益效果廣播功能，每部話機可通過手柄或話筒對整個網絡廣播；撥號功能，每部話機可通過鍵盤呼叫網絡內的其他話機，實現點對點通話；警報功能，在打開警報開關後，整個網絡都發出警報音；多方通話，多部話機間可進行多方通話。
文檔編號H04M3/56GK102111513SQ201010556418
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者孫兆嶽, 李令遠, 胡守偉 申請人:上海南華機電有限公司